¿Dónde ocurrirá el próximo "Chelyabinsk"?

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¿Estamos acaso en temporada de bólidos?. Este parece ser el caso después de los reportes de grandes meteoros observados en los cielos de lugares tan lejanos como Detroit (USA) y Hong Kong (China).  

Imágenes del reciente superbólido en Michigan (17 de enero de 2018) tomada con una "dashboard camera" en una autopista de Michigan. Crédito: AP

Ayer (17 de enero de 2018), lo que parece fue un meteoroide de unos pocos metros de diámetro, entró en la atmósfera sobre los cielos de Michigan y explotó justo sobre Detroit.  Con decenas a cientos de miles de testigos oculares, el objeto produjo una explosión que fue detectada como un pequeño sismo de magnitud 2 y posiblemente terminó como cientos de pequeños fragmentos que están siendo ahora buscados por coleccionistas de meteoritos.  Unos meses atrás (2 de junio de 2017), un gran bólido con una magnitud visual de -19 (lo que lo convierte en lo que los especialistas llaman un "súper bólido") explotó en los cielos de Arizona. Un reporte reciente demostró que el bólido fue producido por la entrada de un objeto con el tamaño de una mesa de comedor (~2 metros de diámetro) que cayo a través de la atmósfera a una velocidad de 60,000 km/h. 

Estos dos eventos recientes, sin embargo, son bastante pequeños cuando se los compara con el evento que golpeo la atmósfera en la región de Chelyabinsk (Rusia) en Febrero de 2013.  En una fría mañana de invierno, una explosión con la energía de una gran bomba nuclear, que afortunadamente ocurrió a una altura de unos 20 km, fue presenciada por millones de (en realidad bastante afortunados) rusos.  La explosión fue la fase más intensa de un súper bólido que por tan solo unos segundos fue más brillante que el Sol (magnitud -27).  El fenómeno, que se conoce ahora como el "Evento de Chelyabinsk", terminó en vidrios quebrados por todas partes y más de mill personas heridas (es justo decir que la mayoría de los heridos no se debierón a la fuerza de la explosión al nivel del piso sino a la curiosidad de los seres humanos y a la aún más natural ignorancia sobre los riesgos involucrados en la observación de estos fenómenos).

Pero no.  En realidad no hay ninguna temporada de bólidos. Lo que estamos viendo es solamente la manera natural en la que trabaja el Sistema Solar y es solo que estamos siendo testigos de ella como no lo habíamos sido antes. 

Decenas a cientos de pedazos del Sistema Solar con tamaños cercanos a un metros, también llamados por los expertos meteoroids, caen a través de la atmósfera de la Tierra anualmente.  La mayoría de ellos producen meteoros brillantes que no son en su mayoría detectados por los humanos o por cámaras de vigilancia.  Estos meteoros ocurren con más frecuencia en regiones continentales deshabitadas o en la mitad del oceano.  Sensores sísmicos y de infrasonido alrededor del mundo y satelites de observación de la Tierra, "saben" bien que la Tierra esta siendo continuamente bombardeada.  Esto quedo bastante claro después de una serie de anuncios públicos realizados por NASA en 2014 que mostraban la ubicación y el tiempo de grandes bólidos detectados por los "oídos" y "ojos" de la administración espacial americana y sus instituciones aliadas.  Tan solo entre 1994 y 2014, más de 500 explosiones inducidas por meteoroides y con la fuerza de una explosión nuclear occurrieron en la amósfera.  Este número corresponde a una preocupante frecuencia de 2 impactos de objetos moderadamente grandes por mes.  Y la lista de eventos sigue creciendo.

Este diagrama publicado por los medios de NASA en noviembre de 2014 demuestra el hecho preocupante de que la Tierra esta siendo continuamente bombardeada por objetos de tamaños del orden de metros capaces de producir explosiones con la energía de una bomba nuclear.
Imagen tomada de: http://bit.ly/2DjXmBE. Crédito: NASA/CNEOS/JPL.

Es seguro que tendremos otro "evento de Chelyabinsk" en el futuro. La pregunta es ¿dónde? y ¿cuándo?.  El ¿cuándo? es difícil de determinar.  Los investigadores han estimado que impactos tan grandes como el de Chelyabinsk ocurren con una frecuencia promedio de uno cada 30-50 años.  Pero este es un proceso aleatorio: el próximo impacto podría ocurrir igual mañana que dentro de un siglo.

¿Qué podemos decir acerca del "dónde"?.  Esta es justamente la pregunta que dos astrónomos Colombianos, Jorge I. Zuluaga y Mario Sucerquia del "Solar, Earth and Planetary Physics Group" de la Universidad de Antioquia, han intentado responder.  En un paper revelado hoy en los arXiv, los investigadores presentaron un método novedoso para calcular la probabilidad relativa de impacto (RIP por su sigla en inglés) de un meteoroide contra la Tierra. Puesto en términos más simples, el chance de que un impacto de meteoroide ocurra en algún lugar de la Tierra (una ciudad grande como Nueva York o Paris), en lugar de cualquier otro.

Zuluaga y Sucerquia comienzan su artículo reconociendo que los dos impactos de meteoroides más grandes contra la Tierra en la historia reciente, los eventos de Tunguska y Chelyabinsk, ocurrieron a 2,400 km uno de otro.  Esta parece ser una gran distancia para los estándares humanos; pero en realidad es un número muy pequeño para un planeta tan grande como la Tierra. 

Los investigadores Colombianos estiman que el área geográfica que encierra ambos impactos, representa solo el 3.4% del área superficial de la Tierra.  Ellos calculan que la probabilidad de que dos impactos grandes casi consecutivos ocurran en un área tan pequeña es alrededor del 10%, lo que implica que tendríamos que esperar hasta 4,000 años para que una curiosa coincidencia como esta ocurra de nuevo.

¿Es la coincidencia espacial de los eventos de Chelyabinsk y Tunguska una demostración de que la Siberia occidental es un desafortunado lugar para estar en el Sistema Solar?.  Para nada.  Como los investigadores terminan por probar en el artículo, aunque es correcto que esta parte del planeta parece diferente de otras regiones en el mundo en lo que respecta a la probabilidad de impacto, otras regiones, tales como el norte de Canadá, Noruega y Alaska, parececen igualmente propensas a los impactos como la Siberia occidental.

Mapas que muestran la probabilidad relativa de impacto  (RIP) para toda la superficie de la Tierra en las fechas de los eventos de Tunguska (izquierda) y Chelyabinsk (derecha).  Las estrellas negras marcan la posición de los impactos.  Los rolores rojos indican lugares con RIP más grande, mientras que los azules corresponden a lugares menos propensos a impactos en esos precisos instantes.  Crédito: Zuluaga & Sucerquia (2018)

La novedad más interesante en el trabajo de Zuluaga y Sucerquia esta en el hecho de el método diseñado por ellos, y que ha sido conveniente llamado "Trazado de Rayos Gravitacional" (GRT por sus siglas en inglés), esta inspirado en técnicas computacionales usadas por la industria de la animación para producir imágenes fotorealistas en juegos y películas.  La técnica en la que se inspiran es llamada "Trazado de Rayos"y ha sido usada por décadas por compañías como Pixar para producir algunos de sus personajes y películas más recordadas, tal como "Toy Story".  El "Trazado de Rayos" es un algoritmo clásico y bien conocido en el mundo de los gráficos asistidos por computador, usado hoy para una gran diversidad de aplicaciones.  Ahora, los astrónomos Colombiano han encontrado una nueva aplicación del algoritmo para determinar el riesgo de impacto de asteroide. 

El método GRT funciona al pensar el problema de los impactos de asteroides a la inversa. En lugar de considerar a la Tierra como el blanco potencial de miles de rocas espaciales que vuelan alrededor del planeta, la técnica considera la Tierra como la fuente de esas rocas.  Pero ¿cómo es eso?.

Dado una ubicación geográfica particular, digamos los campos de Marte en Paris, el GRT lanza rocas hipotéticas (partículas de prueba) en decenas a centenares de direcciones aleatorias.  Cada partícula tiene también una velocidad de impacto aleatoria.  Las trayectorias en el espacio de estas rocas hipotéticas son calculadas hacia atrás en el tiempo hasta que se convierten en órbitas estables alrededor del Sol.  Una vez allí, el algoritmo compara la órbita de cada partícula de prueba con las orbitas de verdaderos Asteroides Cercanos a la Tierra (NEA por su sigla en inglés).  Si la órbita de la partícula de prueba tiene propiedades similares a las de los asteroides reales, esta es considerada un "acierto" (es decir, un impacto real podría ocurrir viniendo de esa dirección y con esa velocidad).  Si por otro lado la roca hipotética, termina en una órbita irreal o impacta la Tierra de nuevo o la Luna o el Sol, la partícula de prueba es descartada.  La probabilidad relativa de impacto del sitio es estimada comparando el número de "aciertos" que tiene comparada con aquella de un sitio de referencia.  Todo esto sin interrumpir con un estallido una tarde hermosa en Paris.

Representación esquemática de la manera como funcional el método de Trazado de Rayos Gravitacional (derecha) comparado con el método tradicional de Trazado de Rayos usado en computación gráfica (izquierda).  Crédito: Zuluaga & Sucerquia (2018)

Parece una idea muy simple, pero, como señala Jorge I. Zuluaga "la implementación del método es más dura de lo que se piensa; es necesario verificar todo para estar seguro de que los resultados no son debidos a artefactos numéricos producidos por una estadística limitada o por el conocimiento incompleto de la distribución de NEAs", y agrega "se necesitan también poderosos recursos computacionales para lanzar cientos de miles de partículas de prueba que permitan evaluar el RIP de toda la Tierra en un momento específico del tiempo". 

Como cualquier astrónomo Zuluaga y Sucerquia son conscientes de la urgencia de evaluar el riesgo que los impactos de asteroide ponen sobre nuestra creciente (y sensible) civilización.  Como apunta Mario Sucerquia  "[nuestro método] es una 'herramienta de seguridad' que podría ser usada para la toma de decisiones frente a la amenaza de grandes y peligrosos impactos".  Y agrega que "evaluar el peligro que representan los impactos de meteoroides merece ser un objetivo práctico que debería recibir el apoyo de los que toman deciciones en todos los países del mundo".  Sucerquia finalmente concluye que "a pesar de las dificultades, el método GRT es nuestra contribución para lograr estos importantes objetivos".

Material adicional:

  • https://youtu.be/yaVHvvDXCgg: Video que muestra la evolution de la probabilidad relativa de impacto (RIP) como función del tiempo durante un día específico y del día durante un año típico.
  • El artículo ha estado sometido a revisión por pares desde finales del 2016.  Durante este tiempo ha estado bajo un profundo escrutinio de por lo menos 3 revisores.  Un cuarto se unirá a la tarea en las próximas semanas.  Este es un tópico tan crítico que merece el examen más cuidadoso posible.  Si el proceso es exitoso el artículo se publicaría en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

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Fuentes originales:

  • Jorge I. Zuluaga & Mario Sucerquia, Towards a theoretical determination of the geographical probability distribution of meteoroid impacts on Earth, arXiv:1801.05720 (under revision in MNRAS).