Ejecta plume observability from an asteroid small impactor mission

The asteroids that intersect Earth's orbit were probably once part of the main belt, but due to gravitational influences with the gas giant Jupiter, they now orbit just a step away from our planet. The study of so called Near-Earth Objects (NEOs) is easier due to their proximity to our planet and is fundamental to understanding the formation and evolution of our solar system. In addition to aiding in the development of a dynamic model for a low gravity environment, observing the ejecta dust following an impact from an asteroid's surface enables the examination of the body's physical characteristics. In this work, an image simulator model is created to investigate the observability of such events. In particular, a small impactor, similar to the one used in JAXA's Hayabusa2 mission, is implemented for use on astrodie 162173 Ryugu. In addition, the possibility of observing the impact from a lander at a safe distance on the surface is being investigated to understand its utility and efficiency. The propagation of the dust dynamics is based on the photo-gravitational Circular Restricted Three-Body Problem (CR3BP) with perturbations due to the Ryugu gravitational irregularity, for which the coefficients $J_2$ and $J_4$ are implemented, while the image acquisition model is fully developed from scratch for this research. The images obtained focus on the dust, while the asteroid is represented as a sphere with a radius equal to the mean radius of the asteroid. Furthermore, a photometry model is developed in this thesis merging 2 existing models, giving a very good compromise needed for each phase angle. The model's potential is demonstrated by a comparison with actual photographs of the Hayabusa2 impact, which coincide with the images simulated at the observed instants time, and investigations on the apparent magnitude are carried out between the various observation sites. This thesis is part of the Collecting Asteroid Orbiting Samples (CRADLE) project.

Lo studio degli asteroidi che affollano lo spazio a noi più vicino, i cosidetti NEOs (Near-Earth Objects), probabilmete migrati dalla fascia principale per via di influenze gravitazionali con il gigante gassoso Giove, è primario per comprendere la nasciata e l'evoluzione del nostro sistema solare, oltre che comodo per via della loro vicinanza al nostro pianeta. L'osservazione delle polveri scagliate dopo un impatto sulla superficie dell'asteroide, oltre che utile a creare un modello dinamico per ambienti a bassa gravità, permette di studiare le caratteristiche fisiche dell'asteroide stesso. In questa tesi un simulatore di immagini è modellato al fine di studiare l'osservabilita di tale eventi. In particolare, un piccolo impattatore, simile a quello utilizzato nella missione Hayabusa2 della JAXA, è implementato per essere utilizzato sull'asterodie 162173 Ryugu. Inoltre, la possibilità di avere un lander che osservi l'impatto dalla superficie ad una distanza di sicurezza è studiata per capirne l'utilità e l'efficienza. La propagazione della dinamica delle polveri si basa sul problema dei tre corpi circolare ristretto (CR3BP) perturbato dalla radiazione solare e alla irregolarità gravitazionale di Ryugu, per il quale i coefficienti $J_2$ e $J_4$ sono implementati, mentre il modello di acquisizione immagine è sviluppato appositamente per questa tesi. Le immagini ottenute si concentrano sulle polveri, mentre l'asteroide è visualizzato come una sfera di riaggio uguale al raggio medio dell'asteroide stesso. Inoltre, in questa tesi viene sviluppato un modello di fotometria unendo due modelli esistenti, fornendo un ottimo compromesso necessario per ogni angolo di fase. La comparazione tra le imamgini reali dell'impatto di Hayabusa2 dimostra il potenziale del modello, le quali combaciano molto bene con le immagini simulate, metre studi sulla magnitudine apparente che l'osservatore percepisce sono affrontati per valutare le differenze tra le varie posizioni di osservazione. Questa tesi fa parte del progetto CRADLE (Collecting Asteroid Orbiting Samples).