LE METEORE Caratteristiche generali SCIENZE della TERRA ASTRONOMIA Slide N. 36 LE METEORE Caratteristiche generali IV Liceo Tecnologico Francesco Sacchetti IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)

Indice: 1 – Definizione meteora. 2 – L’arrivo nell’atmosfera terrestre. 3 – L’origine della meteora. 4 – La composizione della meteora. 5 – La particolarità degli sciami. 6 – L’orientazione delle scie meteoriche. 7 – La scia di ionizzazione. 8 – La classificazione della meteora. 9 – Le conseguenze dell’impatto. 10 – I contributi umani. 11 – La notte di San Lorenzo.

1 – DEFINIZIONE DI METEORA

Cos’è una meteora? Una meteora è un frammento di una cometa o di un asteroide (o di un altro corpo celeste), che immettendosi all'interno dell'atmosfera terrestre arde a causa dell'attrito. È chiamata solitamente stella cadente.

Quelle che nell’uso comune vengono definite impropriamente “stelle cadenti” (che in verità non hanno nulla a che fare con le stelle) non sono altro che piccoli corpi che impattano negli strati più alti dell’atmosfera disintegrandosi e bruciando fino ad esaurirsi totalmente. L’etimologia della parola meteora deriva dal greco 'metéora', plurale di 'metéoros' che significa letteralmente “che sta in alto”.

2 – L’ARRIVO SULLA TERRA

Le meteore penetrano nella nostra atmosfera con velocità comprese fra 11.2 e 72.8 km/s, subendo una notevole pressione dinamica che ne riscalda la superficie. Questi corpi, generalmente dell’ordine delle decine di centimetri sino al metro o poco più, sono costituiti principalmente di materiali ferro-metallici, rocce elementari e ghiaccio.

Ciascun urto con le molecole d'aria libera un'energia termica quindi, a una altezza di 80-90 km, la temperatura del corpo raggiunge i 2500 K e i suoi atomi iniziano a sublimare ovvero passano dallo stato solido allo stato gassoso senza passare per quello liquido. Proseguendo nella sua caduta, si avvia un processo noto come ablazione che è il processo di rimozione di materiale dalla superficie di un oggetto mediante processi di vaporizzazione ed erosione: la meteora inizia a perdere progressivamente massa, lasciando dietro di sé gocce di materia fusa.

Nel contempo i gas ad alta temperatura liberati dalla sublimazione formano lunghe scie di plasma che si rendono visibili in cielo come strisce luminose solo per pochi secondi. Nel caso in cui una meteora sopravviva, sia all’impatto con l’atmosfera terrestre, sia alla successiva ablazione, può giungere fino al suolo terrestre trasformandosi in un meteorite e, a seconda della grandezza e dell’energia cinetica posseduta, creare un cratere con possibile devastazione locale, regionale o addirittura planetaria. Gli atomi della meteora e le molecole atmosferiche, a causa degli urti reciproci, si ionizzano. Dal suolo un osservatore vedrà quindi una scia luminosa: la meteora.

3 – L’ORIGINE DELLA METEORA

Negli ultimi decenni si è fatta sempre più strada l’ipotesi che gli sciami meteorici siano generati dal continuo passaggio intorno al Sole di corpi quali comete e asteroidi; infatti nella fase in cui questi ultimi si trovano al perielio (il punto più prossimo al Sole) perdono considerevoli quantità di materiale a causa delle radiazioni solari molto intense che letteralmente ne “sciolgono” la superficie determinando l’espulsione di gas e di piccoli pezzetti rocciosi.

Nell'immagine qui sotto possiamo farci un idea di questo evento osservando una cometa che percorre la sua orbita (OC) liberando grandi quantità di rocce e polvere (punto 1). Questi pezzetti rocciosi una volta espulsi danno vita a vere e proprie “nubi” che possono intersecare (nel loro moto) (punto 3) le orbite dei pianeti nel momento esatto in cui proprio il pianeta transita in quella porzione di orbita (nel caso specifico la Terra, punto 2, che percorre la sua orbita OT); quest’incontro genera la collisione (pressappoco nella porzione d'orbita prossima al punto 3) di parte di questi corpi con gli strati più alti dell’atmosfera dando vita al fenomeno spettacolare delle “stelle cadenti”.

Le principali piogge meteoriche annuali, come ad esempio le Perseidi (lacrime di San Lorenzo), nascono proprio da questo meccanismo. Si deve all’intuizione dell'astronomo italiano Schiaparelli la comprensione della periodicità degli sciami meteorici nel corso dell’anno. Infatti il ritorno periodico degli sciami è dovuto all'attraversamento annuale da parte della Terra di zone in cui numerose comete hanno depositato, nel corso di milioni di anni, cospicue quantità di frammenti e particelle rocciose.

Per comprendere meglio la connessione che esiste tra sciami meteorici e corpi genitori (dello sciame stesso) ed effettuare ipotesi su quale cometa o asteroide li abbia generati gli astronomi ricorrono frequentemente allo studio degli effetti denominati Poynting-Robertson, predominante per le particelle di dimensioni fino a 10 cm e Yarkovsky che diventa predominante nei corpi con dimensioni tra 10 cm e 100 m.

L’effetto Poynting-Robertson e l’effetto Yarkovsky L’effetto Poynting-Robertson consiste in una complessa interazione tra radiazione incidente e particella rocciosa che innesca per effetto Doppler un processo che tende a frenare la particella stessa, al contrario l’effetto Yarkovsky, meglio noto come "effetto razzo", consiste in un piccolo effetto propulsivo innescato dalla liberazione di particelle gassose dalla superficie di una cometa o di un asteroide dovuto all’intensa radiazione solare che surriscalda il corpo. John Henry Poynting

4 – LA COMPOSIZIONE DELLA METEORA

Una meteora è composta di due parti: la testa e la scia Una meteora è composta di due parti: la testa e la scia. La testa della meteora contiene il meteorite in progressivo disfacimento avvolto da gas ionizzati, mentre la scia è una lunga colonna di plasma, visibile solo per qualche secondo. Il meteorite può essere anche formato da detriti spaziali generati dall'uomo durante le numerose spedizioni orbitali o da satelliti danneggiati da impatti con altri corpi, ma anche da parti dei serbatoi dei razzi o da semplice spazzatura.

5 – PARTICOLARITÁ DEGLI SCIAMI

Le caratteristiche della nube che interseca l’orbita terrestre, quali densità, dimensione media dei corpi e composizione chimica, determinano le caratteristiche dello sciame: Il primo parametro che influenza una pioggia meteorica è la densità della nube, ossia se essa è molto densa di corpi assisteremo a piogge molto ricche di meteore (per spiegare meglio questo concetto ricordiamo la storica pioggia delle Leonidi del 1966 in cui la Terra attraversò la parte più densa della nube generando una pioggia che aveva un tasso orario di meteore visibili a occhio nudo di circa 144.000 eventi per ora, o meglio in parole povere, un osservatore a terra poteva vedere teoricamente oltre 144.000 “stelle cadenti” per ora!)

Il secondo parametro che influenza una pioggia meteorica è la dimensione media dei corpi presenti nella nube; se i corpi che impattano con l’atmosfera sono molto grandi (dell’ordine di qualche metro) generano i cosiddetti “bolidi” ossia meteore di dimensioni notevoli che a loro volta danno vita, nell’impatto, a scie molto luminose (con magnitudini fino a -8 / -10) accompagnate spesso da onde sonore distintamente udibili come crepitii e piccole esplosioni. Il terzo parametro fondamentale è la composizione chimica dei corpi che determina la colorazione e le caratteristiche delle scie luminose; la chimica ci insegna che gli elementi fondamentali durante la combustione generano componenti cromatiche diverse. Le principali colorazioni che assumono le scie meteoriche sono la classica bianco-azzurra e la rosso-giallina fino a sfumare a colorazioni tendenti al verde pallido.

Per la peculiarità che hanno gli elementi della tavola periodica di bruciare generando fiamme di diverse componenti cromatiche sarebbe possibile, in linea teorica, stimare molto grossolanamente la composizione degli oggetti osservati semplicemente osservandoli; dove l’avverbio “grossolanamente” rende bene l’idea della qualità della stima poiché il lasso di tempo in cui si verifica un evento meteorico in cielo di solito è brevissimo e va da frazioni di secondo a qualche secondo. . (nell’immagine qui sopra si evidenzia la scia di una classica Perseide, notiamo la colorazione molto intensa bianco-azzura dei residui rocciosi più avanzati e quella meno luminosa della zona terminale della scia tendente al rosso-giallino).

Non tutti sanno che per avvistare le meteore non bisogna attendere le date in cui si verificano i principali sciami meteorici annuali, ma esse cadono con costanza 24 ore su 24, 365 giorni all’anno. Le stime sugli impatti meteorici attribuiscono un tasso orario “base” valido in ogni momento dell’anno di circa 2-3 eventi per ora, distribuiti casualmente nell’intera volta celeste. Benché questo valore orario sia modesto e soprattutto “statistico” non è raro osservare quelli che vengono definiti “eventi isolati”. Si stima che ogni giorno cadono sulla Terra oltre 400 tonnellate di polveri interplanetarie, ma a causa della loro dimensione solo una piccola parte si trasforma in meteore producendo una scia osservabile. Inoltre molte di esse impattano di giorno disperdendo la propria energia luminosa nel bagliore del cielo

6 – ORIENTAZIONE DELLE SCIE METEORICHE

Nell’osservazione pratica dei principali sciami si osserva un fatto a prima vista curioso: le meteore sembrano irradiarsi lungo i raggi di una circonferenza ideale che ha come centro il radiante dello sciame. La spiegazione di questo fenomeno risiede nel fatto che gli effetti prospettici fanno sì che le meteore, che stanno viaggiando lungo cammini paralleli nello spazio, appaiano irradiarsi da un singolo punto nel cielo, il radiante per l'appunto. Questo punto ha valenza esclusivamente empirica che deriva dall’osservazione visuale, non ha nessuna spiegazione scientifica se non quella di coincidere con la direzione del moto della Terra. Ossia quest’ultima, percorrendo la sua orbita nello spazio, va letteralmente “incontro” alle nubi che contengono le future meteore. (nell’immagine qui sopra, ottenuta mediante una fotografia a lunga esposizione centrata sul radiante dello sciame, si evidenzia chiaramente questo fenomeno: il cerchietto rosso e il suo punto centrale, rappresentano rispettivamente la “circonferenza ideale” e il radiante sovra citati, le scie meteoriche bianche che contornano l’immagine sembrano irradiarsi da un unico punto e disporsi paralleli ai raggi della circonferenza).

7 – SCIA DI IONIZZAZIONE

Durante l'ingresso di una meteora nell'atmosfera superiore, le molecole atmosferiche vengono eccitate dal passaggio della meteora e si crea una scia di ionizzazione. Tali scie possono persistere anche per 45 minuti. Piccoli meteoroidi delle dimensioni di granelli di sabbia entrano nell'atmosfera costantemente, e quindi le scie di ionizzazione possono essere trovate continuamente nell'atmosfera superiore. Le meteore di notevoli dimensioni possono lasciarsi dietro scie di ionizzazione molto lunghe, che possono anche interagire con il campo magnetico terrestre. Quando la scia si dissipa, possono essere rilasciati diversi megawatt di energia elettromagnetica, con un picco dello Spettro di potenza nelle frequenze audio. Curiosamente, anche se le onde sono elettromagnetiche, possono essere sentite: sono abbastanza potenti da far vibrare erba, piante, occhiali, capelli ricci e altri materiali. Quadro di Friedric Edwin Church

8 – CLASSIFICAZIONE DELLA METEORA

Una meteora molto brillante viene chiamata bolide Una meteora molto brillante viene chiamata bolide. L'International Meteor Organization (IMO) definisce bolide una meteora di magnitudine apparente pari a -3 o più luminosa. D'altra parte, la sezione meteore della British Astronomical Association ha una definizione molto più rigorosa, indicando come limite inferiore una magnitudine pari a -5.

9 – CONSEGUENZE DELL’IMPATTO

Se non si è già dissolto nell'aria, la meteora rallenta fino a 3 km/s, l'ablazione e l'emissione di luce cessano, entrando così nella fase di volo buio; se il meteora sopravvive al transito nell'atmosfera e allo schianto sulla superficie, l'oggetto risultante è chiamato meteorite e colpendo la Terra può produrre un cratere meteoritico. Il materiale terrestre fuso "schizzato" fuori da un cratere, si chiama impattite. Le particelle di polvere meteoriche rilasciate da meteoriti in caduta possono persistere nell'atmosfera per diversi mesi. Possono avere effetti sul clima, diffondendo radiazioni elettromagnetiche e/o catalizzando reazioni chimiche nell'atmosfera superiore.

10 – CONTRIBUTI UMANI

In ultima analisi è doveroso inoltre precisare un altro concetto importante: cinquanta anni di conquista dello spazio da parte di sonde robotizzate e satelliti hanno prodotto intorno alla Terra una “costellazione” formata da una miriade di pezzi e detriti che oggi vengono definiti col termine poco fantasioso di “spazzatura spaziale”. Questi detriti orbitano intorno alla terra su orbite instabili che spesso generano collisioni; per questo motivo molte di quelle che si pensano essere meteore sono in realtà componenti dei razzi sganciati, satelliti ormai inutilizzati, pezzi che vengono persi durante le missioni di manutenzione extraveicolare, ecc., che rientrando nell’atmosfera generano lo stesso fenomeno delle meteore: ossia bruciano dando vita ad una scia luminosa. (qui sopra possiamo notare gli ultimi istanti di vita della MIR, subito dopo il rientro in atmosfera la stazione si è disintegrata velocemente scindendosi in vari frammenti prima di consumarsi del tutto, quest’immagine è stata scattata dalle isole Figi)

Forse qualcuno di voi ricorda le immagini del rientro della MIR, la stazione spaziale sovietica. Il governo russo, visti gli enormi costi di gestione e l’ormai considerevole età della stazione (15 anni), decise nel 2001 di dismettere la gloriosa MIR mediante (per usare il temine tecnico) “affondamento” nell’atmosfera; ebbene una struttura metallica imponente come la MIR da 135 tonnellate di stazza produsse nell’atmosfera, il 23 marzo 2001, un fantastico spettacolo “meteorico” composto da frammenti multipli di dimensioni considerevoli. I pochi frammenti che non si consumarono del tutto nell’atmosfera precipitarono, in maniera controllata, in pieno Oceano Pacifico. Il logo della Mir La Mir nell'orbita terrestre

11 – LA NOTTE DI SAN LORENZO

La notte di san Lorenzo (10 agosto) è tradizionalmente associato al fenomeno delle stelle cadenti, considerate evocative dei carboni ardenti su cui il santo fu martirizzato. In effetti, in quei giorni, la Terra attraversa lo sciame meteorico delle Perseidi e l'atmosfera è attraversata da un numero di piccole meteore molto più alto del normale. Il fenomeno risulta particolarmente visibile alle nostre latitudini in quanto il cielo estivo è spesso sereno. Celebre la poesia di Giovanni Pascoli, che interpreta la pioggia di stelle cadenti come lacrime celesti, intitolata appunto, dal giorno dedicato al santo, X agosto: « San Lorenzo, io lo so perché tanto di stelle per l'aria tranquilla arde e cade, perché si gran pianto nel concavo cielo sfavilla... »

FINE della LEZIONE Le METEORE Grazie per l’attenzione E ricordatevi…! … Da oltre mezzo secolo i bambini, i ragazzi e i giovani vengono obbligati a starsene seduti, tra scuola e compiti, circa otto ore al giorno, e che, alla fine dei loro corsi di studi, a qualsiasi domanda culturale, il loro sguardo vaga smarrito o si esprime in un “boh!” Silvano Agosti, Lettere dalla Kirghisia, 2004 FRANCESCO SACCHETTI 4° AL IISS “MATTEI”