Le micrometeoriti dallo spazio interplanetario alla vita sulla Terra Giacomo Briani 28 Febbraio 2005

……………Indice……………… La distribuzione di meteoroidi nello spazio a 1 UA dal Sole e il flusso sulla Terra, il contributo delle MM Composizione e proprietà delle MM studiate a Terra L’interazione con l’atmosfera terrestre: modelli e verifiche sperimentali Relazioni con i possibili corpi progenitori (comete e/o asteroidi) Possibile ruolo nella comparsa della vita sulla Terra

I meteoroidi a 1 UA dal Sole POLVERE COSMICA METEOROIDI GRANDI IMPATTORI dimensioni  m dimensioni  20 m masse  10-8 g masse  107 kg asteroidi e comete MICROMETEORITI dimensioni fra ~50 m e ~1 mm masse fra ~10-6 e ~ 10-3 g la densità spaziale dei meteoroidi diminuisce all’aumentare della distanza dal Sole e all’aumentare della latitudine eclittica la popolazione dei meteoroidi è dominata da particelle comprese fra 50 e 500 m  MM metodi per lo studio dei meteoroidi: osservazioni dei crateri lunari, studio delle tracce luminose (meteore) in atmosfera (radar BLM, AMOR), rivelatori a bordo di satelliti (Long Duration Exposure Facility) Sarebbe opportuno inserire una tabella delle dimensioni e delle masse dei meteoroidi, almeno di quelli submillimetrici, come quella in Cevolani parte II cap. 1 pag. 84

…I meteoroidi a 1 UA dal Sole Modello per la distribuzione di massa e il flusso a 1 UA di meteoroidi compresi fra 10-18 e 102 g : studiata l’azione delle mutue collisioni e dell’effetto Poynting-Robertson il flusso decresce rapidamente all’aumentare della massa nella distribuzione di massa si ha un picco per 10-5 g (100 m di raggio)  MM

Il flusso di meteoroidi sulla Terra osservazione sperimentali confermano il massimo nel flusso di particelle submillimetriche per dimensioni di 200 m e masse di 1.5·10-5 g  MM con 40000  20000 ton/anno micrometeoriti e polvere cosmica costituiscono l’assoluta maggioranza (99.5%) della materia che cade sulla Terra Il LDEF volava a quote fra 330 e 480 km, cioè ai limiti della omosfera (da 500km inizia l’esosfera), ma per Maurette (Accretion of neon…) dallo studio dei microcrateri si ricava il flusso fuori dall’atmosfera…

MM studiate sulla Terra è possibile studiare campioni ottenuti con dispositivi in orbita (LDEF, HST) ma lo studio delle MM si basa principalmente sui campioni raccolti in Groenlandia e in Antartide (AMM), questi ultimi considerati i meglio conservati rispetto a contaminazioni terrestri l’aspetto sorprendente è che la maggior parte delle MM recuperate non sono fuse, contrariamente a quanto atteso dai modelli di attraversamento dell’atmosfera

Composizione strutturale dall’analisi delle AMM MM fuse – cosmic spherules trasformate in sferule dal passaggio in atmosfera (20%)

…Composizione strutturale… MM non fuse (a) fine-grained hydrous MM composte da milioni di grani individuali (35%); (b) coarse-grained crystalline anhydrous MM composte di alcuni cristalli di olivina e pirosseno (10%)

…Composizione strutturale MM parzialmente deidratate scoriaceous-type MM con molte vescicole, erano fgh-MM e hanno perso parte della loro acqua (35%)

Composizione e mineralogia delle AMM sono correlate al gruppo relativamente raro (2% delle meteoriti) delle primitive condriti carbonacee sono gli oggetti extraterrestri più ricchi di C che raggiungono la Terra Scrivere qualcosa sull’arricchimento di elementi in atmosfera è importante perché sulla misura delle concentrazioni di elementi volatili si basa la valutazione delle temperature massime raggiunte in atmosfera, come in [9] pag. 5157

…Composizione e mineralogia delle AMM… in tutte (tranne le CSs) è stato rivelato un guscio di magnetite molto sottile ( 1 m) la distribuzione del rapporto D/H dell’acqua è la più simile a quella dell’acqua degli oceani

…Composizione e mineralogia delle AMM concentrazioni e composizioni isotopiche di alcuni elementi suggeriscono che le MM sono già tali nello spazio nonostante il collegamento con le condriti carbonacee, ci sono maggiori fattori di differenza le MM sono una nuova popolazione di oggetti del sistema solare

Interazione con l’atmosfera: un modello Simulazioni numeriche del passaggio in atmosfera di micrometeoroidi fra 10 m e 1 mm: temperature massime raggiunte sopra gli 85 km di quota impulsi massimi di calore di pochi secondi la maggior parte della massa accresciuta dalla Terra è dovuta a micrometeoroidi fra 100 e 300 m  MM in tale intervallo circa il 10% delle particelle conserva le dimensioni originarie e la metà di queste risulta fusa le eventuali molecole organiche presenti vengono distrutte a temperature minori di quelle raggiunte in atmosfera

Un altro modello Studiate le condizioni per cui le MM possono entrare nell’atmosfera senza fondere (temperature  1600 K) o senza subire annealing ( 800 K) come possibili meccanismi di ingresso sono stati considerati (1) “aerocattura” (ingresso in un’orbita chiusa) (2) ingresso diretto a grandi angoli zenitali imponendo temperature massime  800 K, i due meccanismi hanno efficienze confrontabili; ma difficilmente più dell’uno per mille delle particelle rimane sotto tale temperatura per evitare la fusione è molto più efficace l’ingresso diretto, ma solo il 4% dei MM di 100 m di raggio passano l’atmosfera senza fondere

MM e atmosfera: i dati sperimentali… Nelle AMM la percentuale di MM non fuse è molto maggiore di quanto previsto Possibili concause: particolari condizioni di ingresso decelerazione in strati a bassa densità a quote elevate (80 - 120 km, contro 30 - 60 km per meteoroidi maggiori) efficiente emissione dell’energia per irraggiamento grazie all’elevato rapporto area/massa flash heating?

…MM e atmosfera: i dati sperimentali Problemi: gradienti termici interni shock idrodinamici contaminazione atmosferica atmospheric residence + terrestrial residence

Origine cometaria o asteroidale? L’origine delle MM micrometeoroidi provenienti dalla fascia principale degli asteroidi entrano in atmosfera con velocità geocentriche minori di quelli originati da comete l’eco radar proveniente da un meteoroide di origine asteroidale ha un’ampiezza generalmente maggiore rispetto a quella di echi dovuti a corpi di origine cometaria Origine cometaria o asteroidale? effetti gravitazionali della Terra e di altri pianeti sull’orbita dei MM

MM e origine della vita sulla Terra Le MM possono essere state importanti per la formazione dell’atmosfera e degli oceani terrestri l’apporto di composti prebiotici e/o molecole organiche Sorgenti di molecole organiche per la Terra primordiale: apporto diretto da oggetti extra-terrestri (MM + IDPs) sintesi dovuta a shock in atmosfera sintesi endogena

…MM e origine della vita sulla Terra Il ruolo attivo delle MM nelle nascita della vita: i micro-reattori condritici – CHRs elementi che possono agire da catalizzatori (acqua, minerali idrati e non, solfati, ossidi del ferro…) sostanze organiche prebiotiche e/o molecole organiche complesse il guscio di magnetite impedisce l’eccessiva diluizione delle sostanze organiche e ne permette il contatto con i catalizzatori alta efficienza nell’intrappolare amino-acidi e altre sostanze organiche tali reattori non potevano essere prodotti sulla Terra poiché sintetizzati nello specifico ambiente microgravitazionale del sistema solare primordiale, portatori di catalizzatori sconosciuti sulla Terra, riprocessati dal passaggio in atmosfera

MICROMETEORITI Riassunto dominano la popolazione di meteoroidi a 1 UA dominano il flusso di materia ET sulla Terra sopravvivono sorprendentemente all’atmosfera sono ricche di C e composti organici importanti per la comparsa della vita

Prospettive Studiare la vita delle MM nello spazio Approfondire la conoscenza dei meccanismi che permettono la sopravvivenza in atmosfera Capire meglio l’origine delle MM e dei composti organici che contengono Estendere i risultati ottenuti per la Terra ad altri corpi planetari, come Marte, Giove, Europa, Titano