SCIENZE della TERRA
ASTRONOMIA
Slide N. 36
LE METEORE
Caratteristiche generali
IV Liceo Tecnologico
Francesco Sacchetti
IISS “Mattei” – Rosignano S.
(LI)
Indice:
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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 ferrometallici, 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 PoyntingRobertson, 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.
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.
.
(nell’immagine qui sopra si evidenzia la
scia di una classica Perseide, notiamo
la colorazione molto intensa biancoazzura dei residui rocciosi più avanzati
e quella meno luminosa della zona
terminale della scia tendente al rossogiallino).
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.
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’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).
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.
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. 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.
La Mir nell'orbita terrestre
Il logo della Mir
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”
