Asteroidi che bombardano la Terra

Nel blog abbiamo pubblicato diversi paper sulle meteore e i bolidi brillanti (fireball), arrivando anche a proporre la costruzione di una semplice camera all-sky per l’osservazione di questi eventi spettacolari. In questo articolo parleremo in modo più specifico dell’origine dei meteoroidi che generano i fireball: si tratta di corpi “scollegati” dal resto del Sistema Solare – che arrivano casualmente a collidere con la Terra – oppure si inseriscono in un contesto coerente, come i meteoroidi di origine cometaria che generano sciami di meteore come quello delle Orionidi?

Asteroidi e fireball

I grandi meteoroidi che cadono nell’atmosfera terrestre, con velocità tipiche di 15-25 km/s, danno luogo a brillanti fireball (come quello cubano dell’aprile 2019) che – con le loro scie di plasma – possono illuminare a giorno il cielo notturno o essere ben visibili anche nel cielo diurno. Alcuni di questi eventi sono associati al ritrovamento di meteoriti (come nel caso dell’asteroide 2018 LA), residuo del meteoroide originario che – in parte – è sopravvissuto all’ablazione atmosferica ed è arrivato al suolo.

Poiché i meteoroidi che generano i fireball molto luminosi hanno dimensioni tipiche superiori ai 20 cm, l’origine più ovvia per questi corpi sono gli asteroidi near-Earth. In effetti, meteoroidi con dimensioni maggiori di 20 cm non potrebbero essere espulsi dalla normale attività di sublimazione di un nucleo cometario a meno che questo non si disgreghi. Per questo motivo è improbabile osservare fireball brillanti associati ai comuni sciami di meteore e non sono note meteoriti di sicura origine cometaria. Gli asteroidi near-Earth – a loro volta – hanno origine dagli asteroidi che si trovano nella main-belt, la regione di spazio compresa fra le orbite di Marte e Giove dove si trovano circa un milione di corpi conosciuti.

Un modo per dimostrare questa ipotesi è recuperare al suolo le meteoriti associate ai fireball brillanti, determinare le orbite eliocentriche dei meteoroidi progenitori e confrontarle con quelle degli asteroidi near-Earth. I fireball sono eventi piuttosto rari, ma già negli anni 60 del secolo scorso furono create diverse reti automatiche composte da camere grandangolari (come la European Fireball Network, la Canadian Meteorite and Recovery Project e la Prairie Meteorite Network), per determinare sistematicamente le orbite dei fireball e cercare sul terreno il meteorite associato all’evento.

Queste prime reti ottennero le orbite di molti fireball, ma fino a poco tempo fa erano note solo tre associazioni fra fireball e meteoriti (Pribram, Lost City e Innesfree). Tutte e tre le orbite erano simili a quelle percorse degli asteroidi near-Earth piuttosto che a quelle delle comete. L’ipotesi che i fireball fossero causati da meteoroidi di origine asteroidale sembrava verificata. Da allora, il numero di coppie note meteorite-fireball è aumentata considerevolmente, ma la conclusione di cui sopra rimane ancora valida.

Al giorno d’oggi, con la continua scoperta di nuovi oggetti near-Earth (NEO), asteroidi ed ex comete della famiglia di Giove, è possibile andare alla ricerca degli asteroidi near-Earth progenitori dei fireball che si osservano nei cieli terrestri. Si tratta di studi a cavallo fra il mondo delle meteore e quello degli asteroidi, che possono aiutarci a capire meglio la struttura ed evoluzione dei corpi genitori. Il modo standard di associare i meteoroidi con una data cometa o asteroide è attraverso la somiglianza delle loro orbite. Questa tecnica si basa sul calcolo di una funzione di dissomiglianza (D-criteria), che misura la “distanza” tra l’orbita del meteoroide e quella del potenziale genitore nello spazio degli elementi orbitali. Se questa distanza è inferiore a un valore di soglia predefinito, le orbite sono considerate simili e i due oggetti imparentati.

Meteorite_orbits
Figura 1 – Le orbite di 5 meteoroidi associati ad altrettante meteoriti fra cui Pribram, Lost City e Innisfree. Come si vede si tratta di orbite eliocentriche simili a quelle degli asteroidi near-Earth (Credits: Professor Kenneth R. Lang, Tufts University).

 

Il caso dei fireball spagnoli “Golfo de Cadiz” e “Chipiona”

Due bolidi interessanti sono stati quello del 5 luglio 2009 alle 4:15 UT (Golfo de Cadiz) e quello del 4 luglio 2010 alle 23:16 UT (Chipiona), osservati dalle stazioni della SPanish Meteor Network (SPMN). La SPMN ha come scopo lo studio dei fireball per l’eventuale recupero al suolo di meteoriti “fresche” da studiare in laboratorio. Il bolide Golfo de Cadiz ha colpito l’atmosfera terrestre a una velocità di 17,7 ± 0,3 km/s, raggiungendo una magnitudine assoluta di -9,0 ± 0,5 mentre Chipiona è arrivato con una velocità di 18,5 ± 0,4 km/s arrivando alla mag -14,5 ± 5: superiore alla luminosità apparente della Luna piena che arriva alla mag -12,5. Le masse iniziali stimate sono, rispettivamente, di 23 ± 2 kg e 280 ± 25 kg, corrispondenti a meteoroidi delle dimensioni di 26 e 61 cm se si ipotizza una densità media di 2,4 g/cm³. Usando un criterio di dissomiglianza per le orbite eliocentriche di questi due meteoroidi è stato trovato che il possibile asteroide genitore è il near-Earth (435159) 2007 LQ19. Si tratta di un asteroide con un’orbita di tipo Apollo che è anche un PHA (Potentially Hazardous Asteroid), perché ha dimensioni stimate di 1-2 km di diametro e può arrivare a una distanza minima di 1,3 milioni di km dall’orbita terrestre. Di questo oggetto non si conosce nulla, nemmeno il periodo di rotazione. Possibili meccanismi per la perdita di massa degli asteroidi comprendono l’instabilità rotazionale (superamento della spin-barrier), lo stress termico, le collisioni (impatti) e così via. Oppure ci può essere perdita di massa senza nessun motivo apparente, come nel caso dell’asteroide Bennu. Quale sarà stata la causa fisica che ha portato 2007 LQ19 a perdere massa? Non lo sappiamo, ma l’osservazione di due fireball associati a questo corpo fa pensare che si tratti di un asteroide “rubble pile”, un aggregato di blocchi indipendenti tenuto insieme dalla debole forza di gravità. In ogni caso si tratta di un corpo potenzialmente interessante che va studiato in dettaglio – almeno dal punto di vista fotometrico – per stabilire se è alla soglia della spin-barrier oppure no (purtroppo il prossimo flyby con la Terra ci sarà l’8 giugno del 2028). Questo permetterebbe di escludere almeno una causa fisica riducendo la lista dei possibili meccanismi coinvolti. A questo proposito, vediamo un altro bolide con un asteroide genitore molto interessante.

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Figura 2 – Il fireball Golfo de Cadiz ripreso dalla SPMN il 5 luglio 2009 (Credits: Madiedo et al., MNRAS, 2014).

Un bolide nel cielo di Kyoto

Il 28 aprile 2017 alle 15:58 UT, sopra il cielo di Kyoto (Giappone), un brillante bolide di magnitudine assoluta -4,1 ± 0,4 venne ripreso da 12 dalle camere della SonotaCo Network. Dai dati fotometrici raccolti dalle camere è stato possibile stimare una massa di 29 ± 1 g per la massa del meteoroide progenitore, corrispondente a un corpo di circa 3 cm di diametro (se si suppone una composizione rocciosa). Inoltre, dai dati astrometrici di posizione in cielo, si è determinata l’orbita ellittica eliocentrica del meteoroide che ha provocato il bolide. Con i sei valori degli elementi orbitali che caratterizzano le orbite kepleriane si è calcolato la distanzadefinita nello spazio degli elementi orbitali – fra l’orbita del meteoroide progenitore e quella degli asteroidi near-Earth noti, alla ricerca del corpo genitore del meteoroide. Il risultato è che l’asteroide con l’orbita più simile a quella del meteoroide è l’asteroide near-Earth con orbita di tipo Apollo (164121) 2003 YT1. Ma è proprio questo l’asteroide da cui si è staccato il “sassolino” che si è disintegrato nell’atmosfera terrestre? Le sue caratteristiche fisiche fanno proprio pensare di sì.

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Figura 3 – Una mappa del bolide osservato il 28 aprile 2017 nel cielo di Kyoto, generato da un meteoroide staccatosi dall’asteroide near-Earth 2003 YT1 (Credits: Kasuga et al., AJ, 2019/SonotaCo).

L’asteroide genitore del bolide di Kyoto

L’asteroide 2003 YT1 è stato scoperto il 18 dicembre 2003 dalla Catalina Sky Survey. In base alla sua magnitudine assoluta di +16,2 e alla MOID con l’orbita terrestre – circa 0,003 UA (450.000 km) – l’oggetto è stato classificato come un PHA (la probabilità d’impatto con la Terra è del 6% in 10 milioni di anni). Osservazioni radar da Arecibo e fotometriche con i telescopi ottici hanno permesso di stabilire, in modo indipendente, che 2003 YT1 è in realtà un sistema binario. Per la sua formazione il processo fisico più plausibile è un’instabilità rotazionale, ossia una fissione meccanica dell’asteroide originale in due componenti distinte dovuta al superamento della spin-barrier per effetto YORP (Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack). Questo meccanismo, suggerito anche per l’attività episodica dell’asteroide main-belt (6478) Gault, implica una struttura a “rubble pile”. Dai dati su 2003 YT1 risulta che il primario ha un diametro di 1,1 ± 0,2 km, mentre il secondario ha un diametro di 0,21 ± 0,06 km. La coppia di asteroidi è separata da una distanza di circa 2,7 km che il secondario percorre in circa 30 ore. Il periodo di rotazione del primario è di 2,343 ± 0,001 ore (ragionevolmente vicino al valore della spin-barrier di circa 2,2 ore), e l’ampiezza della curva di luce di 0,16 mag mostra che la sua forma è quasi sferoidale.

Come si vede, 2003 YT1 è un sistema binario che si è generato per scissione rotazionale. In questo processo è logico attendersi l’espulsione di una buona quantità di polveri e piccoli meteoroidi nello spazio. La polvere viene spazzata via dalla pressione della radiazione solare (formando una coda cometaria temporanea), mentre i blocchi maggiori vanno a formare una vera e propria “corrente di meteoroidi” lungo l’orbita dell’asteroide. Sono questi ultimi che potranno dare luogo a brillanti fireball nell’atmosfera della Terra.

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Figura 4 – Rappresentazione artistica della parziale disintegrazione di un asteroide “rubble pile” con formazione di una corrente di meteoroidi (Credits: NASA/JPL-Caltech).

Conclusioni

In questo breve articolo abbiamo visto la connessione che può esistere fra asteroidi near-Earth e fireball. Una connessione che in questi ultimi anni sta ricevendo nuove conferme grazie alle reti all-sky (come l’italiana PRISMA), che permettono la detection e la caratterizzazione fisica e orbitale di un buon numero di fireball brillanti. Non sono ancora noti tutti gli  asteroidi near-Earth – più difficili da scoprire delle comete – per questo motivo associare i fireball agli asteroidi genitori è molto più complicato perché il potenziale genitore può non essere ancora noto. Tuttavia, associare i fireball agli asteroidi near-Earth è un modo per identificare i target più interessanti fra gli asteroidi, che meritano uno studio fisico approfondito alla ricerca dei meccanismi che hanno espulso nello spazio quei meteoroidi che – costantemente – bombardano la Terra.

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