Pietre nello spazio

Le meteoriti sono considerate dagli astronomi come l'anello fondamentale che unisce il minuscolo materiale interplanetario, particelle microscopiche di antichissima origine, con i corpi più grandi, come asteroidi e pianeti. Esse si rendono visibili solo quando entrano in contatto con la Terra: inabissandosi a grande velocità nella nostra atmosfera danno origine a spettacolari fenomeni di brevissima durata, le meteore, che tutti ben conosciamo col nome di "stelle cadenti", effimere e fugaci scie luminose che si possono scorgere nel cielo notturno.

La prima descrizione documentata riguardante le meteoriti risale al sesto secolo a.C., quando gli esperti e meticolosi astronomi cinesi osservarono uno sciame di stelle cadenti. Cadute di pietre dal cielo, presumibilmente di origine extraterrestre, sono citate spesso nella letteratura classica cinese, greca e latina. Di origine cosmica è probabilmente anche la famosa "pietra nera" che viene adorata dai fedeli musulmani nella Caaba, alla Mecca. Il primo ad intuire la reale natura delle meteoriti fu il fisico tedesco Ernst Chladni, che verso la fine del 1700 le aveva collegate al fenomeno delle stelle cadenti. Il fatto che le stelle cadenti fossero veramente piccoli oggetti provenienti dallo spazio, che si riscaldavano e diventavano incandescenti penetrando nell'atmosfera terrestre, fu dimostrato per la prima volta nel 1798 quando un gruppo di astronomi riuscì a calcolare l'altezza delle tracce meteoriche. Ma solo ai primi dell'Ottocento le meteoriti vennero generalmente riconosciute come oggetti di provenienza extraterrestre, anche grazie ad altri avvistamenti, seguiti dal ritrovamento di frammenti.

Non appena si venne a conoscenza della precisa natura delle meteoriti, cominciarono inevitabilmente le domande volte a chiarire la loro origine. Le prime idee rilevanti consideravano queste ultime come frammenti provenienti dalla fascia principale degli asteroidi situata fra Marte e Giove. Assai raramente si è riusciti a ricostruire l'orbita di una meteorite con sufficiente esattezza, tuttavia l'ipotesi di una provenienza asteroidale rimane quella più probabile, anche se non l'unica, come sentiremo più avanti.

Quanto sono antiche le meteoriti? La loro datazione, come per le rocce terrestri, viene effettuata in laboratorio col metodo delle sostanze radioattive: ogni reperto contiene infatti una certa quantità di isotopi radioattivi naturali (gli isotopi sono varianti di uno stesso elemento che differiscono da esso per il numero di neutroni che ne determinano il peso). Questi isotopi si trasformano spontaneamente, con il tempo, in elementi stabili; tale decadimento avviene per ogni elemento secondo un ritmo molto preciso , non alterabile da fattori esterni (quali temperatura, pressione, ecc.). L'età ricavata per le meteoriti trovate sulla Terra, che indica per quanto tempo queste hanno viaggiato nello spazio, sono decisamente brevi in termini astronomici: variano dai 10 ai 60 milioni di anni, una frazione minuscola della vita del Sistema Solare; evidentemente occorre approfondire il problema della loro origine. Gli astronomi pensano che la maggior parte delle meteoriti abbiano trascorso un lungo periodo di tempo all'interno di un corpo progenitore più grande, da cui poi si sarebbero distaccate, fore in seguito ad un impatto, perdendosi nello spazio: l'età della meteorite misura dunque il tempo trascorso da quando si è verificato il distacco. Alla fine, quando il nostro corpo celeste cade attraverso l'atmosfera della Terra, si trova al riparo dal bombardamento dei raggi cosmici: non vengono più prodotti nuclei radioattivi e quelli già esistenti all'interno cominciano a decadere, come il lento ticchettio di un orologio. In questo modo gli atomi della meteorite conservano memoria della loro cronologia.

Le meteoriti non sono tutte uguali, si possono classificare in vari gruppi a seconda della loro composizione, densità, ecc.

Alcune di esse, costituite principalmente da ferro e nichel, sono note come sideriti od anche meteoriti metalliche: corrisponderebbero per composizione al nucleo terrestre. Un esempio spettacolare di siderite è quello del Meteor Crater in Arizona, che nell'impatto avvenuto 50.000 anni fa provocò appunto un cratere di 1265 m di diametro e 174 m di profondità, frantumandosi in pezzi non superiori ai 70 kg di peso.

Al secondo posto della classificazione troviamo le più comuni delle meteoriti: sono le aeroliti o pietre meteoriche, di natura petrosa, con composizione chimica e mineralogica simile ad alcune roccie terrestri (contengono infatti olivina, bronzite, augite, ecc.).

Abbiamo poi alcune meteoriti molto particolari dette tectiti, di composizione interamente vetrosa, di colore variabile dal bruno al giallastro al verde oliva.

Infine ci sono le condriti, meteoriti la cui origine non è ancora ben chiarita, che sono i campioni più primitivi del Sistema Solare di cui oggi disponiamo. La maggior parte delle condriti, infatti, è costituita da materiali che si sono formati più di 4 miliardi di anni fa e si sarebbero conservate inalterate sin dal tempo della loro formazione nella nebulosa solare primordiale, costituita da gas a bassa pressione e polveri interstellari.

Come vengono studiate le meteoriti oggi?

La raccolta dei dati meteorici viene effettuata essenzialmente mediante tecniche radar, dal momento che l'aria ionizzata ha la capacità di riflettere le onde radio. In Italia la stazione di rilevamento più importante è il radar meteorico Bologna-Lecce, di proprietà del CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche). Col radar si può derivare la quota d'ingresso delle meteoriti: si è in tal modo osservato che appaiono di solito a 120 km d'altezza, e normalmente svaniscono verso i 60 km. La notevole luminosità di questi oggetti dipende dall'enorme calore che li fa fondere e dalla grande velocità (responsabile principale della brevità del fenomeno stesso), che tuttavia può variare molto a seconda dei casi. Sappiamo che la velocità con cui una particella che viaggia nello spazio entra nell'atmosfera terrestre dipende dalla sua velocità intrinseca, inferiore o al massimo pari a 42 km/s, nonché dalla sua direzione rispetto al movimento di rivoluzione terrestre. La velocità orbitale media della Terra attorno al Sole è 30 km/s; tale velocità viene sottratta se il corpo insegue la Terra, viene invece sommata se si ha una collisione diretta, frontale.

Con un semplice calcolo si può appurare come la velocità di una meteorite al contatto con l'atmosfera terrestre è compresa fra 12 e 72 km/s. Il corpo viene rapidamente frenato soprattutto se di dimensioni piccole o medie a causa della resistenza dell'aria; oltretutto si può notare che più la velocità è alta, maggiore è la quota alla quale inizia la disintegrazione della meteora. Quest'ultima perde totalmente la sua velocità iniziale già ad una considerevole altezza, negli strati più densi della tropopausa (zona atmosferica di confine fra la troposfera e la stratosfera). A questo punto la stella cadente "perde" per così dire la coda e comincia a cadere cerso terra con velocità dovuta interamente alla forza di gravità.

La probabilità che un meteorite riesca a superare la barriera atmosferica e ad impattare con la superficie, dipende, oltre che dalla velocità, soprattutto dalla composizione e dal suo diametro. L'atmosfera terrestre è in grado di filtrare meteoriti di tipo pietroso con diametri fino a circa 100 metri, nel senso che oggetti di dimensioni minori vengono completamente vaporizzati per l'attrito oppure esplodono in quota. I bolidi di composizione metallica, invece, sono molto più densi e quindi la probabilità di un loro impatto al suolo è maggiore, quantunque siano decisamente più rari.

Se il proiettile cosmico ha una massa che supera le dieci tonnellate, allora subirà solo un lieve rallentamento, e raggiungerà il suolo con una considerevole porzione della sua velocità originaria. Data la quantità di energia coinvolta nel fenomeno, l'impatto produrrà un cratere, con istantanea disintegrazione della meteorite stessa. E' interessante osservare che nei pressi dei più grandi crateri da impatto terrestri sono stati rinvenuti a volte degli aggregati formati da un miscuglio di cristalli di carburo di silicio e piccoli diamanti: pur non essendo di purezza eccellente, la loro dimensione varia da quella di una testa di spillo a quella di un'arachide, e sembra che il loro diametro aumenti gradualmente man mano che ci si avvicina al cratere. I diamanti derivati dalla caduta di una meteorite non sono tuttavia generati dall'esplosione, come si potrebbe pensare, ma durante il conseguente processo di condensazione della roccia vaporizzata: qualcosa di analogo si realizza nei laboratori terrestri per produrre i diamanti artificiali a scopo industriale.

Resta ancora da chiarire il luogo di provenienza delle meteoriti. Abbiamo detto che tutte, direttamente o indirettamente, hanno avuto origine dai rimasugli della grande nebulosa primordiale che ha creato il Sole ed i pianeti, ma non si è precisato da quali zone del Sistema Solare provengano esattamente. Può venirci in aiuto, in questo problema, lo studio delle stelle cadenti. Da tempo immemorabile si è notato infatti che durante il corso dell'anno vi sono particolari periodi in cui le loro apparizioni si fanno più frequenti, come in questi giorni,mentre ve ne sono altri in cui non se ne notano affatto o perlomeno se ne vedono molto poche. Nel primo caso si parla di sciami meteorici, nel secondo di meteore sporadiche.

La distinzione fra questi due tipi di meteore dipende in prima analisi dalla loro natura. Gli sciami meteorici hanno infatti origine con tutta probabilità cometaria. Le comete, nei loro passaggi più o meno periodici nel sistema solare, abbandonano nello spazio una gran quantità di particele polverose, residui della loro lunga coda. Tali particelle si diposngono in vere e proprie dense nubi, che danno origini, regolarmente ogni anno, a molte stelle cadenti quando la Terra le attraversa. Questa particelle cometarie viaggiano seguendo ciascuna una traiettoria parallela a quella delle sue vicine e penetrando tutte insieme nell'alta atmosfera, in cui la loro permanenza è presumibilmente molto breve: una frazione di secondo per le più effimere, da due a quattro secondi per quelle dotate di massa maggiore.

Per quanto concerne invece le meteore sporadiche, che come si è detto assumono l'aspetto di eventi occasionali e isolati, l'origine è più incerta: ancora oggi le ipotesi sono molteplici. Potrebbero provenire dalla fascia principale degli asteroidi orbitante fra Marte e Giove,e deviate dalla loro traiettoria dalla perturbazione gravitazionale del pianeta gigante. Forse sono residui della nebulosa da cui si formò il Sistema Solare, oppure addirittura polveri provenienti dallo spazio interstellare ad esso esterno. L'incertezza rimarrà ancora per molto, a mantenere vivo nel tempo il fascino e la magia delle stelle cadenti.