Abstract

A fraction of the observed meteor show a non-linear trails. In this paper are presented the statistical results on non-linear trail contained in the Firecat (the italian fireballs catalogue) and some information about the strange trail of september 18, 1999 australian fireball.

Introduzione

Un tipico meteoroide penetra nell’atmosfera terrestre con una velocità geocentrica dell’ordine delle decine di km/s. La collisione con le molecole atmosferiche ne riscalda la superficie e, giunto ad una quota di 80÷90 km, la temperatura del meteoroide raggiunge i 2500 K. A questo punto inizia la sublimazione (passaggio da solido a gas), degli atomi del corpo celeste: questo processo di perdita di massa è noto come ablazione. A causa dei processi d’urto gli atomi del meteoroide e le molecole atmosferiche si eccitano e si ionizzano. Durante la diseccitazione atomica o la ricombinazione ioni-elettroni è emessa della radiazione elettromagnetica e un osservatore al suolo vedrà una scia luminosa: la meteora. Se il meteoroide è di discrete dimensioni, la meteora può essere molto luminosa e quando la magnitudine apparente zenitale è inferiore a –8 è detta bolide. Un bolide con magnitudine inferiore alla –17 è detto superbolide.
Una meteora si compone di due parti: la testa e la scia. La testa della meteora contiene il meteoroide più i gas ionizzati, mentre la scia è la regione di ricombinazione dei soli gas ionizzati. Il 90% della radiazione emessa da una meteora proviene dagli atomi del meteoroide. Di solito, la scia generata dai meteoroidi durante il rientro in atmosfera è assimilabile ad una linea retta. In una frazione di casi però, gli osservatori segnalano scie d’aspetto anomalo, curvate o con numerose ondulazioni.
La prima segnalazione nota di scia anomala (Beech, 1988) è del 1742. Stranamente, nelle cronache cinesi, giapponesi e coreane il fenomeno non è segnalato, forse non era ritenuto degno di nota. Per molti anni si pensò che queste scie fossero dovute ad errori di percezione da parte dell’occhio degli osservatori: in generale una meteora non viene osservata al centro del campo visivo e lo spostamento del capo dell’osservatore poteva dare luogo a scie curve. Recentemente, il continuo numero di segnalazioni e la documentazione fotografica delle scie anomale ha fatto rivalutare il fenomeno dal punto di vista fisico.

Le scie di tipo C e S

Per le scie anomale, è stata introdotta una semplice classificazione fenomenologica (Beech, 1988). Le meteore che mostrano tracce curve sono classificate di tipo C, mentre quelle che mostrano un andamento sinusoidale appartengono al tipo S. Oltre a questi due gruppi principali ci sono dei sottogruppi, con i casi misti e di frammentazione (vedi Tab.1).

Classificazione principale	Descrizione
C	Scia continua curva
S	Scia continua sinusoidale
Sottogruppi
CR	Scia curva ad angolo retto
CS	Scia curva e sinusoidale
SF	Meteora frammentata con una componente sinusoidale
CF	Meteora frammentata con una componente curva

Tab.1 – Classificazione delle scie anomale delle meteore (Beech, 1988).

In letteratura, queste scie anomale costituiscono lo 0,54% del totale delle scie osservate. Circa il 60% delle scie appartengono al tipo C, mentre il restante 40% sono di tipo S. Da una ricerca che ho condotto usando l'ultima edizione del Firecat (catalogo dei bolidi osservati in Italia, mantenuto da Riccardo Balestrieri, sezione meteore UAI), risulta che su 1066 eventi registrati ben 14, (cioè l’1,3%) presentano scie anomale. La distribuzione è dicotoma, con un 50% ciascuno per i tipi C e S (vedi Tab.2). Dalla Tab.2 risulta anche che la prima scia curva registrata nel Firecat è quella del 14 giugno 1468, anteriore alla prima segnalazione di scia anomala trovata da Beech.

Data	Ora (TU)	Durata (s)	Magnitudine apparente	Tipo di scia
14 giugno 1468	02h 45m	--	Luminosissima	C
20 giugno 1941	23h 15m	1	--	S
17 marzo 1942	20h	3	Luminosissima	S
02 febbraio 1953	20h 02m	--	<-4	C
06 settembre 1954	23h 35m	1	-2,5	C
01 novembre 1954	18h 55m	2,5	-3,2	C
21 luglio 1955	21h 35m	1	-3,5	S
24 giugno 1960	22h 57m	--	-5,0	S
25 marzo 1963	22h 23m	--	-2,6	C
24 agosto 1963	00h 32m	3	-3,0	S
11 giugno 1968	20h 27m	>4	-5,0	S
03 dicembre 1972	17h 54m	5,5	--	S
02 luglio 1976	19h 59m	2	-5,0	C
29 novembre 1981	23h 20m	--	-4,5	C

Tab.2 – Le meteore luminose con scie anomale presenti nel Firecat (ver.4.24), aggiornato al 2 gennaio 2001.

Non è ancora ben chiaro a cosa siano dovute le scie anomale. Molto probabilmente, quelle di tipo C, sono provocate dalla rotazione del meteoroide attorno ad un asse. Questa deviazione indotta dalla rotazione (spin), è nota come effetto Magnus, dal fisico tedesco H.G. Magnus che, nella metà del XIX secolo, descrisse le traiettorie curve delle palle di cannone dotate di spin. La deviazione avviene in senso ortogonale all’asse di rotazione quindi, se quest’ultimo è parallelo alla direzione del moto, la traiettoria resta rettilinea. Più complicata l’interpretazione delle scie di tipo S, è possibile che siano dovute a meteoroidi di forma non simmetrica e dotati di spin.

Uno spettacolare esempio di scia anomala di tipo S, è quella presentata dal bolide australiano del 18 settembre 1999. La scia di questo bolide però non è semplicemente ondulata ma appare come la sovrapposizione di una normale scia rettilinea con una di tipo elicoidale. Questo potrebbe gettare nuova luce sulla reale natura fisica delle scie di tipo S.

Il bolide australiano del 18 settembre 1999

Il 18 settembre 1999 alle 09h 05m TU da Ulladulla (Australia), J.Davison stava provando sul cielo una videocamera digitale Sony con il dispositivo di visione notturna inserito. La zona ripresa era quella della Croce del Sud, proprio dove, improvvisamente, è transitato un bolide da est verso ovest, con una inclinazione della traiettoria sull’orizzonte di circa 16° (vedi Fig.1). Dopo aver visto l’immagine, la prima cosa che ho fatto è stato verficare che non si trattasse di un detrito spaziale in rientro nell’atmosfera: per fortuna non erano previsti rientri, per la data e ora indicate, sull’Australia.
Geometricamente, la scia del bolide è un cilindro avvolto da un’elica. Le due stelle più luminose contro cui si proietta la scia sono la alpha e la gamma Crux, la cui distanza angolare è di 6°. Al momento della ripresa, la alpha Crux era a 28,2° di altezza sull’orizzonte con un azimut di 210,6° (direzione SW), mentre la gamma Crux era a 26,3° di altezza con un azimut di 217°. Il Sole era tramontato da circa 1h 13m ed era 16° sotto l’orizzonte (quasi a fine crepuscolo astronomico). L’individuazione del campo stellare ha permesso di ricavare alcuni valori angolari interessanti. Ad esempio, il diametro angolare della scia cilindrica è 0,5°, mentre il diametro dell’elica cilindrica è di 1,2°. La distanza angolare fra due creste consecutive è di circa 2°.

Possono essere fatte almeno un paio di ipotesi per spiegare la forma della scia. La prima è che si tratti di rotazione con degasamento. Un getto di gas che esca lateralmente mentre il meteoroide procede lungo la sua traiettoria, in grado di modificare la diffusione dei gas ionizzati ma non sufficientemente intenso da deviarlo, potrebbe spiegare l'aspetto della scia. Conoscere la magnitudine sarebbe stato di grande utilità, perché una simile struttura richiederebbe una certa massa: si dovrebbe avere un corpo poroso o con cavità interne riempite di materiale ghiacciato in rapida sublimazione. Un meteoroide con getti di gas localizzati in superficie ricorda il modello di Whipple dei nuclei cometari e potrebbe non essere così strano: negli ultimi anni ci sono sempre più evidenze di corpi con proprietà intermedie tra comete e asteroidi.

Un’altro modello, come si diceva prima, è quello di ipotizzare un meteoroide asimmetrico, con un corpo principale da cui si diparte una specie d’ala. È possibile che questa forma sia stata assunta dopo l'ingresso in atmosfera a seguito del processo di frammentazione/ablazione, ma potrebbe essere anche originaria del meteoroide. Con la forma ipotizzata, il corpo principale causa la normale scia cilindrica rettilinea, mentre l'ala fa ruotare il corpo principale attorno ad un asse parallelo alla direzione del moto e origina la traiettoria ad elica cilindrica.

Fig.1 – L’immagine della scia del bolide australiano così com’è stata ripresa da Davison. Il bolide si muoveva da sinistra verso destra. Sono evidenti le ondulazioni della scia. La dominante verde è dovuta al dispositivo di visione notturna della videocamera. Il tempo di esposizione è di 1/3 di secondo, comparabile con l’intervallo di tempo impiegato dal bolide per attraversare il campo inquadrato.

Fig.2 - La mappa celeste della Croce del Sud. Sono facilmente riconoscibili le stelle principali riprese da Davison con la videocamera.

Fig.3 – Mappa della città di Ulladulla, lat. 35.3° S,long. 150.5° E, 150 km a sud di Sydney (Australia). Il pallino rosso indica il punto da cui è stato osservato il bolide, il sud è in basso e l’ovest a sinistra.

Stima del periodo di rotazione del meteoroide australiano

Con i dati che abbiamo riportato sopra e con ragionevoli ipotesi sulla quota e velocità del meteoroide, si possono trarre delle utili indicazioni sul periodo di rotazione del meteoroide durante il rientro. Naturalmente bisogna supporre che i modelli precedenti (meteoroide in degasamento o asimmetrico), abbiano una qualche attinenza con la causa fisica della scia ad elica cilindrica.
Ipotizzando che la quota del meteoroide sulla superficie terrestre, al momento della ripresa, fosse compresa fra 70 e 40 km, ne risulta una distanza dall’osservatore che va, rispettivamente, da 153 a 88 km. Con questi due valori limite si calcola subito che la distanza lineare fra due creste successive dell’elica cilindrica è compresa fra 5,3 e 3,1 km, mentre il diametro della scia cilindrica va da 1,3 a 0,8 km. Infine, il diametro dell’elica cilindrica varia da 3,2 a 1,8 km.

Supponendo che la velocità in atmosfera del meteoroide sia compresa fra 30 e 15 km/s e dividendo la distanza lineare fra due creste per la velocità, si ottengono alcuni possibili periodi di rotazione per il meteoroide il cui valore medio, in secondi, è:

La frequenza di rotazione è attorno ai 5 Hz. Come si può vedere, nonostante le ipotesi fatte su quota e velocità, il periodo di rotazione varia su un intervallo abbastanza ristretto di valori. Un valore numerico, anche se con una certa incertezza, è sempre meglio di niente, perché il periodo di rotazione dei meteoroidi in atmosfera è difficilmente misurabile.

Meteoroidi in rotazione

Un metodo alternativo per la misura del periodo di rotazione dei meteoroidi, consiste nell’analisi della curva di luce delle meteore. Circa il 5% delle meteore luminose mostra delle variazioni periodiche di luminosità sovrapposte alla normale curva di luce di tipo parabolico (flickering). Queste variazioni di luminosità raramente eccedono ±1 magnitudine e non vanno confuse con gli eventuali flare che una meteora può manifestare, dovuti alla frammentazione del meteoroide. L’ipotesi più probabile per il fenomeno del flickering è che sia dovuto alla ablazione di un meteoroide non-sferico in rotazione su se stesso. Recentemente (Beech, 2001), è stato mostrato che il meteorite di Innisfree aveva una frequenza di rotazione di 2,5 Hz prima dell’ingresso in atmosfera. La caduta di Innisfree si è avuta il 6 febbraio 1977 alle 2h 17,6m TU ad Alberta (Canada). Sono stati recuperati 9 frammenti di breccia condritica (tipo LL5), per un totale di 4,58 kg. In questo caso il flickering si è manifestato per 2,5 s, con un periodo di 0,5 s. Il fenomeno è cessato a 30 km di quota, quando il meteoroide si è frammentato. Tre anni dopo la caduta di Innisfree, il 6 febbraio 1980 alle 2h 11m TU, dal Canada è stato osservato un altro bolide con flickering (±0,5 magnitudini), di cui però non è ancora stata trovata la meteorite al suolo. La caduta dovrebbe essere avvenuta vicino alla città di Ridgedale, nel Canada centro-settentrionale. L’orbita seguita da questo meteoroide è risultata simile a quella percorsa da Innisfree, mentre la frequenza di rotazione è più elevata e si attesta attorno ai 24 Hz.

Conclusioni

L’osservazione sistematica delle scie anomale può essere un campo di ricerca amatoriale molto interessante perchè sono eventi rari e quindi poco studiati in campo professionale. Lo strumento ideale è una videocamera ad alta sensibilità e grande campo visivo. In questo modo si ha la possibilità di avere una documentazione temporale del fenomeno, indispensabile per la successiva analisi.

Ringraziamenti

Desidero ringraziare James Davison per avere messo a disposizioni le sue riprese del bolide, Luigi, Foschini (CNR), Riccardo Balestrieri (sezione Meteore UAI) e Roberto Baldini (Gruppo Astrofili “Antares” di Lugo), per gli interessanti scambi di opinioni.

Bibliografia

M.Beech, Meteoroid rotation and fireball flickering: a case study of the Innisfree fireball, Mon. Not. R. Astron. Soc., vol. 326, p.937-942 (2001)

A.Carbognani, L.Foschini, Meteore, CUEN, 1999

F.L. Whipple, Il mistero delle comete, Jaca Book, 1991

M.Beech, Non-linear meteor trails, Earth, Moon, and Planets, vol. 42, p.185-199 (1988)

R. Balestrieri, A. Latini, Firecat 4.24 (versione Excel), del 02/01/2001.

Albino CARBOGNANI