Le micrometeoriti Le micrometeoriti dallo spazio dallo spazio

interplanetario alla vita interplanetario alla vita sulla Terrasulla Terra

Giacomo Briani28 Febbraio 2005

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…………………………Indice………………Indice………………

• La distribuzione di meteoroidi nello La distribuzione di meteoroidi nello spazio a 1 UA dal Sole e il flusso sulla spazio a 1 UA dal Sole e il flusso sulla Terra, il contributo delle MMTerra, il contributo delle MM

• Composizione e proprietà delle MM Composizione e proprietà delle MM studiate a Terrastudiate a Terra

• L’interazione con l’atmosfera terrestre: L’interazione con l’atmosfera terrestre: modelli e verifiche sperimentalimodelli e verifiche sperimentali

• Relazioni con i possibili corpi Relazioni con i possibili corpi progenitori (comete e/o asteroidi)progenitori (comete e/o asteroidi)

• Possibile ruolo nella comparsa della vita Possibile ruolo nella comparsa della vita sulla Terrasulla Terra

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I meteoroidi a 1 UA dal Sole I meteoroidi a 1 UA dal Sole

• 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)

POLVERE COSMICA METEOROIDI GRANDI POLVERE COSMICA METEOROIDI GRANDI IMPATTORIIMPATTORI

dimensioni m dimensioni 20 m masse 10-8 g masse 107 kg

asteroidi e comete

MICROMETEORITIMICROMETEORITI

dimensioni fra ~50 m e ~1 mm masse fra ~10-6 e ~ 10-3 g

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……I meteoroidi a 1 UA dal SoleI 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

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Il flusso di meteoroidi sulla Il flusso di meteoroidi sulla TerraTerra

• 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

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MM studiate sulla Terra 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

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ComposizioneComposizione strutturale strutturale dall’analisi delle AMM

MM fuse MM fuse – cosmic spherulestrasformate in sferule dal

passaggio in atmosfera (20%)

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……ComposizioneComposizione strutturale…strutturale…

MM non fuseMM 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%)

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……ComposizioneComposizione strutturalestrutturale

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

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• 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

Composizione e mineralogia delle Composizione e mineralogia delle AMMAMM

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……Composizione e mineralogia delle AMM…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

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……Composizione e mineralogia delle AMMComposizione 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 le MM sono una nuova popolazione di oggetti del sistema solareoggetti del sistema solare

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Interazione con l’atmosfera: un Interazione con l’atmosfera: un modellomodelloSimulazioni 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

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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

Un altro modelloUn altro modello

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MM e atmosfera: i dati MM e atmosfera: i dati sperimentali…sperimentali…

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?

Nelle AMM la percentuale di MM non fuse è molto maggiore di quanto previsto

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Problemi:

gradienti termici interni

shock idrodinamici

contaminazione atmosferica

atmospheric residence + terrestrial residence

……MM e atmosfera: i dati sperimentaliMM e atmosfera: i dati sperimentali

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L’origine delle MML’origine delle MM1. micrometeoroidi provenienti dalla fascia

principale degli asteroidi entrano in atmosfera con velocità geocentriche minori di quelli originati da

comete 2. 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

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MM e origine della vita sulla TerraMM 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:

1. apporto diretto da oggetti extra-terrestri (MM + IDPs)

2. sintesi dovuta a shock in atmosfera 3. sintesi endogena

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……MM e origine della vita sulla TerraMM e origine della vita sulla Terra

Il ruolo attivo delle MM nelle nascita della vita: i micro-reattori condritici – CHRsCHRs

• 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

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RiassuntoRiassunto

MICROMETEORITIMICROMETEORITIdominano 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

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ProspettiveProspettive

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