Rischio naturale associato alle onde d’urto di meteoroidi delle dimensioni di un metro

Il fenomeno di ingresso in atmosfera

L’ingresso di un corpo celeste in atmosfera richiede la descrizione dei processi fisici coinvolti. Penetrando nell'atmosfera ad alta velocità, si verificano principalmente processi ablativi dovuti alle collisioni con le molecole presenti in atmosfera. Inizialmente, l'oggetto incontra resistenza aerodinamica e subisce riscaldamento fino a raggiungere la temperatura tale dei suoi costituenti da far iniziare il processo di ablazione. La parte frontale del meteoroide si circonda di un gas caldo visibile o registrabile a grandi distanze. Bolidi luminosi possono essere osservati fino a grandi distanze e, alcuni, sono visibili in pieno giorno. In questi casi, i testimoni possono sentire boati sonici o percepire vibrazioni per decine di secondi o minuti dal momento dell'apparizione. L'ingresso, se supersonico, genera dei boati che possono fornire informazioni preziose sull'origine e sull'energia rilasciata dall'evento.

Spesso, questo tipo di eventi si verifica in aree remote, rendendo queste onde l'unica fonte di informazioni sull'evento. Ad esempio, il bolide indonesiano descritto da Silber et al. (2011). Le onde generate dai bolidi possono rappresentare un pericolo se sufficientemente energetiche (basti pensare ai danni associato all'evento di Chelyabinsk). Questo evidenzia che i bolidi sono una fonte di rischio naturale, sebbene il pubblico associ il pericolo a impatti diretti con meteoriti o alla formazione di crateri, fenomeni piuttosto rari. Un'esplosione atmosferica sopra una città può essere più pericolosa di un impatto diretto al suolo. L'atmosfera terrestre protegge efficacemente da asteroidi fino a qualche centinaio di metri di diametro, poiché si disintegrano ad alta quota.

Bolide Airbusts: la fisica dietro il fenomeno

2.1 Generazione di onde infrasoniche e sismiche 

I meteoroidi entranti in atmosfera fanno esperienza di resistenza aerodinamica che genera calore e provoca l'ablazione dello stesso. Questo processo produce una colonna di gas ionizzato osservabile nelle meteore. Se una meteora è più luminosa di Venere, viene chiamata "fireball". La penetrazione di un meteoroide nell'atmosfera genera onde d'urto che spesso non sono direttamente osservabili, ma talvolta producono fenomeni sonori udibili. Tuttavia, la velocità del suono nell'aria varia a seconda della temperatura e della composizione atmosferica, raggiungendo in media circa 340m/s. Fattori come turbolenza atmosferica, onde di gravità e venti possono influire sulla propagazione delle onde infrasuoni.

In confronto, i meteoroidi interplanetari arrivano con velocità comprese tra 11,2 e 72,8 km/s, con numeri di Mach compresi tra 35 e 270. I meteoroidi che penetrano nell'atmosfera a queste velocità creano boati sonici o esplosioni atmosferiche a causa dell'accumulo di onde e della rottura della barriera del suono. Le onde generate dalle esplosioni atmosferiche sono generalmente parallele al percorso del meteoroide. Tuttavia, le esplosioni possono generare onde sferiche che si propagano in tutte le direzioni, e gli impatti al suolo possono produrre onde sismiche. 

2.2 Ascoltare i Bolidi: Impronte dei Bolidi nei Sismogrammi

Per registrare un'onda infrasuoni, è necessario disporre di stazioni a infrasuoni. La rete di monitoraggio degli infrasuoni del Sistema Internazionale di Monitoraggio (IMS) è stata istituita principalmente per verifiche nucleari dopo l’adozione del Trattato per il Bando Completo dei Test Nucleari (CTBT) nel 1996. Attualmente, circa 60 stazioni di infrasuoni in 35 Paesi sono operative.

Queste stazioni rilevano continuamente micro-variazioni di pressione atmosferica, generate dalle onde infrasuoni. Tuttavia, considerando anche le onde sismiche prodotte dall'accoppiamento delle onde infrasuoni con il terreno e quelle originate dagli impatti al suolo, è possibile ricercare questi dati nei sismogrammi. Le onde infrasuoni possono percorrere grandi distanze senza attenuazione significativa, mentre le onde sismiche subiscono un'attenuazione maggiore, necessitando di una rete di stazioni sismiche più densa. Esistono oltre 22.000 stazioni sismiche globalmente, concentrate in aree sismicamente attive.

Le onde sismiche prodotte dall'interazione con il suolo generano onde P, S e Rayleigh, la cui propagazione dipende dalle proprietà del terreno. I dati sismici sono utili per registrare eventi di questo tipo, ma le stazioni infrasuoni sono fondamentali per fenomeni che si verificano sopra gli oceani o in aree remote. La registrazione dell’evento dipende dall’energia: se insufficiente, non sarà rilevato sopra il rumore di fondo. Un registro sismico tipico include onde infrasuoni trasformate in onde sismiche e onde dirette prodotte dall'impatto o esplosioni del meteoroide. Tra gli eventi più significativi, è possibile citare:

• Meteorite di Morávka: onde sismiche generate da frammentazioni ad alta quota (30-40 km).

• Bolide di Chelyabinsk: onde generate dalla propagazione sismica e dalle onde atmosferiche.

• Evento nella Penisola Iberica: registrato solo l'arrivo diretto di onde atmosferiche, con energia insufficiente per produrre altre onde osservabili.

Questi esempi mostrano che i registri sismici dei bolidi variano in base alla distanza, all'altitudine, alla velocità e al numero di frammentazioni del meteoroide, fornendo dati preziosi per ricostruire la storia dell'evento anche in assenza di altre osservazioni.

Conclusione

La registrazione e lo studio dei corpi celesti tramite reti sismiche e di infrasuoni sono fondamentali per comprendere i fenomeni legati alla loro interazione con l'atmosfera e il suolo. Le reti sismiche, più diffuse, offrono maggiori possibilità di rilevamento, mentre le reti infrasuoni sono indispensabili per eventi sopra aree remote o oceaniche. I dati raccolti consentono di ricostruire la dinamica dei bolidi, dalla frammentazione all'impatto, fornendo informazioni cruciali per valutare i rischi associati. Questo approccio integrato rappresenta uno strumento prezioso sia per la ricerca scientifica sia per il monitoraggio dei rischi naturali legati agli impatti atmosferici e terrestri di meteoroidi.