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Asteroides, meteoroides, meteoros e meteoritos!

 

            Os asteroides são corpos celestes, dentro do Sistema Solar, pequenos demais para serem considerados planetas. Eles são frutos, provavelmente da nebulosa formadora do Sol, despedaçamento de planetas ou satélites ou restos da explosão de estrelas, estes os quais acabaram tendo massas pequenas demais para acumularem mais massa. A composição deles pode ser muito variada, assim como sua porosidade e densidade. Alguns elementos podem ser mais comum entre os asteroides, como o famoso iridium.

             Os asteroides mais conhecidos estão no Cinturão de Asteroides, o qual orbita a faixa espacial entre Júpiter e Marte. Um deles, o 253 Mathilde, possui o diâmetro de 50 km. Como eu disse acima , a composição física/química deles variam muito. O Mathilde, por exemplo, possui uma alta proporção de carbono e uma densidade de 1,3 g/cm3, algo apenas um pouco superior do que a da água (1 g/cm3). A reflexão da luz solar é bem baixa nele, devido à sua superfície escura composta de carbono, deixando apenas 4% da luz que o atinge voltar. Já o asteroid Vesta, também habitando o Cinturão, possui uma densidade de aproximadamente 3,46 g/cm3 e composição formada, majoritariamente, por minerais rochosas, como a olivine, um silicato de magnésio e ferro.

Comparação de tamanho entre Vesta e outros asteroides conhecidos, incluindo o 253 Mathilde

            Vários outros compostos já foram encontrados nos asteroides, como água e aminoácidos. Isso, por exemplo, alimenta teorias plausíveis sobre a origem da matéria-prima que alimentou a vida no nosso planeta e a origem da nossa água, ambos podendo ter sido tragos por choques com grandes meteoros. Falando em choques, os asteroides são um dos principais responsáveis por alimentar nosso medo do espaço. Isso porque eles já atingiram a Terra, assim como os outros planetas, incontáveis vezes, podendo até mesmo um deles ter sido o autor de uma das maiores extinções em massa testemunhadas pelo nosso planeta. Mas a preocupação, mesmo existindo, encontra base em baixas probabilidades.

             Nem tudo o que cai na Terra são asteroides. Grande parte são corpos bem menores, chamados de meteoroides, os quais são pequenas partes ou partículas desprendidas de cometas e asteroides que possuem 1 metro de diâmetro ou menos. ´Meteoro´ é o fenômeno luminoso resultado da entrada de um meteroide entrando na atmosfera (o ´fogo´ ao redor dele). E meteorito é um meteoroide que sobreviveu à passagem pela atmosfera da Terra e aterrissou na superfície. Pode não parecer, mas todos os dias mais de 100 toneladas de poeira espacial, e partículas do tamanho de grãos de areia, bombardeiam nosso planeta. Por ano, é estimado que mais de 16 mil toneladas de meteoroides (englobando todos os tamanhos) vêm dar um passeio na nossa atmosfera!

Exemplos de meteoritos encontrados na superfície do nosso planeta

           Falando em números, para acalmar o pessoal, a NASA liberou algumas probabilidades aproximadas:

1. A cada ano, 1 asteroide, do tamanho de um automóvel popular atinge nossa atmosfera, criando uma impressionante bola de fogo, a qual desintegra antes de atingir o solo;

2. A cada 2 mil anos, 1 asteroide do tamanho de um campo de futebol atinge a Terra e causa um tremendo dano na área atingida;

3. Apenas entre períodos de alguns milhões de anos um objeto grande suficiente para ameaçar a existência da civilização humana, por exemplo, cruza o caminho da Terra. O impacto gera gigantescas crateras.

           Bem, asteroides entre 25 metros e 1 quilômetro não trariam danos significativos para a superfície, causando, no máximo, danos locais. A NASA acredita que nada que não seja maior do que 2 quilômetros iria ter efeitos negativos que atingissem toda a vida do planeta. O asteroide que atingiu a Rússia em 15 de fevereiro de 2013, por exemplo, tinha a massa aproximada de 10 mil toneladas e 17 metros de diâmetro. Durante o processo de entrada na atmosfera, o asteroide ( apelidado de ´Meteoro de Cheliabinsk´, cidade sobre a qual ele explodiu) liberou cerca de 500 quilotons de energia ( para se ter uma ideia, a bomba jogada em Hiroshima liberou em torno de 16 quilotons de energia). Grande parte da energia foi perdida no arraste na atmosfera ( explico mais abaixo) devido à sua enorme velocidade ( 30 km/s ou 108 000 km/h) e à explosão gerada pelo gigantesco aquecimento ( ele explodiu a, aproximadamente, 50 km de altitude). Mesmo assim, o impacto da explosão destruiu vários vidros de mais de 17 mil prédios, ferindo diversas pessoas, principalmente com os estilhaços. O calor gerado foi tão grande, que a luminosidade da ´bola de fogo´ pode ser vista no vizinho Cazaquistão. Foi o maior asteroide a atingir a Terra desde 1908.

Na foto acima, rastro, na manhã seguinte, deixado pelo meteoro que atingiu a Rússia no começo de 2013; na foto abaixo, o momento da explosão do asteroide flagrado por um cidadão russo

          Então, vamos analisar um corpo de asteroide que poderia causar um real estrago. Matematicamente, iremos analisar a energia liberada por um asteroide ´cilíndrico´ de 10 km de altura e 10 km de diâmetro (não importa a o formato, apenas a massa retirada dessas informações). Consideraremos ele possuindo uma densidade de 5 g/cm3 e viajando a 45 000 km/h em relação à velocidade da Terra:

1. Massa total calculada: 4x1015 Kg

2. Agora, usando a fórmula da energia cinética ( E=mV2/2), encontramos, para a velocidade mencionada acima, 3,125x1023 joules!!

3. Toda essa quantidade de joules equivale a 7 440 0000 megatons de TNT!!

4. 1 megaton equivale a 1000 quilotons! Se lembram que a explosão em Hiroshima liberou cerca de 16 quilotons?

5. Considerando que a bomba mais potente que se tem hoje ( a arma termonuclear B83, em posse dos EUA) possui poder de explosão equivalente a 1,2 megatons, um asteroide dessas dimensões ( relativamente pequenas) teria o poder energético de 62 milhões de B83!!

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           E foi um asteroide dessas dimensões e velocidades que pode ter atingido a Terra no fim do Cretáceo, quando o mundo era dominado pelos dinossauros, há 66 milhões de anos atrás. Uma gigantesca cratera nas Américas, na região de Yucatan, a qual possui uma camada com alta quantidade de iridium ( elemento comum de asteroides, mas pouco comum na superfície do nosso planeta), pode ter sido seu ponto de aterrissarem.

Uma forte colisão com um asteroide pode ter sido a causa da extinção dos dinossauros durante o Cretáceo

               E olha que o asteroide descrito acima é relativamente pequeno comparado com os que podemos encontrar no Sistema Solar. Indo para o Cinturão de Asteroides, encontramos os quatro maiores conhecidos: Ceres, Vesta, Pallas e Hygiea. Seus diâmetros são, respectivamente, 945 km, 525 km, 512 km e 350-500 km ( o formato de Hygiea é bem irregular). Imagina um desses entrando na atmosfera da Terra! Só o calor gerado no processo de entrada, provavelmente, já seria suficiente para acabar com toda a vida na superfície! Mas esses estão longe de impor perigo para nós, segundo a NASA. Eles estão bem acomodados em sua órbita no Cinturão. Um que pode significar real perigo é o Toutatis, com comprimento de 4,6 km e largura de 2,4 km ( ele é meio retangular), e que já teve sua órbita passando muito próxima da Terra em diversos períodos. Em 2004 ele passou, foi a sua mais recente visita à Terra, triscando em nós a uma distância de 4 vezes a encontrada entre nós e a Lua ( pertíssimo, do ponto de vista astronômico).

          Para concluir, é interessante observar os fatores que aumentam ou diminuem o potencial de dano de um asteroide em colisão com a Terra: velocidade e modo de entrada na atmosfera. A velocidade, como visto anteriormente, é fator determinante na geração de energia cinética do asteroide. Se ele estiver vindo de encontro com a Terra, as velocidades são somadas, tanto a nossa ( 29,8 km/s, na média, ou 1,07 milhão de km/h!) quanto a dele, a qual pode estar nesses valores ou maiores, e ainda sem contar que a nossa gravidade estaria puxando ele. Isso poderia gerar velocidades tão grandes, ou maiores, quanto 80 000 km/h! Se ele vier no mesmo sentido da nossa velocidade, ambas são diminuídas, podendo gerar valores que dependeriam somente da gravidade terrestre em puxá-lo. Ou seja, a energia cinética pode ser assombrosa ou nem tanto. Mesmo assim, dependendo da massa do asteroide, o estrago poderia ser sinistro mesmo com baixas velocidades de entrada, principalmente porque ele sofreria aceleração de queda, atingindo o solo com velocidades bem altas.

Se, por exemplo, o meteoroide entrar a 90°, como mostrado na primeira figura, ele empurrará muito menos ar do que se entrar a 0° ( segunda figura)

              O segundo fator é o processo de entrada. Já reparam que, quando um meteoroide entra na nossa atmosfera ele vira uma bola de fogo ( meteoro)? Sim, mas por que isso acontece? Ao contrário da crença popular, aquele fogo cobrindo o meteoro não é gerado apenas pelo seu atrito com o ar. Na verdade, a energia quase total do intenso fogo é gerada pela compressão do ar à frente do asteroide à medida que ele vai entrando na atmosfera ( isso caso sua velocidade e massa sejam razoáveis). Sua velocidade é tão alta que empurra as camadas de ar no seu caminho com extrema violência, comprimindo agressivamente esse ar e gerando bastante energia térmica no processo (  já viu como fica quente sua sua bomba de encher bicicleta quando um trabalho de compressão é feito no ar em seu interior?). O calor gerado é tão grande que transforma as partículas do ar em plasma ( ´fogo´, quando os compostos são quebrados completamente em íons elementares), este o qual encobre o asteroide e produzindo aquela bonita bola brilhante de fogo. Bem, e é aí que entra o fator. Dependendo do ângulo de entrada na Terra, esse asteroide irá arrastar mais ou menos ar. Isso irá aquecê-lo e freá-lo de maneiras bem diferentes. Se ele entra a 90° em relação ao sentido de translação do nosso planeta, isso irá fazer com que ele seja menos freado pelas camadas de ar da atmosfera e se aqueça menos, por que estará empurrando ar por menos tempo até chegar o solo. Se ele entra meio que paralelo com a atmosfera, a compressão irá se prolongar por bastante tempo até ele atingir o solo. Ou seja, é capaz dele explodir antes por causa das altas temperaturas, mesmo que sua massa seja considerável ( ar e compostos voláteis no seu interior são super aquecidos e se expandem violentamente, explodindo-o por dentro). E é por isso que grande parte deles se desintegram quando entram na atmosfera muito antes de atingir o solo. É o que aconteceu com o meteoro russo de 2013. Além disso, quanto maior a resistência do ar, mais ele será freado até atingir um mínimo de velocidade, diminuindo seu poder de impacto.

A ´bola de fogo´ não é causada por atrito e, sim, por compressão do ar atmosférico


          Em mais um encerramento, é interessante saber que o rastro luminoso deixado pelo asteroides pode possuir diversas cores dependendo dos seus elementos constituintes. O plasma irá aquecer todo o meteoro e excitar os elétrons dos átomos, liberando energia no processo. A cor dominante será dos elementos predominantes:

1. Sódio: um laranja amarelado
2. Ferro: amarelo
3. Magnésio: um azul esverdeado
4. Cálcio: violeta

            À medida que as camadas superficiais do meteoro vão sendo consumidas, outros elementos podem ficar mais expostos, modificando as cores no seu rastro pelo céu, como mostrado na figura abaixo. Os meteoros, claro, sempre produzem um brilho vermelho por causa da excitação dos átomos de nitrogênio e oxigênio, presentes em maioria na atmosfera.

Rastro multicolorido deixado por um meteoro
 
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OBSERVAÇÃO: Não é possível ver a cratera em Yucatan, porque os processos erosivos no nosso planeta são muito intensos, especialmente devido à nossa atmosfera espessa. Assim com o passar do tempo, as crateras acabam sendo tapadas com material arrastado pelo vento e pela chuva. Se o impacto foi recente ou a atmosfera do corpo espacial for muito escassa, a cratera fica bem visível, como a de Winslow, no Arizona ou as da Lua. E outra coisa: os dinossauros, e outras formas de vida, não morreram devido ao impacto direto. Sim, o suposto e violento impacto matou muitos diretamente, mas foi a nuvem imensurável de poeira levantada por ele a causa mais provável da extinção em massa. Ela teria ficado bastante tempo nas altas altitudes barrando a radiação solar ( Como um vulcão pode causar frio?). Isso teria esfriado profundamente o planeta e matado grande parte dos produtores primários de energia dependentes da fotossíntese ( plantas, fitoplâncton, etc.), aniquilando parte considerável do ecossistema terrestre.


Cratera de Winslow, no Arizona, EUA, e crateras na Lua

Extensão da Cratera de Chicxulub, segundo o trabalho de topografia da NASA

Artigo complementar: Como podemos nos proteger de asteroides?

ATUALIZAÇÃO ( 14/06/16): Cientistas franceses lançaram uma enorme campanha que visa construir uma enorme rede de ´vigília dos céus´, onde milhares de voluntários foram convidados para ajudarem a vigiar qualquer objeto luminoso caindo nos céus. 68 câmeras especializadas em visualizar/capturar imagens de pedaços de asteroides, cometas e afins entrando na atmosfera terrestre já estão posicionadas e funcionando, e é esperado que até o fim deste ano sejam 100 instaladas. É o maior projeto do tipo já feito na história. Tudo isso será usado para ajudar a rastrear o local exato onde um objeto espacial caiu, facilitando sua coleta e análise pelos centros de pesquisa. Conhecer, qualitativamente e quantitativamente, a composição de asteroides, cometas e outras rochas espaciais é de suma importância para desvendar os segredos atuais e passados do nosso Sistema Solar e, talvez, além (Ref.5).

REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1945-5100.2009.01009.x/abstract;jsessionid=49F5E412A475304A82B1E022F5B9270D.d04t03
  2. http://www.amsmeteors.org/
  3. http://www.nasa.gov/mission_pages/asteroids/overview/fastfacts.html
  4. http://ssd.jpl.nasa.gov/?asteroids
  5. http://www.nature.com/news/france-launches-massive-meteor-spotting-network-1.20070