Quando uma rocha espacial entra na atmosfera terrestre em alta velocidade, o espetáculo luminoso que vemos no céu é apenas uma pequena parte de uma transformação muito mais complexa. Um novo estudo acompanhou 75 quedas de meteoritos registradas por câmeras e identificou sete fases que descrevem o que acontece desde o início da passagem atmosférica até os fragmentos finalmente alcançarem o solo.
Os resultados, publicados na revista Meteoritics & Planetary Science, indicam que a perda de massa dessas rochas é controlada principalmente por dois processos: o derretimento de sua superfície e a fragmentação durante a descida.
A conclusão modifica uma interpretação tradicional segundo a qual grande parte do material seria removida principalmente pela vaporização provocada pelo intenso aquecimento.
“Costumávamos pensar que as rochas sólidas evaporariam devido ao enorme calor e à luz intensa gerados nas colisões com o ar”, explicou Peter Jenniskens, astrônomo do Instituto SETI e do Centro de Pesquisa Ames da NASA e principal autor do estudo. “Descobrimos, em vez disso, que primeiro o derretimento e depois a fragmentação controlam a forma como uma rocha perde massa.”
A primeira fase começa nas regiões mais altas da atmosfera. Conforme a rocha avança em velocidade extremamente elevada, comprime e aquece o gás à sua frente, formando uma onda de choque. A emissão produzida pelo material aquecido dá origem ao rastro luminoso observado no céu.
Nesse momento, o objeto ainda preserva grande parte de sua estrutura.
Com a descida para regiões onde a atmosfera é mais densa, o brilho aumenta. As observações também permitiram identificar variações periódicas de luminosidade associadas à rotação de alguns objetos. Entre os casos estudados, os mais rápidos completavam uma rotação em períodos entre aproximadamente 0,5 e 5 segundos.
É na terceira fase que a transformação se intensifica. O objeto fica muito mais brilhante e passa a produzir aquilo que normalmente chamamos de bola de fogo.
Segundo o estudo, é nesse estágio que o derretimento da superfície assume um papel importante na perda de massa. O fluxo de ar remove material fundido, produzindo pequenas gotículas que posteriormente podem evaporar.
Isso significa que parte considerável da rocha não desaparece simplesmente por vaporização direta. Antes, sua superfície derrete e o material líquido é arrancado durante a passagem pela atmosfera.
Por volta de 60 quilômetros de altitude, os pesquisadores identificaram uma quarta fase, na qual o objeto pode alcançar uma condição relativamente estável de fusão.
Nesse período, sua luminosidade tende a permanecer aproximadamente constante ou aumentar de maneira regular.
A quantidade de material perdida nesse processo pode ser expressiva. Segundo a análise, até cerca de 40% da massa original pode ser removida pelo derretimento antes que a fragmentação mais intensa comece a dominar a queda.
Mas, conforme o objeto continua descendo, a atmosfera fica cada vez mais densa e as forças exercidas sobre a rocha aumentam.
É então que sua estrutura começa a ceder.
Na quinta fase, pedaços começam a se desprender da rocha principal. Cada ruptura pode produzir novos aumentos de luminosidade, fazendo a bola de fogo apresentar vários clarões durante sua trajetória.
Um dos resultados interessantes do estudo é que essa fragmentação pode começar sob pressões menores do que aquelas que seriam esperadas considerando apenas a resistência dos meteoritos recuperados posteriormente no solo.
Os pesquisadores sugerem que isso pode acontecer porque os objetos já chegam à Terra com sua estrutura enfraquecida. Colisões sofridas no espaço e o próprio aquecimento durante a entrada atmosférica podem ampliar fissuras internas e facilitar sua ruptura.
A fragmentação também altera drasticamente a desaceleração.
Enquanto uma rocha relativamente grande mantém grande velocidade por mais tempo, a divisão em pedaços menores aumenta a influência da resistência atmosférica. Os fragmentos passam então a perder velocidade rapidamente.
A equipe também modelou o comportamento dos pedaços que permanecem atrás do corpo principal. Enquanto sua região traseira continua relativamente intacta, forma-se uma zona de baixa pressão no rastro do objeto que pode manter pequenos fragmentos próximos à sua trajetória.
Isso ajuda a explicar por que alguns meteoritos acabam concentrados em uma faixa relativamente estreita do terreno.
A sexta fase ocorre quando a estrutura restante sofre uma ruptura mais ampla.
Nesse momento pode surgir um último clarão intenso, acompanhado pela dispersão dos fragmentos. Como o objeto já perdeu uma parcela significativa de sua velocidade, as características da emissão luminosa também podem mudar.
Os fragmentos maiores podem se espalhar mais amplamente e seguir trajetórias ligeiramente diferentes antes de completar a desaceleração.
Finalmente chega a sétima fase.
O derretimento e a fragmentação cessam quando os pedaços perdem velocidade suficiente para que a emissão luminosa desapareça. A partir desse momento, eles continuam caindo sem produzir o rastro brilhante observado anteriormente.
É durante essa etapa final que os ventos atmosféricos também podem alterar suas trajetórias.
Quando sobrevivem até a superfície, esses fragmentos passam a ser chamados de meteoritos. O intenso aquecimento anterior deixa sobre muitos deles uma fina camada externa escurecida conhecida como crosta de fusão.
Entender essas sete fases não é importante apenas para explicar como meteoritos chegam ao solo.
Os processos observados também podem ajudar a aperfeiçoar modelos utilizados para compreender a entrada atmosférica de objetos significativamente maiores.
O exemplo mais conhecido ocorreu em Chelyabinsk, na Rússia, em 2013, quando um asteroide com aproximadamente 20 metros atravessou a atmosfera e explodiu no ar.
Segundo Jenniskens, objetos com dezenas de metros também podem apresentar comportamento semelhante ao observado nas rochas menores analisadas pela equipe.
Ao determinar quando diferentes materiais começam a derreter, se fragmentar e desacelerar, os pesquisadores podem melhorar a compreensão de como um objeto potencialmente perigoso libera sua energia na atmosfera.
O estudo mostra, portanto, que o caminho entre uma rocha viajando pelo espaço e um meteorito encontrado no chão é uma sequência de transformações. Antes de chegar à superfície, o objeto pode derreter, perder grande parte de sua massa, se partir repetidamente e espalhar seus fragmentos por quilômetros.
Sobre a Imagem: Um meteorito rochoso na Instalação de Aquecimento por Interação Arcjet do Centro de Pesquisa Ames da NASA. Uma fina linha preta delimita o suporte que sustenta a pedra (à esquerda). O fluxo de ar é da esquerda para a direita. O material fundido flui da superfície do meteorito e uma fina onda de choque é visível em frente à pedra. Crédito da foto: NASA Ames/SETI Institute, cortesia de Zev Hoover e Ron Dantowitz, Dexter Southfield Schools/MARS Scientific.
Link do Estudo: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.70203