Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan: Alguns dos meteoritos da Terra se originaram além do Sistema Solar?

Em 1860, um meteoro roçou a Terra e produziu uma exibição de luz espetacularmente luminosa. É eminentemente possível que alguns dos meteoros que atingem a Terra tenham suas origens fora do nosso Sistema Solar. (FREDERIC EDWIN CHURCH / JUDITH FILENBAUM HERNSTADT)

Não é uma questão de eles poderiam, mas eles têm? Veja como descobriremos.

Não é segredo que fragmentos de asteroides, cometas e outros objetos espaciais foram encontrados aqui na Terra. Sempre que um objeto natural encontra o planeta Terra, ele acelera pela nossa atmosfera, criando um raio de luz espetacular: uma proverbial estrela cadente. Supõe-se que a maioria deles tenha origem em nosso próprio Sistema Solar, consistente com nossa experiência com chuvas de meteoros, e algumas delas até mesmo chegar à superfície da Terra , tornando-se meteoritos. Mas com a recente visita de um intruso interestelar — ‘Oumuamua — temos certeza de que são todos de perto de casa? Essa é a pergunta de Jan Rolstad, que pergunta:

A passagem de 'Oumuamua pelo nosso plano planetário me fez pensar em algo. A maioria dos meteoritos encontrados na Terra datam de 4,6 bilhões de anos, ou a idade do nosso sistema solar. E se fosse encontrado um meteorito que tivesse se originado em outro sistema planetário muito mais antigo? Como um pedaço de oito bilhões de anos de um sistema alienígena seria reconhecido, ou seria? Talvez algumas das rochas espaciais encontradas na Terra sejam como ‘Oumuamua, visitantes de outra estrela.

É absolutamente possível. Veja como descobriremos.

A cratera Meteor (Barringer), no deserto do Arizona, tem mais de 1,1 km (0,7 mi) de diâmetro e representa apenas uma liberação de energia de 3 a 10 MegaTon. Um ataque como esse provavelmente ocorre na Terra uma vez a cada 10.000 anos ou mais. Um ataque de asteróide de 300 a 400 metros liberaria 10 a 100 vezes a energia e seria potencialmente significativo o suficiente para enviar fragmentos da Terra para o espaço, ejetando-a do nosso mundo, onde ela pode viajar para outros locais do Sistema Solar. Greves como essa ocorrem com menos frequência; talvez uma vez por milhão de anos. (USGS / D. RODDY)

Até agora, em todo o mundo, temos enormes evidências de que a Terra tem uma rica história de colisões de objetos do espaço sideral. Embora você possa pensar no grande, como o ataque de asteróide que eliminou os dinossauros (não aviários) cerca de 65 milhões de anos atrás, a maioria das colisões que a Terra experimenta são de objetos menores, menos massivos e menos energéticos.

Claro, a esmagadora maioria do que atinge o planeta Terra do espaço é muito pequeno para chegar à superfície, mas ainda recebemos meteoritos de forma intermitente. Enquanto crateras enormes como a cratera Barringer (acima) muitas vezes têm fragmentos de meteoritos perto de seus centros, no local do impacto, há ataques menores que ocorrem com muito mais frequência. Mesmo que a maioria deles seja tão pequena que queima na atmosfera da Terra, muitas dessas rochas espaciais eventualmente chegam à Terra.

Em 15 de fevereiro de 2013, um meteoro apareceu no céu perto de Chelyabinsk, na Rússia, e caiu na Terra, deixando uma cratera e fragmentos recuperáveis. Estima-se, com base na energia do impacto, que este é o maior impacto registrado na Terra desde o evento de Tunguska de 1908. (Foto Elizaveta Becker/ullstein via Getty Images)

Você pode estar familiarizado com os eventos maiores e indutores de danos, como o evento de Tunguska de 1908 ou o greve de Chelyabinsk mais recentemente, em 2013, mas estes são novamente uma minoria. Eles podem não ser os eventos de 1 em 100.000.000 de anos, como o evento da cratera de Chixulub, ou mesmo os eventos de 1 em 10.000 anos que levaram à cratera de Barringer, mas mesmo esses eventos de uma vez por século não são a maior parte do que fazem isso ao chão.

Em vez disso, há greves que ocorrem com mais frequência do que uma vez por ano, onde fragmentos de bólidos ⁠ – meteoros brilhantes que deixam trilhas longas e luminosas em nossa atmosfera ⁠ – chegam à superfície da Terra. A maioria deles se desfaz na atmosfera, enquanto a maioria dos que atingem a superfície atingem o oceano. Ainda assim, uma fração significativa cai em terra, e alguns deles, como os de 1969 meteorito Murchison , podem ser vistos caindo e depois ter seus fragmentos sobreviventes recuperados. Em um caso, um meteorito até atingiu um humano durante sua queda final na Terra, o único caso conhecido.

Esta fotografia, datada de 1954, mostra a mulher do Alabama, Ann Hodges, em sua cama, com o enorme hematoma deixado pelo meteorito que a atingiu depois de cair do telhado. A partir de 2019, ela continua sendo a única pessoa conhecida a ter sido atingida diretamente por um objeto em queda do espaço. (JAY LEVITON, FOTOS DE TEMPO E VIDA/IMAGENS GETTY)

Quando esses objetos chegam à nossa superfície, eles passam de meteoros a meteoritos, o que significa que deixam fragmentos para trás que podem ser coletados e analisados. Embora existam mais de 1.000 quedas de meteoritos documentadas, existem cerca de 60.000 meteoritos que foram encontrados na Terra: a maioria deles não é testemunhada por humanos. Isso ocorre porque, embora as chances de um meteoro atingir a Terra sejam amplamente independentes da localização, a população humana está agrupada em cidades e outras regiões adequadas para a habitabilidade humana.

No entanto, não ver a queda de um meteoro não nos impede de determinar sua composição, e essa composição fornece uma pista sobre sua origem. Nas gerações anteriores, os meteoritos eram categorizados de forma muito grosseira: ou você era

um meteorito pedregoso, feito principalmente de rocha de silicato,
um meteorito de ferro, feito principalmente de ferro, níquel e metais semelhantes,
ou um meteorito de ferro pedregoso, com grandes quantidades de materiais à base de silicato e à base de metal.

Se todos os meteoritos que encontramos tivessem uma origem comum, como o cinturão de asteróides, essa classificação seria tudo o que precisávamos.

A distribuição de tamanho dos asteróides está intimamente relacionada com a distribuição de tamanho e distribuição de frequência dos meteoros que atingem a Terra. No entanto, existem ataques adicionais que também ocorrem, e eles não podem ser explicados apenas pelo nosso cinturão de asteróides . (MARCO COLOMBO, DENSITYDESIGN RESEARCH LAB)

Em tempos mais recentes, agora os categorizamos de acordo com sua estrutura física, sua mineralogia e a composição dos produtos químicos, elementos e isótopos que os compõem. Antes de 1900, apenas algumas centenas de meteoritos eram conhecidos, e eram em grande parte das variedades de ferro ou ferro pedregoso, uma vez que são as mais facilmente distinguíveis das rochas terrestres.

No entanto, desenvolvemos uma compreensão muito maior dos meteoritos no século 20, e tanto cientistas quanto entusiastas amadores começaram a procurá-los por toda a superfície da Terra. Com uma amostra muito maior de meteoritos, descobrimos que 94% de todos eles são realmente meteoritos pedregosos (à base de silicato), e por isso tornou-se necessário desenvolver um esquema de classificação melhor. Caso contrário, você agruparia todas as classes mais comuns de meteoritos e existem diferenças extremamente importantes entre eles.

Esta imagem em mosaico em preto e branco mostra o rover Mars Pathfinder Sojouner (em primeiro plano) e a superfície marciana com etiquetas indicando os diferentes nomes dados às rochas em 6 de julho de 1997. Sojourner, como parte da missão Mars Pathfinder, tornou-se o primeiro rover em Marte e analisou várias rochas na superfície quanto à sua composição química e elementar/isotópica. (POO/AFP/Getty Images)

Aqui está a maior e uma das descobertas mais surpreendentes sobre meteoritos em nossas vidas: cerca de 3% de todos os meteoritos encontrados na Terra são originários de Marte.

Isso foi suspeito por muitos anos, mas a prova veio em 1997: quando a missão Mars Pathfinder pousou com sucesso e percorreu a superfície marciana. A composição física e química das rochas ali correspondia a uma fração dos meteoritos encontrados na Terra e, de repente, revelou que sua origem não era do cinturão de asteróides, mas de Marte.

A forma como a origem de um meteorito é determinada está intimamente relacionada à forma como sua idade é determinada. Para chegar lá, você tem que dar uma olhada lá dentro.

Um meteorito H-Condrita encontrado no norte do Chile mostra côndrulos e grãos de metal. Este meteorito pedregoso é rico em ferro, mas não alto o suficiente para ser um meteorito de ferro pedregoso. Em vez disso, faz parte da classe mais comum de meteorito encontrada hoje. (RANDY L. KOROTEV DA UNIVERSIDADE DE WASHINGTON EM ST. LOUIS)

Lembre-se: 94% de todos os meteoritos são meteoritos pedregosos. Se você tiver um e abri-lo, descobrirá que existem duas classes de meteorito pedregoso:

condritos, que têm pequenas partículas redondas (conhecidas como côndrulos) dentro deles,
e acondritos (que inclui todos os meteoritos de Marte), que não.

Cerca de 86% de todos os meteoritos são condritos e contêm esses minerais de silicato que mostram evidências de terem sido derretidos há muito tempo. Enquanto alguns condritos contêm matéria orgânica como aminoácidos, todos eles contêm uma grande variedade de elementos dentro deles. O cinturão de asteróides é teorizado como material primordial que sobrou da formação do nosso Sistema Solar, cerca de 4,56 bilhões de anos atrás. A maneira como determinamos a idade do Sistema Solar vem, em parte, da observação desses meteoritos condríticos e, em particular, dos elementos e isótopos encontrados em seu interior. A chave para entender suas idades é observar os reagentes e produtos do decaimento radioativo .

Ilustração esquemática do decaimento beta nuclear em um núcleo atômico maciço. O rubídio-87, que possui 37 prótons e 50 nêutrons, sofre decaimento beta com meia-vida de cerca de 49 bilhões de anos. Esse decaimento o converte em um núcleo de estrôncio-87, com 38 prótons e 49 nêutrons, emitindo um elétron e um neutrino antielétron no processo. (WIKIMEDIA COMMONS USER INDUCTIVELOAD)

Por exemplo, os elementos Rubídio (Rb) e Estrôncio (Sr) são encontrados na natureza, com uma variedade de isótopos diferentes. O rubídio, por exemplo, tem apenas um isótopo estável (Rb-85), mas tem um segundo isótopo de vida muito longa (Rb-87), que tem uma meia-vida mais longa que a idade do Universo: 49 bilhões de anos . O estrôncio, por outro lado, possui quatro isótopos estáveis: Sr-84, Sr-86, Sr-87 e Sr-88, sem isótopos instáveis de vida longa.

Um objeto começará sua vida com uma certa quantidade de todos esses seis isótopos, mas devemos nos concentrar em três em particular: Rb-87, Sr-87 e Sr-86. Pense nisso da seguinte forma:

Quando nosso Sistema Solar se forma, há uma quantidade original para todos os três: Rb-87, Sr-87 e Sr-86.
Com o passar do tempo, parte do Rb-87 decairá em Sr-87, de modo que a quantidade de Rb-87 e Sr-87 mude ao longo do tempo.
No entanto, a quantidade de Sr-86 não muda ao longo do tempo; nada se decompõe nele e não se decompõe em nada.
Portanto, se você medir duas razões nos pontos mais antigos dentro de uma amostra ⁠ — a razão Rb-87/Sr-86 e a razão Sr-87/Sr-86 ⁠ — você pode derivar quanto tempo se passou desde que esta amostra foi criada .

Ao medir as proporções de Rb-87/Sr-86 e Sr-87/Sr-86 em várias amostras dentro de um único meteorito, podemos construir uma linha com uma inclinação específica e, portanto, derivar uma idade para o próprio meteorito. (H. Y. MCSWEEN, METEORITES E SEUS PLANETAS PAI, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS (1987))

Este método é absolutamente brilhante por uma razão convincente: não requer suposições sobre a composição do material inicial. A única variável é o tempo ou há quanto tempo essa amostra foi criada.

É assim que inferimos a idade dos vários meteoritos que encontramos na Terra. Rubídio e estrôncio não são os únicos isótopos que usamos, é claro; são simplesmente exemplos. Além disso, urânio e tório (que decai em vários isótopos de chumbo), potássio (que decai em argônio) e iodo (que decai em xenônio) também são usados.

Ao todo, os condritos têm aproximadamente 4,5 a 4,55 anos, enquanto os acondritos exibem enormes variações. Isso ocorre em grande parte porque os acondritos são suspeitos de pertencer a grandes corpos-mãe e são produzidos quando eles próprios são impactados, levantando detritos. De fato, dentro dos acondritos, existem dois grupos especiais: um que corresponde a meteoritos com origens lunares (conforme confirmado pelos retornos de amostra do programa Apollo) e outro que corresponde a meteoritos com origens marcianas (confirmado por vários rovers de Marte) .

Uma foto da NASA tirada em 5 de maio de 1972 mostra uma visão de perto ou uma foto da amostra lunar da Apollo 16 no. 68815, um fragmento desalojado de um pedregulho pai. Uma amostra de solo de filete foi coletada próximo ao pedregulho, permitindo o estudo do tipo e da taxa de erosão que atua nas rochas lunares. A análise subsequente de amostras lunares nos permitiu identificar vários meteoritos encontrados na Terra que são claramente de origem lunar. (NASA/AFP/Getty Images)

Em geral, os meteoritos condritos são provavelmente todos de origem asteroidal e têm aproximadamente a mesma idade do Sistema Solar. Os meteoritos acondritos podem ser muito mais jovens: alguns dos meteoritos lunares têm apenas 2,9 bilhões de anos e alguns dos meteoritos marcianos têm apenas 200 milhões de anos. Contanto que a datação radioativa não minta, seríamos capazes de identificar se um meteorito era de origem pré-solar simplesmente encontrando um cujos isótopos nos dissessem que ele existia há mais de 4,56 bilhões de anos.

Por outro lado, a maioria dos meteoros nunca chega à Terra, mas queima em nossa atmosfera. Dentro um estudo notável , parece que um deles pode ter impactado a Terra e feito exatamente isso em 2014.

Uma animação mostrando o caminho do intruso interestelar agora conhecido como ʻOumuamua. A combinação de velocidade, ângulo, trajetória e propriedades físicas contribuem para a conclusão de que isso veio de além do nosso Sistema Solar. (NASA / JPL - CALTECH)

Assim como a origem de ‘Oumuamua foi identificada com base em seus parâmetros orbitais em relação ao nosso Sistema Solar, muitos outros objetos podem ter seus parâmetros orbitais rastreados ou reconstruídos. O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA mantém um catálogo de bólidos que permite aos astrônomos reconstruir de onde um objeto pode ter vindo e com que rapidez ele pode estar se movendo. Um meteoro de 9 de janeiro de 2014, visto sobre Papua Nova Guiné, pode ter sido nosso primeiro bólido interestelar identificável, de acordo com um novo (mas ainda não publicado) estudo .

Em princípio, poderíamos identificar um objeto que chega como tendo uma origem interestelar por sua velocidade e trajetória, e então – quando atinge a Terra – pegar seus espectros, determinando sua composição. Mesmo um meteoro, não apenas um meteorito, pode ser identificado como realmente originário de além do nosso Sistema Solar.

Com a possibilidade de origens interestelares para rochas espaciais agora uma realidade, é o suficiente para fazer você querer fazer uma análise atômica de cada meteorito já identificado na Terra, não é?

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Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .