Los últimos datos sobre el meteoro de Chelyabinsk

Simulación 3D del impacto del meteoro.

El 15 de febrero de 2013, un meteoro de tamaño medio impactó en la atmósfera terrestre en la región de Chelyabinsk, Rusia. Los datos iniciales sobre su trayectoria y la estimación mediante infrasonidos de su masa han sido revisados por dos artículos en Nature y un artículo en Science. El meteoro que impactó en Chelyabinsk tenía una masa entre 12.000 y 13.000 toneladas métricas, casi el doble de lo que se estimó en su momento, impactó en la atmósfera superior a una velocidad de unos 19 km/s, más de 50 veces la velocidad del sonido, liberando una energía de unos 500 kilotones de TNT que en gran parte fue absorbida por la atmósfera (lo que minimizó los daños). A una altura entre 30 y 45 km el meteoro se fracturó en miles de pedazos. Sólo se han encontrado unos pocos meteoritos, el mayor con 600 kg formó un agujero circular en el hielo de la superficie y acabó en el fondo del lago Chebarkul, a 60 km al suroeste de Chelyabinsk. Los modelos por ordenador predicen que un asteroide como el Chelyabinsk colisiona con la Tierra una vez cada 150 años (en promedio). Nos lo cuenta Quirin Schiermeier, «Risk of massive asteroid strike underestimated. Meteor in Chelyabinsk impact was twice as heavy as initially thought,» News, Nature, 5 Nov 2013. Los artículos técnicos en Nature son Jiří Borovička et al., «The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor,» Nature, AOP, 06 Nov 2013; y P. G. Brown et al., «A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk and an enhanced hazard from small impactors,» Nature, AOP 06 Nov 2013. El artículo en Science es Olga P. Popova et al., «Chelyabinsk Airburst, Damage Assessment, Meteorite Recovery, and Characterization,» Science, AOP 07 Nov 2013 [DOI].

El infrasonido del meteoro de Chelyabinsk y cómo se estimó su energía

Gracias a estos vídeos de youtube puedes oír el infrasonido producido por el meteoroide de Chelyabinsk, Montes Urales, Rusia, el pasado 15 de febrero. Esta grabación se obtuvo en la estación de la red CBTO (Comprehensive Test Ban Treaty Organisation) situada en la Antártida, a unos 15.000 km de distancia del evento. Grabaciones similares se obtuvieron en 17 estaciones de infrasonidos de la red CBTO. La entrada de un meteoroide en la atmósfera a velocidades hipersónicas y su posterior ablación producen una onda expansiva (onda de choque) que se propaga por la atmósfera y es audible a miles de kilómetros de distancia gracias a los infrasonidos. Estos sonidos no son audibles para el oído humano porque su frecuencias está en el rango de 0,001 a 20 Hz. Sin embargo, se puede modificar la frecuencia del sonido para hacerlo audible. Gracias a las medidas de la red de infrasonidos se puede estimar la posición (por triangulación), tamaño, masa, velocidad y energía liberada por el evento. Para ello se utilizan correlaciones experimentales obtenidas durante los últimos 60 años gracias a las pruebas de armas atómicas. En el caso del meteoro de Chelyabinsk se estimó que su diámetro fue de 17 metros, su masa de 10.000 toneladas y que liberó una energía equivalente a 500 kilotones de TNT.

Estas dos figuras muestran resultados medidos por la estación de infrasonidos I31KZ, situada a unos 600 km al sur del hipercentro (fuente). La señal observada tiene frecuencias entre 0,004 Hz y 8 Hz.

Esta fotografía muestra la estación británica IS49 (Tristan da Cunha); el cuadrado tiene un lado de 25 metros y las rosetas radiales un diámetro de 6,5 metros (click para ampliar).

¿Cómo se estima la energía del suceso a partir de la señal de infrasonidos? Se utiliza una ley de potencias empírica obtenida tras el análisis de las pruebas de armamento nuclear realizadas durante la Guerra Fría (sobre todo en la década de los 1950). Estas fórmulas son las recomendadas por la AFTAC (United States Air Force Technical Applications Center) y aparecen en el libro de A. Le Pichon et al., «Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies,» Springer, 2010. Se asume un modelo ideal de la onda de choque (sonic boom) dado por una onda tipo N. El periodo de esta onda en segundos permite determinar la energía W en kilotones de TNT. Hay modelos físico-matemáticos más detallados, pero requieren conocer un gran número de parámetros que no suelen estar disponibles.

La teoría más sencilla para describir el movimiento de un meteoro que no se fractura durante su ablación fue desarrollada por Öpik (1933, 1937) y Whipple (1938). En estas fórmulas, m es la masa del meteoro, ρ_m es su densidad, v es su velocidad, S es el área de su sección transversal, Γ es el coeficiente de fricción con la atmósfera,  ρ es la densidad de la atmósfera, Λ es el coeficiente de transferencia de calor (que mide la eficiencia de la transferencia al interior del meteoro del calor ganado por fricción), ξ es la energía de ablación del meteoroide (la energía necesaria para la ablación de una unidad de masa) y A es el llamado factor de cambio de forma. Estas fórmulas son aplicables a meteoroides con velocidades entre 11,2 km/s y 72,8 km/s, donde 11,2 km/s es la velocidad de escape de la Tierra y 72,8 km/s es la suma de la velocidad de escape del Sol a la distancia de la Tierra (42,5 km/s) más la velocidad orbital de nuestro planeta (30,3 km/s). En estas ecuaciones se ha despreciado el efecto de la gravedad en la trayectoria, pues el meteoroide atraviesa la atmósfera sólo durante unos pocos segundos, debido a su velocidad hipersónica. En el caso del meteoroide de Chelyabinsk estas fórmulas deberían ser corregidas con el efecto de la gravedad pues logró atravesar la atmósfera durante 32,5 segundos.

Los infrasonidos producidos por los meteoroides se llevan estudiando desde principios del siglo XX. Esta figura muestra una reconstrucción de la presión atmosférica sobre Europa el 30 de junio de 1908 cuando explotó a una altura de unos 10 km un meteoro sobre Tunguska en el centro de Siberia; se basa en las medidas de infrasonidos registradas en Washington DC que permitieron estimar que la energía liberada por este suceso fue equivalente a entre 10 y 12,5 megatones de TNT. Los infrasonidos permiten detectar el impacto de meteoros con un tamaño superior a pocos centímetros de diámetro. El registro observado permite estimar la masa del meteoroide, la velocidad de ingreso en la atmósfera y la energía total liberada por la desintegración del meteoro en la atmósfera.

La física detallada de procesos tan complicados como la ablación de un meteoro en la atmósfera está bien estudiada, pero en la práctica se utilizan modelos muy simplificados porque se ignoran gran número de los parámetros del meteoroide. Supongo que en los próximos meses se publicarán análisis detallados del suceso de Chelyabinsk. Ya os mantendré informados.

PS (27 feb 2013): Ya se han recogido gran número de fragmentos del meteoro de Chalyabinsk, aquí tenéis algunas fotografías.

PS (05 mar 2013): Recomiendo la lectura de T.A. Ens, P.G. Brown, W.N. Edwards, E.A. Silber, «Infrasound production by bolides: A global statistical study,» Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 80: 208–229, May 2012.

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Cálculo preliminar de la órbita del meteoroide de Chelyabinsk

El viernes pasado, 15 de febrero, un meteoroide de tamaño medio impactó en la atmósfera en la región de Chelyabinsk, Rusia. Tras la entrada en la atmósfera recorrió unos cientos de kilómetros y explotó produciendo una onda expansiva que causó múltiples daños (en humanos, sobre todo, heridas por roturas de cristales). Jorge I. Zuluaga e Ignacio Ferrin (Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia) han reconstruido la órbita del meteoroide, que muestra este vídeo de youtube. Obviamente, se trata de una reconstrucción provisional y habrá que esperar algunos meses hasta que se confirme. Los interesados en el artículo técnico disfrutarán con Jorge I. Zuluaga, Ignacio Ferrin, «A preliminary reconstruction of the orbit of the Chelyabinsk Meteoroid,» arXiv:1302.5377, 21 Feb 2013.

Francis en ¡Eureka!: El meteoro que impactó en Rusia y el asteroide que pasó cerca de la Tierra

El audio de la sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, Onda Cero, ya está disponible. Si te apetece oírlo, sigue este enlace. Como siempre, una transcripción libre del audio.

El viernes coincidieron el paso de un asteroide cerca de nuestro planeta y el impacto de otro contra la Tierra en los montes Urales, en Rusia. ¿Hay alguna relación entre ambos hechos? No, aunque el viernes por la mañana algunos expertos no estaban seguros y algunos medios publicaron que podría haberla. Todas las dudas se despejaron tras la fotografía que obtuvieron los satélites Meteosat 9 y 10 que mostraba la estela del meteoroide al penetrar en la atmósfera. Se pudo reconstruir muy bien su dirección de entrada y su trayectoria. Al compararla con la del asteroide 2012 DA14, que estaba ya calculada, se observó que provenían de direcciones muy diferentes en el cielo. Si la Tierra fuera una persona que mirara al Sol, el meteoroide vino de cara y el asteroide pasó por la espalda. De hecho, a la hora del impacto estaban separados una distancia de casi medio millón de kilómetros. Además, el asteroide DA14 se mueve relativo a la Tierra a una velocidad de unos 28 000 km/h (7,8 km/s) mientras que el meteoro  se aproximó a más del doble de esa velocidad, unos 65 000 km/h (18 km/s).

¿Qué diferencia hay entre un asteroide, un meteoro, un meteoroide y un meteorito? Un asteroide es una roca que viaja por el espacio, tanto si su diámetro es de kilómetros o sólo unos pocos metros. Un meteoroide es un «asteroide» con menos de 50 metros de diámetro que esté en la vecindad de la Tierra. Cuando el asteroide o meteoroide impacta contra la Tierra y se quema en la atmósfera estamos ante un meteoro, también llamado bólido. Por último, si llegan a caer al suelo trozos del meteoro entonces se habla de meteoritos. Sin embargo, mucha gente habla de meteoroides y meteoritos como si fueran la misma cosa.

¿Por qué los astrónomos no vieron al asteroide (o meteoroide) que se acercaba hacia la Tierra? La razón fundamental es que este meteoroide que cayó  el pasado viernes en Rusia se dirigía hacia la Tierra desde la dirección en la que se encontraba el Sol, por lo que su luz nos cegó y no nos dejó ver su llegada con tiempo suficiente. Además, era un objeto muy pequeño, según la última estimación de la NASA, de unos 17 metros de diámetro, aunque pesaba unas 10 000 toneladas. Puede parecer mucho peso, pero suponiendo que su forma fuera esférica, las 10 000 toneladas corresponde a una densidad de 3,8 g/cm³ similar a la del mineral siderita (carbonato de hierro). Por último, en la actualidad no hay ningún satélite espacial dedicado en exclusiva a buscar este tipo de asteroides pequeños. Hay unos 20 000 con un diámetro superior a los cien metros pero sólo conocemos unos 5 000. Pero se han observado muy pocos con un diámetro menor de 100 metros. Esta es una de las asignaturas pendientes para el programa espacial de la NASA o de la ESA.

En los vídeos de youtube grabados por rusos en sus coches (suelen tener cámaras en el salpicadero para demostrar su inocencia ante las aseguradoras en los accidentes de tráfico) se veían una estela el cielo y luego un gran destello. ¿Cuál es la causa de la estela y el destello? La estela del meteoro o bólido está formada por partículas ricas en monóxido de hierro, dióxido de silicio y dióxido de azufre, que son sustancias incoloras. La estela visible se cree que proviene de la descomposición y posterior oxidación del mineral troilita (sulfuro de hierro), mientras que los destellos más brillantes están causados por la evaporación y oxidación del mineral camacita (aleación de hierro y níquel). El bólido caído en Rusia al penetrar en la atmósfera viajó por la atmósfera unos 32,5 segundos antes de estallar a una altura entre 14 y 20 km. El bólido se mueve a una velocidad supersónica, por lo que se calienta tanto que el material que lo forma se derrite (sufre una ablación) y se comporta como un líquido. La diferencia de presiones en la superficie provoca que se rompa en trozos (como una gota de agua que se rompe en gotitas) y explote. La energía liberada por el meteoro del viernes en su explosión fue equivalente a la de una explosión termonuclear de 500 kilotones (unas 40 bombas de Hiroshima, estimando una explosión de 12,5 kilotones), aunque por suerte tuvo lugar en la alta atmósfera (por encima de 14 km). Aún así, la onda expansiva rompió numerosos cristales en la zona y causó centenares de heridos por culpa de los cristales rotos. El meteoro se fragmentó en trozos pequeños, se cree que uno de ellos creó un agujero de unos 6 metros de diámetro en la cubierta helada del lago Chebarkul, a 50 km de la ciudad de Cheliábinsk, pero aún no se ha sido recuperado dicho fragmento.

Más información en el blog personal de Daniel Marín, «Impacto de un meteorito en Rusia.» También recomiendo leer a Victor R. Ruiz, «Asteroides con derecho a roce,» Naukas, 15 Feb 2013, y Daniel Marín (Eureka Blog), «¿Estamos indefensos ante los asteroides?,» Naukas, 16 Feb 2013.

¿Cuán frecuente es que impacten meteoros contra la Tierra? Todos los días, alrededor de cien toneladas de material interplanetario deriva hacia  la superficie de la Tierra. La mayoría son pequeñas partículas de polvo que han sido liberadas por los cometas cuando se forma su cola tras pasar cerca del Sol (las llamadas estrellas fugaces). Las partículas más grandes se originan como fragmentos de colisión de asteroides ocurridas hace miles de años. Se estima que colisiona con la Tierra un asteroide rocoso con más de 50 metros de diámetro una vez cada siglo (el último fue en Tunguska, Siberia, en 1908). Los asteroides más peligrosos, con más de un kilómetro de diámetro, colisionan con la Tierra una vez cada varios miles de años.

Cambiando de tema.  ¿Cómo fue la observación del paso cerca de la Tierra del asteroide 2012 DA14? Yo lo ví gracias al canal de televisión de la NASA, pero muchos aficionados a la astronomía decidieron verlo con sus propios telescopios. El asteroide no se ve en el mismo lugar del cielo en Málaga que en Madrid, por ejemplo, por lo que es fácil confundirlo con alguna estrella. El asteroide DA14 pasó a unos 27 700 km de distancia de la Tierra, como estaba previsto. Fue observado por muchos telescopios. Se tomaron medidas de su espectro que permitirán determinar su composición y medidas de radar que nos permitirán determinar su forma aproximada. Los resultados aún no han sido publicados. Lo más importante es saber a qué velocidad rota sobre eje, lo que permitirá estimar mejor su trayectoria futura. Los asteroides cercanos a la Tierra se dividen en dos categorías: Apolo y Atón. Los asteroides de tipo Apolo tienen una órbita más grande que la de la Tierra, cuya distancia mínima al Sol es mayor que 1 Unidad Astronómica (radio de la órbita terrestre). Los asteroides de tipo Atón tienen una órbita más pequeña que la de la Tierra. Tras su paso cercano con la Tierra, el asteroide 2012 DA14 que era de tipo Apolo, con un periodo de 368 días (tres días más que nuestro planeta), debido a la gravedad terrestre ha modificado su órbita y ha pasado a ser tipo Atón, con un periodo de 317 días. Volverá a pasar «cerca» de la Tierra (a casi 1 millón de km) el 15 de febrero de 2046.

Recomiendo ver «El mejor vídeo del paso del asteroide 2012 DA14,» Naukas, 17 Feb 2013, de Daniel López (El Cielo de Canarias) que ha sido seleccionado como fotografía astronómica del día, «Asteroid 2012 DA14 Passes the Earth,» APOD, Feb 17, 2013.

Algunos medios han bautizado al asteroide DA14 como el asteroide español, ¿quiénes lo descubrieron? El descubrimiento del asteroide fue realizado en febrero de 2012 por astrónomos del Observatorio Astronómico de Mallorca, que opera los telescopios robóticos de La Sagra (Granada). Se trata de tres telescopios modestos, de sólo 45 centímetros de diámetro. Los grandes proyectos de vigilancia de la NASA  utilizan telescopios de 1 metro de diámetro. La ventaja de los telescopios de La Sagra es que son rápidos y cubren grandes áreas del cielo. Descubrir asteroides antes que la NASA requiere ser inteligente con la estrategia de observación. Los españoles usan un software de detección de asteroides propio que es especialmente rápido y así descubrieron (automáticamente) el asteroide 2012 DA14 cuando se encontraba a 4 300 000 km de la Tierra.

Lo dicho, si te apetece escuchar el audio, sigue este enlace.

Estela del meteoro observada por Meteosat 9 (Fuente: ESA/EUMETSAT).