Un’incessante pioggia di polveri spaziali cade sulla Terra

Sono oltre 5000 le tonnellate di micrometeoriti che ogni anno piovono sul nostro pianeta. Lo ha stimato una ricerca raccogliendo, a partire da campioni di ghiaccio dell’Antartide e con un’inedita accuratezza, materiale che aiuterà a stabilire l’eventuale contributo delle polveri spaziali alla nascita della vita
di Sarah Derouin/Scientific American
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Sulla superficie della Terra precipita continuamente polvere proveniente dallo spazio. Il materiale extraterrestre non ha mai smesso di piovere sul nostro pianeta fin dalla sua origine miliardi di anni fa, e la pioggia celeste continua tuttora. Frammenti consistenti di roccia e metallo ne sono gli esempi più vistosi: prendono l’aspetto di stelle cadenti luminose mentre attraversano infuocate lo strato superiore dell’atmosfera, e a volte raggiungono la superficie come meteoriti. Di solito, però, il materiale che finisce sulla Terra ha dimensioni molto più ridotte, al di sotto del millimetro.

In passato i ricercatori avevano cercato di stimare la quantità di micrometeoriti che finisce sulla Terra, ma quantificare la polvere cosmica non è facile su un pianeta già costantemente avvolto dal turbine della propria polvere.

In uno studio pubblicato di recente su “Earth and Planetary Science Letters”, un gruppo ha misurato l’accumularsi dei micrometeoriti nelle nevi incontaminate dell’Antartide, e ha fornito la stima finora migliore dei detriti extraterrestri in arrivo. Usando tecniche di campionamento accurate e stime temporali precise per i depositi di polvere, i ricercatori hanno calcolato che sulla Terra precipitano ogni anno circa 5200 tonnellate di micrometeoriti.

Il luogo perfetto per la polvere spaziale

Regioni polari come Groenlandia e Antartide, coperte dai ghiacci tutto l’anno, sono punti priviligiati per la ricerca sui micrometeoriti, per via del loro isolamento geografico e della loro staticità. Pochissimi materiali terrestri raggiungono queste zone remote, così il ghiaccio continentale, praticamente immutabile, può assorbire la polvere spaziale con un numero molto esiguo di contaminazioni. Il ghiaccio permanente fornisce ai ricercatori anche il mezzo per assegnare un’età ai detriti: basta basarsi sugli strati nevosi annuali che persistono anno dopo anno.

Entrambi i poli sarebbero adatti a questo genere di ricerche, ma Jean Duprat, cosmochimico all’Università di Parigi-Saclay e coautore dello studio, preferisce i ghiacci meridionali: “Il Polo Sud è di gran lunga migliore, perché è circondato da oceani, completamente isolato da altri continenti”.

Nel corso di tre stagioni sul campo, distribuite negli ultimi vent’anni, Duprat e i suoi colleghi hanno visitato la stazione franco-italiana Concordia, situata in una regione antartica chiamata Dome C, per raccogliere micrometeoriti. A 1100 chilometri nell’entroterra del continente, e a oltre tre chilometri sopra il livello del mare, Dome C è praticamente perfetta per la raccolta di polvere cosmica.

Julien Rojas, dottorando all’Università di Parigi-Saclay e autore principale dello studio, nota che le nevicate su Dome C mostrano “un tasso di accumulazione piuttosto basso, ma sufficiente a schermare e preservare le particelle”. La sottigliezza dello strato nevoso annuale, riporta Rojas, ha permesso al gruppo di raccogliere i micrometeoriti depositati in un solo luogo e risalenti a più decenni senza dover fondere enormi quantità di ghiaccio.

Uno zoom sulla polvere cosmica

I ricercatori sono partiti dai detriti depositati prima del 1995, per poi riesumare strati più profondi e antichi. L’obiettivo era evitare eventuali contaminazioni umane dovute ai lavori per la costruzione della stazione Concordia, cominciati nel 1996.

Nel corso degli anni Duprat si è accorto che anche i ricercatori importavano inavvertitamente sul sito quantità piccole ma significative di polvere terrestre, contaminando i campioni. Un’attenta rettifica dei metodi di raccolta e gestione ha risolto il problema: ogni campione di neve è stato sigillato in un cilindro di polietilene e trasportato in una stanza incontaminata per essere fuso e filtrato.

Dopo aver filtrato la polvere dalla neve, il gruppo ha usato microscopia elettronica, spettroscopia a raggi X e altre tecniche per analizzare oltre 2000 particelle di dimensioni comprese tra i 12 e i 700 micrometri. La polvere proveniente dallo spazio di solito presenta diversi segnali rivelatori, per esempio una forma sferica (dovuta alla fusione che segue l’ingresso nell’atmosfera) o una distribuzione degli isotopi chimici vistosamente diversa da quella terrestre. I vari metodi analitici applicati hanno permesso al gruppo non solo di identificare la polvere cosmica, ma anche di risalire all’origine più probabile di ciascuna particella extraterrestre.

“Abbiamo provato a concentrarci sui micrometeoriti non fusi, scarsi nelle raccolte precedenti a causa della loro fragilità e della facilità con cui si deteriorano”, afferma Rojas. “Il nostro protocollo di raccolta ci permette di preservarli.”

Il gruppo ha scoperto che oltre il 60 per cento della polvere proviene probabilmente dalla famiglia di comete di Giove, guidate dall’influenza gravitazionale del pianeta gigante in periodi orbitali inferiori ai vent’anni. Un altro 20 per cento circa proverrebbe dalla fascia principale degli asteroidi. “La polvere delle comete è più soffice rispetto a quella degli asteroidi”, spiega Rojas, aggiungendo che i detriti delle comete tendono anche a essere più ricchi di materiale organico, caratteristica tipica della famiglia cometaria di Giove.

“Meteoriti e polvere cosmica sono una sorta di copia campione degli astromateriali” sostiene Marc Fries, planetologo non coinvolto nello studio e curatore per conto della NASA delle Cosmic Dust Collections. Fries spiega che gli asteroidi di solito sono corpi rocciosi e compatti che perdono schegge e frammenti sulla superficie della Terra. “Le comete non sono altrettanto compatte”, e aggiunge che il materiale “soffice” e più slegato si disintegra facilmente, producendo depositi di polvere cosmica.

Secondo Fries, i composti organici contenuti nella polvere cosmica potrebbero essere stati di importanza cruciale per l’origine della vita sulla Terra. I precipitati di polvere spaziale “probabilmente aggiunsero un notevole contingente alle sostanze volatili già presenti sulla superficie terrestre. Capire appieno la composizione di queste particelle equivale ad avere un’istantanea della composizione del sistema solare interno, soprattutto dei corpi minori”.

Dopo aver estratto la polvere e averne riportato graficamente l’abbondanza anno per anno in funzione dell’orologio stabilito dalle nevicate annuali a Dome C, i ricercatori hanno potuto calcolare il flusso di polvere extraterrestre in ingresso. Estrapolando le misurazioni a Dome C ed estendendole all’intero pianeta, hanno scoperto che ogni anno sulla Terra precipitano tra 4000 e 6700 tonnellate di polvere spaziale.

Si tratta di un calcolo essenzialmente statistico, che riflette l’intrinseca difficoltà di estrapolare un effetto globale da una serie molto complessa di misurazioni limitate e locali. “A seconda del volume di neve, dobbiamo aspettarci un certo grado di incertezza nel conteggio delle particelle”, osserva Rojas.

Kate Burgess, geologa allo U.S. Naval Research Laboratory, non coinvolta nella ricerca, si dichiara impressionata dallo studio, ma avverte che la stima non va considerata definitiva: “Contare centinaia e centinaia di particelle… È un lavoro davvero enorme cercare di ottenere abbastanza particelle per una buona statistica ed eliminare qualsiasi tipo di errore statistico dal valore che si ottiene”.

Soggetta a fluttuazioni temporali è soprattutto la polvere proveniente dalle comete, nota Burgess, che dipende dai capricci della meccanica orbitale, dai tassi di degassificazione delle comete stesse e da tante altre variabili che magari ancora non conosciamo a fondo. “[Si tratta di] fonti labili”, spiega. “Se provengono da una particolare cometa della famiglia di Giove, cadranno in modo periodico e relativamente regolare, ma non costante.”

Anche se chi si occupa di questo argomento sapeva già che ogni anno sulla Terra si depositano migliaia di tonnellate di polvere extraterrestre, Burgess loda i ricercatori perché “hanno stabilito limiti più precisi rispetto a studi precedenti sulla quantità di tempo durante la quale avviene l’accumulo dei micrometeoriti”.

“Dal punto di vista interno a chi si occupa di polvere cosmica questo è un lavoro eccellente”, continua Burgess. Fries concorda, e aggiunge che “la comunità scientifica aspirava da lungo tempo al tipo di campioni che questo gruppo è riuscito a raccogliere”; nuovi, incontaminati e raccolti con precisone e cura certosine.

Casualmente, quest’anno si festeggia il quarantesimo anniversario delle Cosmic Dust Collections della NASA. Fries sostiene che i suoi colleghi si chiedono già come acquisire alcuni di questi preziosi campioni dal Polo Sud: “Sono molto ricercati dagli scienziati”, dice. “Questo studio arriva proprio al momento giusto.”