OSSERVAZIONE VISUALE DELLE METEORE Enrico Stomeo Tratto dalla rivista IL CIELO n. 12, 63-67 (1997)

Si possono osservare meteore in tanti modi: vedere alcune stelle cadenti per caso ogni tanto, osservare per un certo tempo ma in maniera distratta e senza attenzione particolare, oppure compiere una sorveglianza con metodo e concentrazione tali da poter produrre dati scientificamente utili. Quest'ultimo caso è l'oggetto delle nostre considerazioni. Le stelle cadenti sono l'effetto visivo dell'entrata a grande velocità (alcune decine di km/sec) negli strati più esterni dell'atmosfera di piccoli meteoroidi, che la Terra incontra nel suo orbitare attorno al Sole. A 90-120 km di altezza questi corpuscoli si surriscaldano per attrito con l'aria e ne ionizzano i gas, fino a diventare meteore luminose. Le particelle in questione sono quasi tutte residui della disintegrazione progressiva di comete. Su mille meteore, solamente 2-3 hanno invece origine asteroidale. I corpuscoli, staccatisi dal corpo-madre, si disperdono nelle sue vicinanze, e col passare del tempo si distribuiscono lungo tutta l'orbita di questo, mantenendo parametri orbitali molto simili, che lentamente vengono influenzati dalla radiazione solare e dalle perturbazioni planetarie. Solamente una corrente di detriti cometari che passi sufficientemente vicina all'orbita terrestre (a meno di 0,15 UA) crea al suo contatto con l'atmosfera i presupposti per uno sciame più o meno ricco di stelle cadenti. Questo è un fenomeno che dura un certo intervallo di tempo e la cui intensità dipende dalla densità della nube meteorica incontrata. Lo sciame può essere più o meno largo e avere un'orbita più o meno inclinata sul piano orbitale terrestre, per cui il tempo impiegato dalla Terra per attraversarlo varierà da poche ore (o addirittura minuti) a molti giorni. Osservare meteore significa perciò stabilire la densità spaziale dei meteoroidi e stabilire il momento in cui la Terra ne incontra il numero maggiore. La luminosità delle meteore dipende dalla velocità di ingresso nell’atmosfera (simile per le meteore di uno stesso sciame), e dalla massa delle particelle cometarie, per cui la distribuzione delle luminosità osservate è indicativa della reale consistenza dello sciame. Le particelle sono molto piccole, come "teste di spillo", di dimensioni di pochi millimetri. Una corrente meteorica tende nel tempo a distribuirsi lungo l'orbita in maniera sempre più omogenea, staccandosi dal corpo d'origine. Ci sono sciami che si ripresentano ogni anno e altri solo occasionalmente o con una quantità di meteore variabile. Osservare frequentemente e in modo protratto nel tempo significa perciò ottenere informazioni sull'evolversi di una corrente meteorica. Non è detto poi che non si possano individuare sciami legati a nuove comete o al ritorno in prossimità del Sole di comete a lungo periodo.

QUANDO OSSERVARE Quanto appena detto risponde alla eventuale domanda di quando osservare. Le comete sono presenti in ogni momento dell'anno, a caso nel tempo, per cui è ovvio che le correnti meteoriche possono essere incontrate dalla Terra durante tutto l'anno. Per di più esistono meteoroidi casuali, non associati a sciami, che contribuiscono all'effetto di "sporadic pollution" (1-2 meteore/ora) presente tutto l'anno. Il periodo estivo è certo più comodo, non a caso le piogge meteoriche estive sono meglio studiate, ma d'altro canto nei periodi invernali il numero delle ore di oscurità è maggiore. Il disturbo lunare rappresenta una variabile fortemente condizionante, dato che influisce drasticamente sulla luminosità limite visibile. La Luna Piena riduce il numero delle meteore osservabili di quasi 10 volte. Poco senso avrà osservare con cieli chiari dove non siano osservabili stelle di almeno la 5a magnitudine, dato che così saranno percepite solamente le meteore più brillanti.

COME OSSERVARE Nel caso delle meteore, osservazione visuale significa a occhio nudo. L'occhio umano dilata nell'oscurità la sua pupilla a diametri di circa 7-8 mm (dipende dall'età) e permette di osservare nel miglior caso stelle di 6a-7a magnitudine. Ciò avviene ovviamente se il sito è lontano dalle luci cittadine e comunque privo di inquinamento luminoso. I meteoroidi più consistenti nella massa producono le stelle cadenti che vediamo, ma quelli più esigui producono meteore che possono essere viste solamente con un telescopio o rivelate via radio. Per cogliere le stelle cadenti più deboli si richiedono attenzione, una buona percezione e riflessi. Non è un problema solamente di magnitudine limite del sito osservativo, ma anche di percezione nel campo di vista. Se l'occhio osserva giusto in un punto fisso percepisce stelle, e quindi meteore, di luminosità più debole. Se si muove, aumentando il campo di visione, percepisce solamente quelle più luminose. Il campo di vista deve essere il più libero possibile, sufficientemente alto sull'orizzonte (50-70 gradi) e non ostacolato da alberi o case in vicinanza, né tanto più da cumuli nuvolosi passeggeri. Esso comunque non è a tutto cielo ma, ad occhio fermo, è all'interno di un cerchio di poco superiore ai 50 gradi di raggio. L'osservatore percepisce all'interno di quest'area quasi il 99% delle meteore visibili. Chi osserva deve operare da solo, in maniera indipendente, e non in gruppo con altri. Non deve essere influenzato nè per le stime di luminosità o del limite visibile, nè per il posizionamento delle tracce. LA REGISTRAZIONE Le meteore di sciame sembrano irradiarsi da un punto preciso nel cielo (radiante). Questa convergenza è un fenomeno di pura prospettiva, poichè le traiettorie dei meteoroidi sono tutte parallele nello spazio.

Tracce meteoriche disegnate su mappa gnomonica, pubblicata dall'Accademia delle Scienze Cecoslovacca (equinozio 1950,0)

La valutazione dell'appartenenza di una meteora a un dato sciame viene in genere fatta in base alla traccia disegnata su una mappa stellare, o a vista nel caso degli sciami principali. E' importante memorizzare la direzione della meteora rispetto alle stelle, piuttosto che la sua esatta lunghezza. Nel caso di studio di uno sciame è altrettanto importante dove localizzare il centro della propria sorveglianza per non assistere all'apparire di tracce luminose troppo lunghe o troppo brevi, se vicino al radiante. Si ottiene la migliore condizione fissando il centro di vista a 20-40 gradi di distanza dal radiante. La traccia deve essere riportata con grande precisione per permettere di definire senza ambiguità lo sciame di appartenenza. Chi osserva visualmente meteore fa uso in genere di mappe stellari disegnate in proiezione gnomonica che hanno la proprietà di rappresentare ogni linea diritta nello spazio come una linea retta. Ciò non è possibile con le altre proiezioni in cui le tracce disegnate dovrebbero apparire come sezioni di archi. Comunemente si assume come radiante il centro di massa delle intersezioni dei prolungamenti all'indietro delle tracce meteoriche. L'allineamento della traccia con il radiante presunto non è garanzia comunque che questa appartenga a quella pioggia. Va valutata la velocità apparente a una determinata distanza dal radiante, che può avvalorare oppure confutare quanto sembra. La velocità apparente è nulla quando le meteore sono esattamente sul radiante, in quanto si dirigono verso chi osserva, e diventa massima a 90 gradi dal radiante. La durata del fenomeno luminoso è mediamente inferiore al secondo.

La lunghezza apparente della traccia meteorica sulla volta celeste e la velocità angolare w dipendono dalla distanza angolare della meteora dal radiante e dallo zenit.

Nel caso di sciami conosciuti, per ogni punto del cielo la velocità angolare apparente (gradi/sec) di una meteora è ben definita e costituisce un ottimo criterio di selezione.   L' ANALISI Per stabilire la densità spaziale dei meteoroidi di uno sciame occorre fissare la ripartizione delle meteore attribuitegli in funzione del tempo. La valutazione osservativa riguarda il numero di meteore che viene visto in un dato tempo effettivo di sorveglianza da un singolo osservatore. Il valore viene standardizzato quindi a frequenza oraria. Questo valore è relativo ovviamente alle condizioni osservative del sito, cioè per una ben determinata magnitudine limite e altezza del radiante sopra l'orizzonte, dato che il flusso dei meteoroidi cambia per la diversa orientazione dell'angolo di impatto con l'atmosfera. E' necessario perciò che ogni osservatore indichi sempre le condizioni in cui opera.

Esempio di compilazione del rapporto osservativo adottato dall'Unione Astrofili Italiani.

I risultati ottenuti sotto differenti circostanze sono confrontabili solamente riducendo le frequenze orarie trovate a un unico standard (Zenithal Hourly Rate), cioè calcolando ogni frequenza come se il radiante dello sciame fosse sempre stato allo zenit dell'osservatore e come se le condizioni fossero sempre state ottimali con un cielo di magnitudine limite 6,5. I correttivi da applicare sono ovviamente dedotti dalle osservazioni e meglio descritti nella scheda in appendice. I valori di frequenza corretta sono poi disegnati in grafico in rapporto alla posizione della Terra nello sciame. Si ha così l'idea di come varia l'attività quando la Terra passa attraverso la nube di meteoroidi. Frequenza oraria media delle Tauridi, ottenuta su un lungo periodo. I punti neri rappresentano i dati statisticamente più rappresentativi (almeno 5 ore di osservazione). [Fonte BAA Journal 3,1991]   Grafico della frequenza oraria di uno sciame molto compatto. L'acutissimo picco è stato osservato per meno di un'ora.  [Fonte ASTRONOMIA-UAI 1, 1996]

LA MAGNITUDINE LIMITE L'esatta valutazione della magnitudine limite definisce le condizioni del cielo e la qualità della percezione di chi osserva. Si tratta di una quantità specifica dell'osservatore, che ovviamente può variare da persona a persona anche per uno stesso sito osservativo. Va stabilita in qualche modo la luminosità della più debole stella visibile nel campo di osservazione. Si può usare una sequenza di stelle di conosciuta magnitudine oppure contare il numero di stelle in una ristretta area campione. Per valutare la consistenza dello sciame in termini di differente massa dei meteoroidi è importante la stima della magnitudine delle meteore. Le differenze di luminosità corrispondono per lo più a differenze di massa. Il campo di visione diminuisce velocemente con la magnitudine: 50 gradi per le meteore di +2m e solo 10 gradi per le meteore di +5m. Tutto questo fa sì che il numero delle meteore in funzione della magnitudine non rappresenti la realtà, ma cali fortemente dopo la magnitudine +4. In uno sciame la percentuale di particelle meteoriche piccole è più alta di quella di massa maggiore, per cui esiste un numero di meteore deboli più grande di quello relativo alle brillanti. In cattive condizioni di magnitudine limite non si osservano perciò meteore deboli. La proporzione tra il numero di quelle meno consistenti rispetto a quelle di massa maggiore è un parametro determinabile sulla base delle analisi della distribuzione delle magnitudini osservate nella notte. Questo parametro (detto indice di popolazione) caratteristico dello sciame, dà la misura del rapporto tra le quantità effettive di meteore in due adiacenti classi di magnitudine. Esso interviene direttamente nel fattore di correzione corrispondente all'influenza della magnitudine limite stellare, per cui è importante determinarlo sulla base del maggior numero possibile di meteore di sciame.

LA FREQUENZA ORARIA La frequenza oraria più alta rilevata indica il momento di massima attività, l'epoca cioè in cui la Terra passa attraverso la parte più densa dello sciame, e dunque la longitudine del nodo dell'orbita dello sciame. Più una corrente meteorica è condensata, maggiormente presenta un radiante compatto e più sarà di recente formazione. Non solo, ma i valori di frequenza più o meno consistenti dànno una indicazione precisa della dimensione dello sciame. Uno studio accurato e basato su molti dati può evidenziare le variazioni della densità spaziale anche su brevi periodi.   Alla fine delle nostre considerazioni, possiamo dire che il campo dell'osservazione visuale delle meteore è uno dei pochi campi in cui l'amatore può fare un lavoro di ricerca efficace senza equipaggiamenti tecnici particolari. Non servono strumentazioni sofisticate, sono essenziali invece l'accuratezza, una certa metodologia e una rigorosa procedura standardizzata.   BIBLIOGRAFIA Eltri M., L'Astronomia 17, 1982 Kresakova M., Contr.Astron.Observ.Skalnate Pleso, 3, 1966 Mason J. & al, Journal Brit.Astron.Assoc. 91, 4, 1981 Rendtel J. & al., Handbook for visual meteor observer, 1995 Slancikova J., BAC 26, 6, 1975 Stomeo E., Astronomia UAI, 6, 1988 Stomeo E., Astronomia UAI, 1, 1996

VALUTAZIONE DELLA FREQUENZA ORARIA CORRETTA La frequenza oraria corretta può essere calcolata con ZHR= n+ Ck F Cm /Teff in cui Teff è la durata dell'osservazione al netto delle interruzioni e dei tempi morti per annotare le singole meteore, n+ è il numero di meteore di sciame osservate, Ck = 1/cos Z è il correttivo per l'altezza sopra l'orizzonte del radiante. La distanza Z tra radiante e zenit è computata in base alla espressione cos Z = sin LAT sin DEC + cos LAT cos DEC cos(LST-AR) in cui AR, DEC sono le coordinate equatoriali del radiante, LAT la latitudine dell'osservatore e LST il Tempo Siderale Locale. F = 1/ 1-k è il correttivo per l'eventuale cielo coperto. Il valore k e' la percentuale media (in decimali) del campo coperto da ostacoli durante l'intera osservazione. Cm = r^(6.5-Lm) è il correttivo per la magnitudine limite (Lm) osservata. L'indice di popolazione (r) dello sciame si ottiene per ogni notte di osservazione in base alla magnitudine media delle meteore di sciame (m+) e delle sporadiche (m-) e assumendo che quella delle sporadiche sia costante tutto l'anno e in condizioni ottimali valga 3,25. Approfonditi studi sulla distribuzione della magnitudine delle meteore hanno mostrato che esiste una relazione tra la magnitudine media M = (m+ - m-) + 3,25 e l'indice di popolazione, così espressa sotto in forma tabulare:   M 2.66 2.75 2.84 2.91 2.98 3.04 3.09 3.15 3.20 3.24 3.29 3.33 3.37 3.40 3.44 3.47 (r)  2.50 2.60 2.70 2.80 2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 3.50 3.60 3.70 3.80 3.90 4.00 Per ogni periodo osservativo il valore (r) permette di derivare con s = 1+ 2,5 log(r) i valori indicativi della massa dei meteoroidi, ossia quanto essi siano piccoli o più grossi.

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