La ionizzazione meteorica prodotta dall’impatto di atomi meteorici ablati con atomi e molecole dell’atmosfera è dissipata per effetto di vari processi. I principali sono:

diffusione degli elettroni attraverso l’ambiente attorno la traccia ionizzata che si è formata;
ricombinazione elettronica con gli ioni;
attaccamento di elettroni alle molecole neutre dell’aria.

Turbolenza su piccola scala, venti su grande scala e diffusione anisotropica causata dal campo geomagnetico sono generalmente di importanza secondaria.

Diffusione ambipolare

La diffusione ambipolare è il principale meccanismo di dissipazione delle tracce meteoriche ionizzate: tale processo influenza fortemente il decadimento della densità elettronica nelle meteore.

In assenza di un campo magnetico, la diffusione ambipolare di un gas debolmente ionizzato obbedisce ad una convenzionale equazione di diffusione della forma

dove n_e è la densità elettronica e D è il coefficiente di diffusione ambipolare. In questa trattazione si assume la quasi neutralità della traccia.

Se consideriamo una scia meteorica che si propaga in un’atmosfera neutra, la soluzione a tale equazione è data da:

dove q è la densità elettronica lineare e t il tempo di decadimento dopo il passaggio della meteora; r è il raggio del cilindro che costituisce la traccia ionizzata che si espande progressivamente per diffusione e può essere espresso dalla relazione

dove r₀ è il raggio iniziale della scia che al momento della sua formazione è all’incirca di una decina di centimetri. Inizialmente si evidenzia un certo equilibrio nella carica elettrica della traccia essendoci lo stesso numero di elettroni liberi e ioni positivi per ogni unità di volume del cilindro. La densità dell’aria atmosferica circostante è però molto più bassa di quella della traccia e perciò ioni positivi ed elettroni iniziano a diffondersi verso l’esterno anche se con velocità differenti. Data la scarsa mobilità degli ioni positivi e, al contrario, la straordinaria capacità di diffusione degli elettroni, l’equilibrio di carica sottolineato precedentemente scompare in seguito alla separazione delle cariche. Tale processo è all’origine della formazione di un campo elettrico detto di carica spaziale, che tende a ricreare la neutralità. In definitiva, si ha quindi un processo di diffusione detto appunto di diffusione ambipolare, in cui elettroni e ioni positivi si espandono assieme nello spazio attorno al cilindro iniziale con velocità pari al doppio di quella che avrebbero gli ioni positivi da soli, ma sensibilmente minore della velocità propria di diffusione degli elettroni.

Se la decomposizione della traccia fosse dovuta solamente alla diffusione, allora la concentrazione degli elettroni lungo l’asse della traccia ad un tempo t_D sarebbe

Sebbene la diffusione ambipolare sia il meccanismo che controlla la deionizzazione delle scie meteoriche per altezze superiori a 95 km circa, al di sotto di questa quota, per effetto di un aumento della densità dei costituenti atmosferici, i processi chimici in gioco hanno un ruolo di primaria importanza nel determinare il deterioramento della traccia di quelle meteore più grosse capaci di penetrare negli strati più bassi dell’atmosfera.

Ricombinazione

Assumendo che, insieme alla diffusione, acquisti importanza anche un processo di ricombinazione di elettroni con ioni, la concentrazione di cariche negative diventa:

dove β_RD è il coefficiente di ricombinazione.

La ricombinazione di un elettrone con uno ione positivo non avviene direttamente ma attraverso una serie di reazioni chimiche che coinvolgono i costituenti atmosferici.

Il processo di perdita di elettroni, come mostrato nelle reazioni successive, passa infatti attraverso la preliminare ossidazione da parte dell’ozono o dell’ossigeno degli ioni meteorici ablati.

dove X⁺ è uno ione metallico presente nella traccia meteorica (Fe⁺, Mg⁺, Ca⁺, Si⁺, Na⁺, K⁺, Al⁺), M è una molecola presente in atmosfera e β_R un coefficiente di ricombinazione ottenuto come valore medio dei coefficienti di ricombinazione per ogni specie metallica.

Gli ioni metallici ossidati e biossidati così prodotti si ricombinano poi con gli elettroni liberi e tali processi combinati hanno in ultima analisi l’effetto di neutralizzare gli ioni meteorici.

Queste ultime due reazioni di ricombinazione avvengono più velocemente delle precedenti e quindi il processo combinato sarà regolato dalla reazione di ossidazione più veloce.

In assenza di ioni metallici meteorici, si deve sottolineare un altro meccanismo: il processo di ricombinazione dissociativa di elettroni con gli ioni molecolari O₂⁺ e NO⁺ predominanti nella zona meteorica.

Le costanti di queste reazioni sono dello stesso ordine di grandezza e le concentrazioni degli ioni corrispondenti nella zona meteorica non superano i 10⁵ cm^-3 cosicché la ricombinazione dissociativa è raggiunta entro circa 10^-4 secondi, senza incidere sulla graduale distruzione della traccia. Come detto inizialmente tale processo è influente solo in assenza di ioni metallici ed è comunque trascurabile rispetto all’attaccamento per la bassa concentrazione di reagenti.

Attaccamento

Considerando il processo di attaccamento di elettroni alle molecole ed atomi neutri dell’aria, la relazione che esprime la densità elettronica lungo l’asse della traccia ad un tempo t_A (tempo di attaccamento) è data da

dove β_A è il coefficiente di attaccamento e n_M è la concentrazione di particelle coinvolte nel processo dipendente dall’altezza a cui sta avvenendo.

Tale interazione può avvenire in due modi diversi:

1. attraverso una reazione a due corpi