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Con questa attività, gli studenti imparano come si formano i crateri dovuti all'impatto di un asteroide con la Terra e le possibili conseguenze. Con un esperimento divertente, semplice ma quantitativo, impareranno come le dimensioni del cratere dipendano da massa e velocità dell'impattore. Comprenderanno gli effetti di impatti passati e recenti e gli effetti che meteoriti grandi e relativamente piccoli possono avere sulla vita sulla Terra.
Ogni giorno, centinaia di migliaia di oggetti provenienti dallo spazio entrano in collisione con la Terra o, per la precisione, con la sua atmosfera. Quasi tutti gli oggetti sono così piccoli che i loro effetti non vengono notati da noi. Si limitano a bruciare nell'alta atmosfera - un fenomeno noto come stella cadente.
Tuttavia, di tanto in tanto si presenta qualcosa di più grande, abbastanza grande da non bruciare completamente nell'atmosfera e da arrivare in superficie. Anche queste raramente hanno un impatto su di noi. Diverse persone sono state colpite da piccoli meteoriti, come http://news.nationalgeographic.com/news/2013/02/130220-russia-meteorite-ann-hodges-science-space-hit, ma non si sa se qualcuno sia morto in seguito a questo evento. Nel 1992, la meteora Peekskill è stata vista viaggiare su gran parte della costa orientale dell'America, prima di atterrare su un'automobile, danneggiandone la carrozzeria http://apod.nasa.gov/apod/ap061119.html .
Molto raramente, un meteorite massiccio colpisce la Terra con una velocità tale da formare un cratere d'impatto. Questi crateri possono dirci molto sulle dimensioni e sulla velocità del meteorite e sugli effetti che può aver avuto sul pianeta. Ad esempio, l'evento di Tunguska, verificatosi in Russia nel 1908, ha raso al suolo 2000 chilometri quadrati di foresta: la causa più probabile dell'enorme esplosione è stata un meteorite.
Immagine: Una delle poche immagini esistenti dell'evento di Tunguska
Nel grande schema delle cose, si è trattato di un impatto relativamente piccolo. I crateri possono essere datati e collegati alla cronologia degli eventi della storia del pianeta, per dimostrare che i meteoriti possono essere stati responsabili di molti cambiamenti temporali precedentemente inspiegabili.
L'estinzione dei dinosauri è stata attribuita a un enorme impatto meteoritico che ha causato il cratere Chicxulub sotto la penisola dello Yucatan, in Messico. I depositi del cratere sono stati datati allo stesso periodo degli ultimi fossili di dinosauro. L'enorme impatto che ha provocato il cratere, che ha un diametro di 180 km e una profondità di 20 km, avrebbe innescato tsunami, terremoti ed eruzioni vulcaniche a livello globale. Le polveri e i gas rilasciati potrebbero anche aver oscurato il Sole, facendo precipitare il mondo in una mini era glaciale.
Dal momento che la Terra ha un'atmosfera attiva e meteorologica, questi crateri possono facilmente perdersi a causa degli agenti atmosferici. Anche l'attività geologica può nasconderli, ad esempio se la superficie viene ricoperta di lava. I corpi del Sistema Solare senza atmosfera o attività geologica hanno molti più crateri visibili della Terra. Gli oggetti più piccoli non bruciano o rallentano sui corpi privi di atmosfera; di conseguenza, possono causare molti più piccoli crateri da impatto rispetto alla Terra.
Immagine: La superficie della Luna
Molti crateri sono visibili in questa immagine del lato lontano della Luna. (Nota: ci sono più crateri visibili sul lato lontano che sul lato visibile della luna. Si pensa che ciò sia dovuto all'aumento dell'attività vulcanica sul lato terrestre, che copre i grandi crateri con la lava fresca).
Il termine "meteorite" si riferisce a tutto ciò che cade dallo spazio e arriva sulla Terra. Sia gli asteroidi che le comete possono cadere come meteore, causando crateri sulla Terra se atterrano. Gli asteroidi sono fatti di roccia e metallo; la maggior parte di essi orbita intorno al Sole tra Marte e Giove. Le comete sono costituite da frammenti di roccia tenuti insieme dal ghiaccio. Hanno orbite molto ellittiche (di forma ovale), che partono dall'esterno di Nettuno verso il Sole e poi tornano indietro.
Animazione: la formaizone del cratere di Chicxulub crater (Crediti – University of Arizona, Space Imagery Center).
I crateri si formano quando il corpo impattante imprime la sua energia alla Terra, provocando forti onde d'urto. La loro formazione può essere distinta in tre fasi - La fase di compressione - Si tratta del trasferimento iniziale di energia tra il meteorite e la Terra. La parte anteriore del meteorite colpisce la Terra, comprimendo il terreno sottostante, e la parte posteriore si muove verso la parte anteriore, comprimendo l'intero corpo ad una pressione immensa. - La fase di scavo - L'energia vaporizza (fonde e poi fa bollire) il meteorite e parti del terreno sottostante, inviando vapori di roccia a chilometri di distanza nell'atmosfera. La roccia fusa e solida intorno al luogo dell'impatto può essere scagliata a centinaia di chilometri dall'onda d'urto. Il materiale scagliato fuori è chiamato Ejecta. Molto materiale si accumula intorno al cratere, formando il classico anello. - La fase di modifica finale: parte dell'ejecta cade nel cratere, riempiendolo parzialmente.
La pressione dell'onda d'urto può modificare la struttura delle rocce intorno al cratere d'impatto. Il calore intenso può fondere la roccia, la sabbia e il suolo nelle vicinanze, che possono formare il "vetro da impatto", un vetro di colore scuro che si raffredda rapidamente.
Gli impatti più grandi possono formare crateri molto più complessi, come il cratere di Chicxulub (mostrato nell'animazione qui sopra). Le onde d'urto possono rimbalzare, causando sollevamenti all'interno del cratere e altri modelli complessi. Con il tempo, gli agenti atmosferici modificheranno ulteriormente la forma del cratere.
Mostrate alla classe la foto dei crateri sulla Luna e chiedete loro cosa potrebbero essere e cosa li ha causati.
Discutete con la classe di meteore/meteoriti e chiedete loro se hanno mai visto una stella cadente. Raccontate le loro origini come comete e asteroidi e discutete con loro dell'impatto che possono avere sulla Terra. Mostrate alla classe le immagini della meteora di Peekskill e dei danni causati all'auto e alle ferite riportate da Ann Hodges nel 1954. Spiegate che si trattava solo di meteoriti di piccole dimensioni e che quelli più grandi possono provocare danni maggiori. Mostrate loro la foto dell'evento di Tunguska e spiegate l'entità dei danni causati da un impatto relativamente piccolo. Discutete del cratere Chicxulub e dell'estinzione dei dinosauri.
Mostrare il video del cratere meteoritico in Arizona: https://www.youtube.com/watch?v=odGrgsLkfUQ.
Se la classe è in grado di comprendere i concetti, illustrare le tre fasi di formazione dei crateri: La compressione, l'escavazione e la fase finale. Altrimenti, spiegate che il cratere è causato dall'impatto che spinge il materiale fuori dalla superficie del meteorite.
Chiedete agli studenti quali fattori pensano possano influenzare le dimensioni del cratere formato e quale effetto potrebbero avere.
Nel primo esperimento, gli studenti studieranno come la massa di un impattore influisce sulle dimensioni del suo cratere. Dovranno:
1) Riempire il contenitore di sabbia fino a una profondità di circa 10 cm.
2) Lisciare la superficie della sabbia
3) Fissare verticalmente il righello lungo un metro con il supporto accanto al contenitore o fissarlo verticalmente con il nastro adesivo sul lato del contenitore.
4) Misurare con precisione la massa di ogni sasso sulla bilancia
5) Lasciare cadere il primo sasso da un'altezza di 30 cm.
6) Rimuovere con cautela il sasso dalla sabbia senza danneggiare il cratere d'impatto.
7) Misurare il diametro del cratere e annotarlo.
8) Spianare nuovamente la sabbia
9) Ripetere i passaggi 5-8 con le altre due rocce.
8) Tracciare un grafico che metta a confronto la massa della roccia (asse X) con le dimensioni del cratere (asse Y).
A seconda della classe, alcune delle fasi precedenti (riempimento dei contenitori, ecc.) possono essere eseguite dall'insegnante prima della lezione. Ripetere le misurazioni e fare una media dei dati o creare delle barre di errore sul grafico, se è il caso per la classe. Se la classe non si sente a proprio agio con i grafici di dati, si può semplicemente riferire l'idea che rocce più grandi fanno crateri più grandi.
Gli studenti studieranno come l'altezza di caduta influisce sulle dimensioni del cratere d'impatto. Sottolineate l'idea che l'altezza da cui cade l'oggetto è legata alla velocità dell'impatto, quindi una maggiore altezza di caduta equivale a un meteorite in movimento più rapido. Dovrebbero:
1) spianare la sabbia
2) Lasciare cadere il sasso più piccolo (20 g) da un'altezza di 10 cm.
3) rimuoverlo con attenzione e misurare il cratere
4) Ripetere le fasi precedenti, aumentando l'altezza di caduta (si suggerisce di aumentare con incrementi di 10 cm fino a 1 m, ma si può cambiare).
5) Tracciare un grafico che metta a confronto l'altezza della goccia (asse X) con le dimensioni del cratere (asse Y).
A seconda della classe, è possibile ripetere le misurazioni e/o creare barre di errore. Se la classe ha familiarità con le equazioni del moto per accelerazione costante (equazioni di SUVAT), è possibile far loro tracciare un grafico della velocità di impatto in funzione delle dimensioni del cratere.
Lasciate cadere un sasso di circa 80 g dalla stessa altezza a cui gli studenti hanno lasciato cadere i loro sassi nell'esperimento 1 e misurate il cratere. Gli studenti devono usare i loro grafici per cercare di calcolare la massa di questo sasso - questo può essere convertito in una gara.
Chiedete agli studenti di dimostrare e spiegare la formazione dei crateri e di prevedere come le dimensioni dei crateri dipendano dalla massa e dall'altezza dell'impatto.
