Meteoroide de quase uma tonelada impacta contra a atmosfera e gera Bólido na Bahia

Eis que um meteoroide adentra a atmosfera da Terra. Acende mais brilhante que a lua cheia. Passa em alta velocidade, explode numa luminosidade ainda maior e some. Este evento aconteceu na noite de 20 de fevereiro.Às 22h27min (horário local), testemunhas em Salvador, diversas cidades da Bahia e até mesmo em Sergipe, puderam ver um brilhante bólido que surgiu ao largo da costa de Camaçari e avançou muitos quilômetros oceano a dentro.

Em instantes, muitas pessoas já começaram a noticiar o acontecimento pelas redes sociais. De início foram somente comentários e/ou perguntas sobre o fato. Depois, começaram a surgir vídeos mostrando a magnitude do bólido. Algo bem instigante para quem gosta dos fenômenos celestes e ainda mais para quem pesquisa meteoros.

 

Resumo de nossas análises

Após duas semanas analisando os vídeos, concluímos que este evento foi provocado pelo impacto de um grande meteoroide com a Terra. Na prática, não muda nada em relação ao que já havíamos divulgado sobre esse bólido (Meteoro cruza o céu da Bahia e transforma noite em dia), mas a partir os dados de massa e diâmetro aproximados do objeto, pudemos concluir que ele foi suficientemente grande para ter tamanho superior a meio metro de diâmetro e massa de quase uma tonelada.

Dentro do processo de análise, realizamos um comparativo e concluímos também que este evento foi mais energético do que o meteoro do Michigan, de 16 de janeiro desse ano. Comparando as imagens registradas nos dois eventos, isso fica bastante evidente.  Enquanto no Michigan, quase todos os vídeos foram gravados a menos de 80 Km do meteoro, na Bahia, nenhum vídeo foi registrado a menos de 100Km. E ainda assim, o meteoro na Bahia já parece ser mais luminoso. Na comparação abaixo, notem que o vídeo de Conceição do Coité registrou o bólido estando a mais de 260km de distância.

Comparativo entre o bólido da Bahia (280km de distância) à esquerda e o bólido de Michigan- EUA (80km de distância) à direita.

Um fato interessante nesse meteoro brasileiro é que ele foi lento, cerca de 11,76 Km/s, uma situação muito similar ao meteoro do Michigan, que teve velocidade estimada em 12,5 Km/s. O bólido da Bahia entrou na atmosfera com um ângulo de cerca de 49° e explodiu a cerca de 133Km da costa. A estimativa de energia liberada na passagem do meteoro equivale a 8,5 ton. de TNT.

A partir de estimativa de energia, brilho e dos dados da cinética do meteoro, pudemos concluir que a massa se encontrava entre 700kg e 1100kg. E, considerando a densidade média do tipo mais comum de meteorito (Condritos), inferimos que o meteoroide tinha um diâmetro mínimo de 0,70m, podendo chegar a 0,85m de diâmetro. Com este tamanho, este pedaço de rocha espacial quase entra na categoria de pequeno asteroide (Rubin & Grossman, 2010), em consonância com a classificação da União Astronômica Internacional.

Tudo sugere que entre 30kg e 45kg de material chegaram até a superfície água. Mas como o ponto do impacto ocorreu a mais de 130km da costa, não houve riscos para a população. Ou seja, a passagem desse meteoro gerou meteoritos, mas antes que alguém se anime, a região onde a massa principal caiu fica afastada da costa e tem uma profundidade média de 3500 metros.

 

Detalhamento das análises

Após os surgimentos dos primeiros vídeos, começou ali, a primeira etapa de uma intensa pesquisa. Marcelo Zurita, Andrei Lima¹, Gabriel Gonçalves² e Rubens Damiglê³ se dividiram entre as tarefas de pesquisar e encontrar vídeos deste evento. Era o início das estimativas angulares que envolviam as marcações dos pontos inicial e final do bólido, a partir de quaisquer vídeos que fossem sendo anexados ao trabalho. Por fim, eram quatro vídeos com imagens diretas e outros tantos com imagens indiretas do bólido. Felizmente, algumas câmeras associadas à BRAMON e que operam na região de visibilidade do bólido ajudaram na determinação de um horário mais preciso do ocorrido. Os pesquisadores Alexsandro Mota e Romualdo Arthur tinham vídeos que registravam o brilho do bólido, mas não o meteoro diretamente.

Assim, de posse da matéria prima da análise, o grupo dedicado ao bólido iniciou as avaliações de ângulos e intervalos de tempo. Avaliação de frame por frame, sincronização de vídeos, criação de gabaritos angulares. Basta você imaginar a dificuldade de se fazer uma marcação de azimute e elevação para uma trajetória de meteoro a partir de um vídeo obtido em um carro em movimento a 242km de distância. Mas a dificuldade é minimizada graças a paciência e treino.

Marcação com os pontos de visada para os quatro vídeos utilizados na análise do Bólido da Bahia.

Os vídeos escolhidos mostravam o grande meteoro de forma direta. Eram provenientes de câmeras localizadas em pontos suficientemente distantes para ampliar os efeitos de paralaxe. As visadas eram a partir de: Salvador (BA), Camaçari(BA), Conceição do Coité(BA) e Aracaju(SE).

Imagem mostrando detalhes das interseções das linhas de visada para o início e fim do bólido.

Da mesma forma que tem-se que estimar os azimutes para o começo e fim do bólido, tem-se que estimar as elevações. Era a hora de avaliar o campo de visão de cada câmera. De posse destas informações adicionais, era hora de ajustar a trajetória, para que a mesma se encaixasse em três dimensões. Abaixo temos a projeção do bólido, feita no Google Earth e que mostra o posicionamento do mesmo, a partir do que foi inferido pelas análises dos vídeos.

Simulação do bólido como visto a partir do Farol da Barra – Salvador/BA

Simulação do bólido como visto a partir do Forte de São Marcelo – Salvador/BA

Simulação do bólido como visto a partir de Aracaju/SE.

Simulação do bólido como visto a partir de Conceição do Coité/BA

Simulação do bólido como visto a partir do Oceano Atlântico.

Por este ângulo de visão a partir do Oceano Atlântico, percebemos que o bólido inicia bem distante da linha da praia. De fato, quando nos baseamos somente por relatos das testemunhas é muito comum surgirem desencontros de informações. Isto em si, não é um problema se tivermos muitos relatos.  Pois uma vez que tenhamos um grande número de pessoas relatando um evento desta natureza, será possível separar os testemunhos desencontrados. As referências visuais são importantes, mas exigem um alto nível de imprecisão nos relatos. A equipe BRAMON que se envolveu nesta análise, partiu do pressuposto de que os vídeos teriam qualidade suficiente para gerar uma interpretação objetiva dos fatos, sem opiniões ou “achismos”. Os relatos pessoas então foram sendo adicionados de forma consistente, para um panorama robusto do evento. E neste ponto, agradecemos a todos que nos passaram informações preciosas sobre estimativas de direção, sentido, fragmentação e cor.

Visão esquemática com ângulos e distâncias entre o meteoro e a câmera de Salvador.

Contra a Matemática não existem argumentos

De posse da trajetória em três dimensões, era hora de incluir o referencial final:  o tempo.

Marcelo Zurita comenta que foi uma etapa muito difícil porque as câmeras possuíam distintas taxas de captura de frames, além do problema de que as câmeras não filmavam em taxa constante. Encontrar a velocidade em si, não é nada difícil: é apenas dividir o espaço percorrido pelo tempo. Mas a baliza do tempo estava problemática. Obviamente, mesmo que o meteoro parecesse ter velocidade diferente a partir de cada vídeo, só existiria uma resposta certa. Era necessário então, promover uma convergência das velocidades e depois, ajustar-se os tempos. Após sucessivas determinações, a velocidade mais acertada foi surgindo como numa assíntota. Chegou-se a um valor de 11.8km/s.

Uma vez que tivéssemos a trajetória e a velocidade, era o momento de determinar a órbita do meteoro. De início, Lauriston Trindade tentou esta determinação utilizando os conceitos do método de Gauss. Foram obtidas várias soluções para órbitas possíveis. Infelizmente, este método depende enormemente de uma entrada de dados o mais precisa possível.  E a estimativa inicial de inclinação da órbita mostrou-se equivocada. Isso gerou resultados distantes do que viria a ser demonstrado como acertado.

O grupo que estava determinando os azimutes e elevações do meteoro passou a revisar tudo, oferecendo pontos mais bem definidos e com menores margens de erro. Assim, Lauriston abandonou o método de entrada de dados por azimute e elevação e resolveu determinar a Ascensão Reta e Declinação para os pontos de início e fim do bólido, a partir de cada ponto de vista dos vídeos existentes.

Com os azimutes recalculados, restava determinar as novas elevações e depois converter tudo.

A título de exemplo, vejamos as elevações para cada ponto de visada:

Camaçari –  Início do meteoro:  tanα = 0.736842; Fim do meteoro: tanβ = 0.198611

Salvador –  Início do meteoro:  tanα = 0.554455; Fim do meteoro: tanβ = 0.161278

Conceição do Coité – Início do meteoro:  tanα = 0.221343; Fim do meteoro: tanβ = 0.0747

Aracaju – Início do meteoro:  tanα = 0.2314; Fim do meteoro: tanβ = 0.0844

OBS1: sendo α o ângulo do ponto de surgimento do meteoro e β o ângulo do ponto de extinção do meteoro.

Um fato importante é que não se pode esquecer que a curvatura da Terra (sim! a Terra não é plana!) altera as elevações e descontos devem ser feitos a partir da distância do observador. Então, depois de todas as correções. partiu-se para as determinações de Ascenção Reta e Declinações para início de fim do meteoro nos pontos de visada de: Salvador, Camaçari, Aracaju e Conceição do Coité.

Também como exemplo, vejamos como fica projeção de trajetória do bólido como sendo visto de Salvador e desta vez, utilizando o software Stellarium:

A.R.1 = 197.3142; Dec1 = -17.8421; A.R.2 = 218,6689; Dec2 = -19.3766

Visualização no Stellarium a partir das marcações de A.R e Declinação inicial e final do Bólido – Salvador-BA

Os cálculos de azimute e elevação e posteriormente, de Ascensão Reta e Declinação foram tão precisos que, ao entrarmos com estes dados no programa clássico de determinação de pareamentos, o UFO Orbit, conseguimos estabelecer um pareamento triplo com qualidade Q2.

Pareamento obtido com três das quatro câmeras que foram utilizadas na análise.

Com as posições de astrométricas de início e fim do meteoro (trajetória), mais a data e horário do surgimento do mesmo, tivemos como determinar qual a correta inclinação da órbita. Com base nesta inclinação foi possível saber se seu encontro com a Terra ocorreu em seu nodo ascendente ou descendente. Assim, alguns parâmetros orbitais foram revelados. Com o ângulo de entrada na atmosfera, avaliado em 49º e com a velocidade geocêntrica já anotada, conseguimos determinar a velocidade sideral do meteoroide. Esta velocidade é importante para determinarmos os parâmetros de semi-eixo maior e excentricidade. De posse de semi-eixo (a) e excentricidade (e), podemos calcular a distância do periélio (q).

Eis os dados para os parâmetros orbitais do Bólido da Bahia:

Velocidade geocêntrica: 11,76km/s

Semi-eixo maior da órbita = 6.8 UA (Unidade Astronômica)

Distância do Periélio =  0.973 UA

Excentricidade = 0.856

Argumento do Periastro = 15.2º

Longitude do Nodo Ascendente = 152.1º

Inclinação = 2.3º

Período orbital = 17.56 anos.

Data estimada para o último periélio: 04/03/2018.

Posições da Terra e do asteroide que gerou o bólido no momento de sua entrada na atmosfera.

Projeção da órbita do meteoroide. Notem que se estendia além dos limites orbitais de Saturno.

Aqui temos a representação de topo mostrando a órbita do meteoroide. A órbita da Terra está em azul.

Aqui temos a representação a partir do plano orbital mostrando quão rasa é a órbita do meteoroide.

A determinação dos parâmetros orbitais é de suma importância para uma outra etapa da análise que é justamente a busca por corpos parentais ou chuvas de meteoros associadas.

A baixa inclinação da órbita e o fato de no passado, a mesma cruzar a órbita de Júpiter, percebemos uma alta possibilidade de fortes influências gravitacionais. Numa simulação simples, de apenas 500 anos, teríamos interessantes variações para semi-eixo e excentricidade, caso este meteoroide não tivesse atingido a Terra.

Simulação de variação de Semi-eixo maior da órbita em 500 anos.

Variação de Excentricidade da órbita em 500 anos.

Variação de Inclinação da órbita em 500 anos.

Já com estes dados, poderíamos notar a forte tendência de uma natureza asteroidal para o meteoro.

O conceito de similaridade orbital

A caracterização de uma órbita se dá por meio de seis parâmetros, a saber: semi-eixo maior da órbita, distância do periélio, excentricidade, inclinação, longitude do nodo ascendente e argumento do periastro. Mas, para a avaliação de similaridade orbital que utilizamos nesta análise,podemos descrever com sendo a medida da distância entre dois pontos num espaço ortogonal de cinco dimensões.

Marcelo Zurita então iniciou varredura na lista da União Astronômica Internacional, mais precisamente na lista do Meteor Data Center em busca de localizar chuvas de meteoros já catalogadas e que tivessem simiaridade orbital suficiente com a órbita do bólido.

Foi encontrada a Chuva beta Cancrids (BCD), (Jenninskens, 2006)

Vista de topo mostrando a órbita do Bólido e da Chuva BCD.

Vista a partir do plano orbital mostrando a similaridade de inclinação orbital entre o bólido e a chuva BCD.

Os dados orbitais para a chuva BCD, são:

Vg = 14.6km/s

a = 2.25 UA

q = 0.826

e = 0.6328

Peri = 54.3º

Nodo = 139.1º

i  = 3.9º

Magnitude e Massa do Bólido

A massa do meteoroide pode ser determinada a partir de uma série de dados de entrada: velocidade, densidade do meteoroide/asteroide, densidade atmosférica, ângulo de entrada. fatores estes que juntamente com a curva de magnitude, nos ajudam a determinar a massa que adentra a atmosfera terrestre.

Imagem obtida em Conceição do Coite-BA. No centro e ao alto, vemos o bólido, que estava a mais de 200km de distância.

Era fundamental termos uma estimativa da magnitude absoluta do bólido. para tal, bastaríamos ter uma estimativa de magnitude aparente do mesmo e adicionar uma correção de distância para como seria visto à 100km.

Como referências utilizamos as próprias lâmpadas da iluminação pública presentes na imagem de Conceição do Coité – BA. Alexsandro Mota deslocou-se até o ponto de visada da câmera e efetuou medições da luminosidade de tais lâmpadas para gerar um gabarito de magnitudes. Marcelo Zurita e Carlos Di Pietro, utilizando-se deste gabarito traçaram um gráfico de Magnitude aparente/Magnitude absoluta x Tempo e conduziram os cálculos para Massa e tamanho do meteoroide,

 

Linha do tempo da variação de Magnitudes (aparente e absoluta) para o Bólido da Bahia.

A partir das estimativas de brilho feitas em um dos vídeos, foi medido o fluxo de energia luminosa para cada ponto da trajetória do bólido. Como a energia luminosa é resultado da perda de massa do meteoroide, pudemos estimar assim, a perda total de massa durante sua passagem atmosférica.

Os cálculos foram validados através de um modelo matemático que simula a física da passagem de meteoros pela atmosfera da Terra. Esse mesmo modelo, em todas as situações simuladas, calculou a massa resultante em torno de 4,2% da massa inicial.

A conclusão é que o meteoroide que gerou o bólido do último dia 20 de fevereiro tinha pelo menos 725 Kg de massa, o que, para a densidade de um condrito ordinário, resultaria em um diâmetro de aproximadamente 70 cm. O termo “pelo menos” é utilizado porque esse cálculo foi feito utilizando magnitudes conservadoras.

Assim, a energia liberada na passagem do meteoro foi equivalente a 8,5 ton. de TNT.

Agradecimentos

Agradecemos a todos que compõem a BRAMON. Sejam operadores diretos, apoiadores, colaboradores ou divulgadores, todos tem papéis fundamentais para a manutenção desta que é hoje, uma das maiores Redes de Monitoramento de meteoros do mundo. Somos 80 pesquisadores mantendo 114 estações em 20 estados brasileiros. A BRAMON é feita e mantida por voluntários. Um grupo que possui amadores e profissionais em diversas ciências.

Agradecemos também a todos que participaram da campanha de análise do  “Bólido da Bahia”, mas mais diretamente a:

Alexsandro Mota, Andrei Lima, Carlos Di Pietro*, Gabriel Gonçalves, Lauriston Trindade*, Marcelo Zurita, Romualdo Arthur* e Rubens Damiglê.

Todas as coordenadas astrométricas acima foram dadas em J2000.0

¹Andrei Roger Lima é autônomo, formado eletricista de manutenção predial e industrial. Integrante da BRAMON desde 2017. Possui 3 estações na Rede.

²Gabriel Gonçalves é graduado e mestre em Engenharia Química pela UFSCar, atualmente doutorando em Química pela USP.

³Rubens Damiglê é graduando em Física pela Universidade Estadual do Ceará. Integrante da BRAMON desde 2016.

*Romualdo Arthur é médico. Integra a BRAMON desde 2017. É dos pesquisadores a registrar o primeiro impacto lunar comprovado, filmado a partir de solo brasileiro. Atual no Centro de Estudos Astronômicos de Alagoas (CEAAL).

*Carlos Di Pietro é um dos fundadores da BRAMON. Co-descobridor de chuvas de meteoros. Atua em Astronomia desde a observação visual até validação de métodos matemáticos para interpretação de fenômenos. É o nosso गुरु.

*Marcelo Zurita é empresário do ramo de Tecnologia da Informação. Integra a BRAMON desde 2015. . Co-descobridor de chuvas de meteoros. Membro da International Meteor Organization (IMO). É um dos pesquisadores a registrar o primeiro impacto lunar filmado a partir de solo brasileiro. Membro da Associação Paraibana de Astronomia (APA).

*Lauriston Trindade é Técnico Químico. Integra a BRAMON desde 2015. Co-descobridor de Chuva de Meteoros. Membro da International Meteor Organization (IMO).

 

Referências:

Rubin & Grossman, 2010 – Meteorite and meteoroid: New comprehensive definitions, Meteoritics and Planetary Science, Volume 45, Issue 1, pp. 114-122.

Lista MDC das chuvas de meteoros.

Breve explicação do Método de Gauss para determinação de órbitas por observação visual.

Relação Magnitude e massa para meteoros

 

Softwares utilizados:

Google Earth

Orbitas

Universe SandBox2

UFO Orbit

Diversas aplicações desenvolvidas internamente para a automação de cálculos e rotinas de cálculos também foram utilizados.

As imagens deste post estão sob a licença CC 3.0, incluindo a imagem de abertura. Texto: Lauriston Trindade e Marcelo Zurita. Edição: Lauriston Trindade.