A Comprehensive Study of the Fireball Flux Over the Earth

Abstract

Aquesta tesi doctoral ofereix una investigació integral en l'àmbit multifacètic dels fenòmens meteòrics en el marc de la Xarxa Espanyola de Bòlids i Meteorits (SPMN-CSIC). Estructurada al voltant de sis articles revisats per parells, la investigació abasta un ampli espectre de temes, des de les complexitats tècniques dels sistemes automàtics de detecció fins a l'estudi de superbòlids i objectes orbitals creats per l'ésser humà, i els possibles orígens dels impactadors hiperbòlics de la Terra. Una contribució clau és el desenvolupament de 3D-FireTOC, una eina de programari que utilitza tècniques d'avantguarda per a la detecció, seguiment i anàlisi ràpids i precisos de meteors. A través de l'examen de superbòlids registrats des de l'espai, la investigació revela que aproximadament el 23% dels grans impactadors probablement es van originar en objectes propers a la Terra, amb implicacions per a les estratègies de defensa planetària. La campanya d'observació realitzada a Espanya durant la primavera de 2022 va proporcionar dades convincents: aproximadament el 27% dels bòlids brillants registrats es van atribuir a corrents de meteoroides, desafiant així la hipòtesi predominant que les pluges menors són insignificants en la generació de grans projectils. A més, de 169 entrades observades, dues van ser identificades com a esdeveniments potencialment generadors de meteorits. La investigació també es dedica al controvertit tema dels meteors hiperbòlics. Es van identificar sis d'aquests esdeveniments en la base de dades de CNEOS, amb una escassetat de candidats interestel·lars de baixa resistència típicament associats amb cossos cometaris. Això reforçaria la idea que poden ser predominantment destruïts durant els processos dinàmics necessaris per escapar dels seus sistemes planetaris d'origen o pel violent mitjà interestel·lar. No obstant això, l'anàlisi estadístic indica una probabilitat extremadament baixa que aquests formin part d'una població interestel·lar aleatòriament entrant. Un bòlid identificat en la base de dades de CNEOS i un meteoro rasante observat a Finlàndia representen els dos primers esdeveniments meteorítics atribuïts a l'acceleració gravitatòria induïda pel pas del sistema binari d'estrelles de Scholz a través del núvol d'Oort. Aquesta investigació proposa que els meteoroides hiperbòlics que s'aproximen a la regió propera a la Terra podrien haver-se originat en la nostra nebulosa solar com a resultat de pertorbacions gravitatòries per objectes massius. Aquests descobriments tenen implicacions significatives per als models basats en la migració de planetes gegants, ja que ambdós impactadors van mostrar una alta resistència, divergint de les composicions cometàries esperades en els escenaris estàndard de formació del Sistema Solar.

Esta tesis doctoral ofrece una investigación integral en el ámbito multifacético de los fenómenos meteóricos en el marco de la Red Española de Bólidos y Meteoritos (SPMN-CSIC). Estructurada en torno a seis artículos revisados por pares, la investigación abarca un amplio espectro de temas, desde las complejidades técnicas de los sistemas automáticos de detección hasta el estudio de superbólidos y objetos orbitales creados por el ser humano, y los posibles orígenes de los impactadores hiperbólicos de la Tierra. Una contribución clave es el desarrollo de 3D-FireTOC, una herramienta de software que emplea técnicas de vanguardia para la detección, seguimiento y análisis rápidos y precisos de meteoros. A través del examen de superbólidos registrados desde el espacio, la investigación revela que aproximadamente el 23% de los grandes impactadores probablemente se originaron en objetos cercanos a la Tierra, con implicaciones para las estrategias de defensa planetaria. La campaña de observación realizada en España durante la primavera de 2022 arrojó datos convincentes: aproximadamente el 27% de los bólidos brillantes registrados se atribuyeron a corrientes de meteoroides, desafiando así la hipótesis predominante de que las lluvias menores son insignificantes en la generación de grandes proyectiles. Además, de 169 entradas observadas, dos fueron identificadas como eventos potencialmente generadores de meteoritos. La investigación también se dedica al controvertido tema de los meteoros hiperbólicos. Se identificaron seis de tales eventos en la base de datos de CNEOS, con una escasez de candidatos interestelares de baja resistencia típicamente asociados con cuerpos cometarios. Esto reforzaría la idea de que pueden ser predominantemente destruidos durante los procesos dinámicos necesarios para escapar de sus sistemas planetarios de origen o por el violento medio interestelar. Sin embargo, el análisis estadístico indica una probabilidad extremadamente baja de que estos formen parte de una población interestelar aleatoriamente entrante. Un bólido identificado en la base de datos de CNEOS y un meteoro rasante observado en Finlandia representan los dos primeros eventos meteóricos atribuidos a la aceleración gravitatoria inducida por el paso del sistema binario de estrellas de Scholz a través de la nube de Oort. Esta investigación propone que los meteoroides hiperbólicos que se acercan a la región cercana a la Tierra podrían haberse originado en nuestra nebulosa solar como resultado de perturbaciones gravitacionales por objetos masivos. Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para los modelos basados en la migración de planetas gigantes, ya que ambos impactadores mostraron una alta resistencia, divergiendo de las composiciones cometarias esperadas en los escenarios estándar de formación del Sistema Solar.

This doctoral thesis offers an exhaustive investigation into the multifaceted realm of meteoric phenomena in the framework of the Spanish Fireball and Meteorite Network (SPMN-CSIC). Structured around six peer-reviewed papers, the research covers a broad spectrum of topics, from the technical intricacies of automated detection systems to the study of superbolides and human-made orbiting objects, and the potential origins of hyperbolic Earth impactors. A key contribution is the development of 3D-FireTOC, a comprehensive software tool that employs state-of-the-art techniques for rapid and accurate meteor detection, tracking, and analysis. Through the examination of superbolides recorded from space, the research reveals that approximately 23% of large impactors likely originated from near-Earth objects, with implications for planetary defense strategies. The observational campaign conducted in Spain during the spring of 2022 yielded compelling data: approximately 27% of the recorded bright fireballs were attributable to meteoroid streams, thereby contesting the prevailing hypothesis that minor showers are negligible in generating large projectiles. Furthermore, out of 169 observed entries, two were identified as potential meteorite-dropping events. The research is also dedicated to the contentious subject of hyperbolic meteors. Six such events were identified in the CNEOS database, with a scarcity of low-strength interstellar candidates typically associated with cometary bodies. This would reinforce the idea that they may be predominantly disrupted during the dynamic processes required to escape their parent planetary systems or by the harsh interstellar medium. However, statistical analysis indicates an extremely low likelihood of these being part of a randomly incoming interstellar population. Notably, one fireball identified in the CNEOS database and a grazing meteor observed in Finland represent the first two meteoritic events attributed to gravitational acceleration induced by the passage of Scholz's binary star system through the Oort cloud. This research proposes that hyperbolic meteoroids approaching the near-Earth region may have originated from our solar nebula as a result of gravitational perturbations by massive objects. These findings have significant implications for models based on giant planet migration, as both impactors displayed high aerodynamic strength, diverging from the cometary compositions expected in standard Solar System formation scenarios.