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¿Qué tienen en común las estrellas fugaces y la seguridad de los astronautas?
Ambas provienen de los fragmentos de roca submicroscópicos que se encuentran
en todo el sistema solar, a veces llamados polvo interplanetario.
Cuando estas partículas chocan con la atmósfera terrestre, crean meteoros, más
conocidos como estrellas fugaces, ya que los fragmentos (normalmente)
microscópicos se vaporizan y dejan estelas llameantes en el aire. Cuando
chocan con los astronautas, pueden agujerear los trajes espaciales, o algo
peor. Por tanto, comprender las fuentes y los patrones de este polvo
interplanetario es muy importante para la NASA, ya que planea misiones a la
Luna, Marte y más allá.
Durante sus revoluciones alrededor del sol, la nave Parker Solar Probe, la
misión que más se acerca al sol en la historia de la navegación espacial, es
bombardeada por estas partículas de polvo. Al chocar con la nave, los
diminutos granos -algunos de ellos de una diezmilésima de milímetro- se
evaporan y liberan una nube de partículas cargadas eléctricamente que pueden
ser detectadas por FIELDS, un conjunto de instrumentos diseñados para detectar
campos eléctricos y magnéticos.
Un par de artículos que se publican esta semana en The Planetary Science
Journal utilizan los datos de FIELDS para observar de cerca la "nube
zodiacal", el término colectivo para estas diminutas partículas.
"Todos los sistemas solares tienen una nube zodiacal, y nosotros podemos
explorar la nuestra y entender cómo funciona", afirma Jamey Szalay,
investigador asociado en ciencias astrofísicas de Princeton y autor principal
de uno de los artículos. "Comprender la evolución y la dinámica de nuestra
nube zodiacal nos permitirá entender mejor todas las observaciones zodiacales
que hemos visto alrededor de cualquier otro sistema solar".
La nube zodiacal dispersa la luz del sol de forma que puede verse a simple
vista, pero sólo en noches muy oscuras y claras, ya que la luz de la luna o la
de las ciudades la eclipsan con facilidad. La nube zodiacal, más gruesa cerca
del sol y más fina cerca de los bordes del sistema solar, parece suave a
simple vista, pero las longitudes de onda infrarrojas revelan rayas y cintas
brillantes que pueden ser rastreadas hasta sus fuentes: cometas y asteroides.
Con los datos de las seis primeras órbitas de Parker, junto con la
modelización informática del movimiento de las partículas en el sistema solar
interior, Szalay y sus colegas desentrañaron esas vetas y cintas para revelar
dos poblaciones diferentes de polvo en la nube zodiacal: Los diminutos granos
que se dirigen lentamente hacia el sol durante miles o millones de años,
conocidos como alfa-meteoroides; y luego, a medida que el remolino de la nube
se hace más denso, los granos más grandes chocan y crean fragmentos cada vez
más pequeños conocidos como beta-meteoroides que posteriormente son empujados
lejos del sol por la presión de la luz solar.
Sí, la luz solar.
Y no sólo empujados un poco, tampoco. "Cuando un fragmento se vuelve lo
suficientemente pequeño, la presión de la radiación -la luz solar- es
realmente lo suficientemente fuerte como para expulsarlo del sistema solar",
dijo Szalay.
"La existencia de estos diminutos granos ha sido señalada en repetidas
ocasiones a partir de mediciones de polvo realizadas por naves espaciales en
la región entre la Tierra y Marte, pero nunca en el sistema solar interior,
donde se creía que se originaban estas partículas", afirma Harald Krüger,
experto en polvo zodiacal del Instituto Max Planck para la Investigación del
Sistema Solar y coautor del artículo de Szalay. "Así, el instrumento FIELDS
ofrece una nueva ventana para estudiar estas partículas de polvo impulsadas
por la luz solar cerca de su región de origen".
FIELDS también detectó una estrecha corriente de partículas que parecían
desprenderse de una fuente discreta, formando una delicada estructura en la
nube de polvo zodiacal. Para comprender este tercer componente, Szalay se
remontó a los orígenes del polvo zodiacal: Los cometas y los asteroides.
Los cometas, bolas de nieve llenas de polvo que viajan a través de nuestro
sistema solar en órbitas largas y elípticas, expulsan copiosas cantidades de
polvo cuando se acercan lo suficiente al sol para empezar a vaporizar su hielo
y el hielo seco. Los asteroides, rocas grandes y pequeñas que orbitan el sol
entre Marte y Júpiter, liberan polvo cuando chocan entre sí. Algunos de estos
granos se desprenden en cualquier dirección, pero la mayoría quedan atrapados
en las órbitas de su cuerpo madre, explicó Szalay, lo que significa que, en el
transcurso de miles de órbitas, el rastro de un cometa se asemeja más a un
camino de grava que a una senda vacía con un orbe brillante y una estela
luminosa. (A lo largo de millones de órbitas, los granos se dispersarán más
allá de su trayectoria orbital, fusionándose con la nube zodiacal de fondo).
Szalay se refiere a estas trayectorias sembradas de polvo como "tubos" de
desechos cometarios o asteroidales. "Si la Tierra cruza ese tubo en cualquier
lugar, obtenemos una lluvia de meteoritos", dijo.
El científico teoriza que la Sonda Solar Parker puede haber viajado a través
de uno de estos tubos. "Tal vez haya un tubo denso que no podríamos haber
observado de otra manera que no fuera que Parker lo atravesara literalmente y
recibiera un chorro de arena", dijo.
Pero los tubos más cercanos a la trayectoria de Parker no parecían tener
suficiente material para causar el pico de datos. Así que Szalay propuso otra
teoría. Tal vez uno de estos tubos de meteoroides -probablemente las
Gemínidas, que cada diciembre provocan una de las lluvias de meteoros más
intensas de la Tierra- estaba colisionando a gran velocidad contra la propia
nube zodiacal interior. Los impactos entre el tubo y el polvo zodiacal podrían
producir grandes cantidades de beta-meteoroides que no salen disparados en
direcciones aleatorias, sino que se concentran en un estrecho conjunto de
trayectorias.
Hemos denominado a esto "corriente beta", lo que constituye una nueva
contribución al campo", dijo Szalay. "Se espera que estas corrientes beta sean
un proceso físico fundamental en todos los discos planetarios
circunestelares".
"Uno de los aspectos importantes de este artículo es el hecho de que Parker
Solar Probe es la primera nave espacial que llega tan cerca del Sol que
penetra en las regiones donde las colisiones mutuas de partículas son más
frecuentes", dijo Petr Pokorný, modelador de nubes zodiacales de la NASA y la
Universidad Católica de América, que fue coautor del artículo de Szalay. "Las
colisiones mutuas de partículas son importantes no sólo en nuestro sistema
solar, sino en todos los sistemas exosolares. Este artículo ofrece a la
comunidad de modelización una visión única de este territorio hasta ahora
inexplorado."
"Parker esencialmente experimentó su propia lluvia de meteoritos", dijo
Szalay. "O bien voló a través de uno de esos tubos de material, o bien voló a
través de una corriente beta".
La corriente también fue vista por Anna Pusack, entonces estudiante de la
Universidad de Colorado-Boulder. "Vi esta forma de cuña en mis datos, y mi
asesor, David Malaspina, me sugirió que presentara el trabajo a Jamey", dijo.
"La forma de cuña parecía indicar un fuerte rociado, o lo que Jamey llamó una
corriente beta en sus nuevos modelos, de pequeñas partículas que golpeaban la
nave espacial de forma muy dirigida. Para mí fue increíble conectar los datos
que había analizado con el trabajo teórico realizado en la otra punta del
país. Para un joven científico, realmente despertó toda la emoción y la
posibilidad que puede surgir del trabajo en colaboración".
Pusack es el autor principal del trabajo que se publica conjuntamente con el
de Szalay. "Estos trabajos van realmente de la mano", dijo. "Los datos apoyan
los modelos, y los modelos ayudan a explicar los datos".
"Se trata de una enorme contribución a nuestra comprensión de la nube
zodiacal, del entorno de polvo cercano al Sol en general y de los riesgos del
polvo para la misión Parker Solar Probe de la NASA", dijo David McComas,
profesor de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton y
vicepresidente del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, que es el
investigador principal de ISʘIS, otro instrumento a bordo de Parker Solar
Probe, y de la próxima misión Interstellar Mapping and Acceleration Probe
(IMAP).
Fuentes, créditos y referencias:
J. R. Szalay et al, Collisional Evolution of the Inner Zodiacal Cloud,
The Planetary Science Journal (2021).
DOI: 10.3847/PSJ/abf928
A. Pusack et al, Dust Directionality and an Anomalous Interplanetary Dust
Population Detected by the Parker Solar Probe, The Planetary Science
Journal (2021).
DOI: 10.3847/PSJ/ac0bb9
Imágen y vídeo:
Los científicos que utilizan los datos de la sonda solar Parker de la
NASA han reunido la imagen más completa hasta ahora de la estructura
interna y el comportamiento de la gran nube de polvo espacial, conocida
como nube zodiacal, que se arremolina en todo el sistema solar. Han
encontrado tres poblaciones de polvo en la nube. La mayoría de los granos
están siendo atraídos lentamente hacia el Sol (alfa-meteoroides); la
segunda población se genera cuando los granos de la nube arremolinada
chocan, creando fragmentos tan pequeños que son empujados fuera del
sistema solar en todas las direcciones por la presión de la luz solar
(beta-meteoroides); y un tercer grupo, probablemente creado cuando un
"tubo" de desechos cometarios choca con granos de las dos primeras
poblaciones, que se dispersa en una forma de cuña distintiva.
Animación de Mike Buckley, Universidad Johns Hopkins/Laboratorio de
Física Aplicada de la NASA