La ambiciosa idea de estudiar la evolución de un cometa | Ciencias

LD2

El telescopio espacial Hubble de la NASA tomó esta imagen del Centaur LD2 mientras orbitaba cerca de Júpiter.
NASA/ESA/J. Olmsted/STScI/Bryce Bolin

En los confines del sistema solar, entre las órbitas de Júpiter y Neptuno, una multitud de trozos de roca y hielo del tamaño de una ciudad, conocidos como «centauros”, rodea el sol. Ocasionalmente, el tirón gravitatorio de Júpiter arroja a uno de estos centauros a una nueva órbita que lo lleva al interior del sistema solar. A medida que se acerca al sol, se calienta y se liberan varios gases, incluido el vapor de agua del hielo encerrado en el interior del objeto. Como viento solar empuja este material lejos del objeto, puede formar una «cola» distintiva, y nace un cometa.

Y aunque más de una docena de misiones robóticas han estudiado cometas y asteroides en nuestro sistema solar durante las últimas dos décadas, hasta ahora nunca hemos observado un cometa en su momento de nacimiento. Pero si sale adelante un proyecto ambicioso, eso cambiará. La idea, presentada por el físico de la Universidad de Chicago Darryl Seligman y sus colegas en un estudio aceptado para su publicación en Revista de ciencia planetaria, vería una nave espacial “estacionada” cerca de Júpiter; cuando un Centauro es arrojado hacia la Tierra, la nave espacial lo seguirá, efectivamente enganchando un paseo en el objeto entrante.

“Si pudiera viajar junto con un cometa mientras se ‘encendían’ diferentes hielos, entonces podría ver todo el proceso en tiempo real. Verías no solo el comienzo del cometa, sino también su evolución”, dice Seligman. «Científicamente, sería increíblemente útil ver cómo se enciende el H2O por primera vez y ver cómo se ve, en función de la distancia del objeto al sol».

Seligman incluso tiene el ojo puesto en un objetivo en particular: un Centauro conocido como «P/2019 LD2 (ATLAS)», o LD2 para abreviar. (Los objetos se asemejan a las criaturas míticas mitad humanas, mitad caballos debido a su naturaleza híbrida: se parecen un poco a los asteroides, que generalmente son trozos de roca inertes, y se parecen un poco a los cometas, que son más “activo” debido a la emisión de gases a medida que varios hielos congelados se vaporizan, en un proceso conocido como sublimación). unos 12 años, en una órbita que lo mantiene cerca de Júpiter.

Los datos preliminares sugieren que LD2 tendrá un encuentro particularmente cercano con Júpiter en 2063, un cepillo que, según las simulaciones por computadora, probablemente enviará el objeto hacia el sistema solar interior. Una vez que esté en su nuevo camino, será un «cometa de la familia de Júpiter», una clase particular de cometas de período corto que pasan cerca del sol cada pocos años. Sin embargo, debido a que estos cálculos implican un cierto margen de error, la trayectoria interna exacta que tomará LD2 no se puede precisar con precisión.

de Seligman estudio examina las características y la dinámica orbital de los centauros, y predice que es probable que queden muchos más objetos por descubrir; también detalla cómo se podría enviar una nave espacial a LD2 a un costo relativamente bajo. Sugieren una fecha de lanzamiento de 2061, con la nave espacial reuniéndose con LD2 poco después de su encuentro de 2063 con Júpiter.

“Es una idea muy emocionante”, dice Laura Woodney, científica planetaria de la Universidad Estatal de California en San Bernardino, que no participó en el estudio actual, pero ha trabajado en investigaciones similares para posibles misiones Centaur. El objetivo propuesto, LD2, «es uno de estos objetos prístinos del sistema solar exterior que sería realmente fascinante de seguir, estudiar, ver de qué está compuesto».

Cuando se estaba formando el sistema solar, hace 4.500 millones de años, probablemente estaba inundado de innumerables cuerpos rocosos y helados que chocaban constantemente entre sí. Los trozos más grandes de material se fusionaron en los ocho planetas principales, además del sol, por supuesto, mientras que los trozos más pequeños se convirtieron en cuerpos menores, en su mayoría asteroides y cometas, que representan el resto de la masa del sistema solar. Debido a que LD2 aún no se ha aventurado cerca del sol, los astrónomos lo ven como una reliquia intacta, cuya composición refleja de cerca la del sistema solar primitivo. Estudiarlo puede arrojar luz sobre los «bloques de construcción» a partir de los cuales se formaron la Tierra y los demás planetas.

Aunque el primer centauro se descubrió hace un siglo, fue solo en la década de 1970 que los astrónomos llegaron a pensar en ellos como una colección distinta de objetos. Se cree que se originan más allá de la órbita de Neptuno, migrando hacia adentro como resultado de los efectos gravitatorios de los planetas gigantes. Sin embargo, una vez que llegan a la órbita de Júpiter, se encuentran en una “galería de tiro gravitacional”, dice Jordan Steckloff, astrónomo del Instituto de Ciencias Planetarias en Tucson, Arizona. La poderosa gravedad de Júpiter generalmente arroja a los centauros hacia afuera o hacia adentro después de unos pocos millones de años, lo que parece mucho tiempo, pero es bastante rápido en términos astronómicos; significa que los centauros deben ser considerados como objetos en transición. “Los cambios orbitales que normalmente toman unos miles de millones de años, de repente suceden mucho más rápido”, dice Steckloff. Y en el caso de LD2, se espera que la transición suceda «en una escala de tiempo humana, que es lo que hace que esto sea tan emocionante».

La mayor parte del hielo en los cometas es agua congelada, pero también pueden contener monóxido de carbono o dióxido de carbono, junto con trazas de otros gases congelados. Debido a que el monóxido de carbono y el dióxido de carbono son más volátiles que el agua, son los primeros en vaporizarse cuando un cometa se acerca al sol. LD2 ya muestra pequeñas cantidades de actividad, debido a la sublimación de estos gases más volátiles.

El proceso de sublimación es importante porque puede afectar la trayectoria de un cometa: si los gases salen de un lado de un objeto más que del otro lado, será empujado en la dirección opuesta. Dado que el hielo es un componente clave de un cometa, cuando el agua comienza a sublimarse, el cometa también corre peligro de romperse. «Los cometas finalmente se quedan sin vapor y se desintegran» después de un puñado de acercamientos al sol, dice Seligman, «hasta el punto en que no queda nada». (Existen excepciones a esta regla de ruptura—algunas, como cometa Halley, han demostrado ser relativamente estables; Halley, que se cree que se originó más allá de los centauros, regresa al sistema solar interior aproximadamente cada 75 años y ha sobrevivido al menos 30 órbitas).

Una mejor comprensión de la mecánica de las rupturas cometarias puede ayudar a los astrónomos a comprender la dinámica de población de los propios centauros. Por ejemplo, cuanto más rápido se deshagan los cometas, mayor será la velocidad a la que los objetos nuevos y más remotos deben migrar a la región de Centaur para reemplazarlos. Comprender estos procesos también debería ayudar a los investigadores a predecir cuántos objetos más como LD2 podrían esperar ver expulsados ​​​​al sistema solar interior en las próximas décadas.

Cuando LD2 finalmente se convierta en un cometa de período corto, podría mostrar una cola brillante que lo haría visible a simple vista.

Si bien la misión que prevé Seligman suena compleja, podría realizarse con tecnología previamente probada, dice. Por ejemplo, la misión Juno de la NASA llegó a Júpiter en solo cinco años; y la misión OSIRIS-Rex y también la nave espacial japonesa Hayabusa 2 han demostrado que es posible seguir un objetivo en movimiento a través del espacio, y ambas naves recolectaron con éxito muestras de la superficie de un asteroide. Mientras tanto, la misión Lucy de la NASA acaba de ser lanzada en un viaje de 12 años que la verá encontrarse con ocho asteroides diferentes.

Seligman enfatiza que la idea que describe en el artículo es solo una demostración de la viabilidad de un concepto, una práctica bastante común para astrónomos y físicos en las primeras etapas de soñar con una posible misión espacial. Un estudio completo del concepto de misión, que involucre a docenas de científicos e ingenieros que examinen «todas las cosas posibles que podrían salir mal con una misión», puede seguir en algún momento en el futuro, dice; eso sería seguido por un lanzamiento a una agencia espacial y agencias de financiación. (En comparación, señala, un artículo de revista es “relativamente barato”).

Además de aprender sobre la historia temprana del sistema solar, estudiar estos pequeños mundos también es vital para comprender el peligro que presentan los objetos en órbitas que cruzan la Tierra. Los astrónomos creen que la mayoría de estos objetos se originan en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, no en el reino más remoto de los centauros, pero es imposible descartar la posibilidad de que algún día un cometa represente una amenaza para la Tierra, dice Seligman. Esa también es una buena razón para estudiar la descomposición de los cometas: si un objeto que se divide en, digamos, una docena de pedazos cuando pasa cerca del sol, y esos pedazos a su vez se rompen en órbitas posteriores, eso crearía «una mayor flujo de escombros potencialmente peligrosos”. Entonces, aunque los cometas no encabezan la lista de peligros probables para nuestro planeta, cuanto más entendamos sobre su composición y movimiento, mejor, dice Seligman.