Esta foto muestra la luz zodiacal tal como apareció el 1 de marzo de 2021 en Skull Valley, Utah. El cúmulo de estrellas de las Pléyades es visible cerca de la parte superior de la columna de luz. Marte está justo debajo de eso. Créditos: NASA / JPL-Caltech

Los datos del viaje de la nave espacial de la NASA a Júpiter sugieren que Marte puede estar arrojando polvo al espacio interplanetario.

Mire hacia el cielo nocturno justo antes del amanecer o después del anochecer, y es posible que vea una débil columna de luz que se extiende desde el horizonte. Ese resplandor luminoso es la luz zodiacal, o la luz solar reflejada hacia la Tierra por una nube de diminutas partículas de polvo que orbitan alrededor del Sol. Los astrónomos han pensado durante mucho tiempo que el polvo es llevado al interior del sistema solar por algunas familias de asteroides y cometas que se aventuran desde lejos.

Pero ahora, un equipo de científicos de Juno sostiene que Marte puede ser el culpable. Publicaron su hallazgo en un artículo del 9 de marzo en el Journal of Geophysical Research: Planets. Un instrumento a bordo de la nave espacial Juno detectó por casualidad partículas de polvo que chocaban contra la nave espacial durante su viaje desde la Tierra a Júpiter. Los impactos proporcionaron pistas importantes sobre el origen y la evolución orbital del polvo, resolviendo algunas misteriosas variaciones de la luz zodiacal.

Aunque su descubrimiento tiene grandes implicaciones, los científicos que pasaron años estudiando los desechos cósmicos no se propusieron hacerlo. «Nunca pensé que estaríamos buscando polvo interplanetario», dijo John Leif Jørgensen, profesor de la Universidad Técnica de Dinamarca.

Jørgensen diseñó los rastreadores de cuatro estrellas que forman parte de la investigación del magnetómetro de Juno. Estas cámaras a bordo toman fotos del cielo cada cuarto de segundo para determinar la orientación de Juno en el espacio al reconocer patrones de estrellas en sus imágenes, una tarea de ingeniería esencial para la precisión del magnetómetro.

Pero Jørgensen esperaba que sus cámaras también pudieran ver un asteroide no descubierto. Así que programó una cámara para reportar cosas que aparecían en múltiples imágenes consecutivas pero que no estaban en el catálogo de objetos celestes conocidos.

No esperaba ver mucho: casi todos los objetos en el cielo están incluidos en el catálogo de estrellas. Entonces, cuando la cámara comenzó a transmitir miles de imágenes de objetos no identificables (aparecían rayas y luego desaparecían misteriosamente), Jørgensen y sus colegas estaban desconcertados. “Estábamos mirando las imágenes y dijimos, ‘¿Qué podría ser esto?’”, Dijo.

Jørgensen y su equipo consideraron muchas causas plausibles y algunas inverosímiles. Existía la desconcertante posibilidad de que la cámara estelar hubiera detectado una fuga en el tanque de combustible de Juno. “Pensamos, ‘algo está realmente mal’”, dijo Jørgensen. «Las imágenes parecían como si alguien estuviera sacudiendo un mantel polvoriento por la ventana».

No fue hasta que los investigadores calcularon el tamaño aparente y la velocidad de los objetos en las imágenes que finalmente se dieron cuenta de algo: granos de polvo se habían estrellado contra Juno a unas 10,000 millas (o 16,000 kilómetros) por hora, cortando piezas submilimétricas de naves espaciales. «A pesar de que estamos hablando de objetos con solo una pequeña cantidad de masa, tienen un gran impacto», dijo Jack Connerney, líder de investigación del magnetómetro de Juno e investigador principal adjunto de la misión, que tiene su sede en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt. Maryland.

Al final resultó que, el rocío de escombros provenía de los paneles solares expansivos de Juno, el detector de polvo involuntario más grande y sensible jamás construido.

«Cada pieza de escombros que rastreamos registra el impacto de una partícula de polvo interplanetario, lo que nos permite compilar una distribución de polvo a lo largo del camino de Juno», dijo Connerney. Juno se lanzó en 2011. Después de una maniobra en el espacio profundo en el cinturón de asteroides en 2012, regresó al sistema solar interior para una asistencia de gravedad terrestre en 2013, que catapultó la nave espacial hacia Júpiter.

Connerney y Jørgensen notaron que la mayoría de los impactos de polvo se registraron entre la Tierra y el cinturón de asteroides, con brechas en la distribución relacionadas con la influencia de la gravedad de Júpiter. Según los científicos, esta fue una revelación radical. Hasta ahora, los científicos no habían podido medir la distribución de estas partículas de polvo en el espacio. Los detectores de polvo dedicados han tenido áreas de recolección limitadas y, por lo tanto, una sensibilidad limitada a una población escasa de polvo. En su mayoría, cuentan las partículas de polvo más abundantes y mucho más pequeñas del espacio interestelar. En comparación, los paneles solares expansivos de Juno tienen 1,000 veces más área de recolección que la mayoría de los detectores de polvo.

Los científicos de Juno determinaron que la nube de polvo termina en la Tierra porque la gravedad de la Tierra absorbe todo el polvo que se acerca. «Ese es el polvo que vemos como luz zodiacal», dijo Jørgensen.

En cuanto al borde exterior, a unas 2 unidades astronómicas (AU) del Sol (1 AU es la distancia entre la Tierra y el Sol), termina un poco más allá de Marte. En ese punto, informan los científicos, la influencia de la gravedad de Júpiter actúa como una barrera, evitando que las partículas de polvo crucen desde el sistema solar interior hacia el espacio profundo. Este mismo fenómeno, conocido como resonancia orbital, también funciona al revés, donde bloquea el polvo que se origina en el espacio profundo para que no pase al interior del sistema solar.

La profunda influencia de la barrera de gravedad indica que las partículas de polvo están en una órbita casi circular alrededor del Sol, dijo Jørgensen. «Y el único objeto que conocemos en órbita casi circular alrededor de 2 UA es Marte, por lo que el pensamiento natural es que Marte es una fuente de este polvo», dijo.

Mire hacia el cielo nocturno justo antes del amanecer o después del anochecer, y es posible que vea una tenue columna de luz que se extiende desde el horizonte. Los astrónomos han pensado durante mucho tiempo que el polvo es llevado al interior del sistema solar por algunas familias de asteroides y cometas que se aventuran desde lejos. Pero ahora, un equipo de científicos de Juno sostiene que el planeta Marte puede ser el culpable. Créditos: NASA Goddard

“La distribución del polvo que medimos mejor será consistente con la variación de la luz zodiacal que se ha observado”, dijo Connerney. Los investigadores desarrollaron un modelo informático para predecir la luz reflejada por la nube de polvo, dispersada por la interacción gravitacional con Júpiter que dispersa el polvo en un disco más grueso. La dispersión depende solo de dos cantidades: la inclinación del polvo a la eclíptica y su excentricidad orbital. Cuando los investigadores conectaron los elementos orbitales de Marte, la distribución predijo con precisión la firma reveladora de la variación de la luz zodiacal cerca de la eclíptica. «Eso es, en mi opinión, una confirmación de que sabemos exactamente cómo estas partículas están orbitando en nuestro sistema solar», dijo Connerney, «y dónde se originan».

Si bien ahora hay buena evidencia de que Marte, el planeta más polvoriento que conocemos, es la fuente de la luz zodiacal, Jørgensen y sus colegas aún no pueden explicar cómo el polvo pudo haber escapado del agarre de la gravedad marciana. Esperan que otros científicos les ayuden.

Mientras tanto, los investigadores señalan que encontrar la verdadera distribución y densidad de las partículas de polvo en el sistema solar ayudará a los ingenieros a diseñar materiales de naves espaciales que puedan resistir mejor los impactos del polvo. Conocer la distribución precisa del polvo también puede orientar el diseño de trayectorias de vuelo para futuras naves espaciales a fin de evitar la mayor concentración de partículas. Pequeñas partículas que viajan a velocidades tan altas pueden arrancar hasta 1.000 veces su masa de una nave espacial.

Los paneles solares de Juno no sufrieron daños porque las células solares están bien protegidas contra el impacto en la parte posterior (o el lado oscuro) del conjunto por la estructura de soporte.

Traducción no oficial con fines divulgativos:
Créditos: Rani C. Gran, Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
DC Agle, Laboratorio de propulsión a chorro, Pasadena, California.
Deb Schmid, Instituto de Investigación del Suroeste, San Antonio
Articulo original en Inglés escrito por Lonnie Shekhtman, Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

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