El asteroide Ryugu probablemente se vincula con la formación planetaria

Primer plano del asteroide Ryugu
Crédito: JAXA, Universidad de Tokio, Universidad de Kochi, Universidad de Rikkyo, Universidad de Nagoya, Instituto de Tecnología de Chiba, Universidad de Meiji, Universidad de Aizu, AIST, Universidad de Kobe, Universidad de Auburn
  • Las imágenes infrarrojas muestran que Ryugu está casi completamente inventado.
  • El asteroide se formó en gran parte a partir de fragmentos de un cuerpo principal que fue destrozado por impactos de material altamente poroso.
  • Los científicos de DLR participan en la publicación en la revista científica Nature.
  • Enfoque: espacio, exploración

El Sistema Solar se formó hace aproximadamente 4.500 millones de años. Numerosos fragmentos que dan testimonio de esta época temprana orbitan alrededor del Sol como asteroides. Alrededor de las tres cuartas partes de estos son asteroides de tipo C ricos en carbono, como 162173 Ryugu, que fue el objetivo de la misión japonesa Hayabusa2 en 2018 y 2019. La nave espacial se encuentra actualmente en su vuelo de regreso a la Tierra. Numerosos científicos, incluidos investigadores planetarios del Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), estudiaron intensamente esta ‘pila de escombros’ cósmica, que tiene casi un kilómetro de diámetro y puede acercarse a la Tierra. Las imágenes infrarrojas adquiridas por Hayabusa2 ahora se han publicado en la revista científica Nature. Muestran que el asteroide se compone casi por completo de material altamente poroso. Ryugu se formó principalmente a partir de fragmentos de un cuerpo parental que fue destrozado por los impactos. La alta porosidad y la baja resistencia mecánica asociada de los fragmentos de roca que componen Ryugu aseguran que dichos cuerpos se rompan en numerosos fragmentos al ingresar a la atmósfera de la Tierra. Por esta razón, los meteoritos ricos en carbono rara vez se encuentran en la Tierra y la atmósfera tiende a ofrecer una mayor protección contra ellos.

El comportamiento térmico revela la densidad.

Esta investigación de las propiedades globales de Ryugu confirma y complementa los hallazgos del entorno de aterrizaje en Ryugu obtenido por el aterrizador alemán-francés ‘Mobile Asteroid Surface SCOuT’ ( MASCOT ) durante la misión Hayabusa2. «Los asteroides frágiles y altamente porosos como Ryugu son probablemente el vínculo en la evolución del polvo cósmico a cuerpos celestes masivos», dice Matthias Grott, del Instituto DLR de Investigación Planetaria , uno de los autores de la publicación actual de Nature. «Esto cierra una brecha en nuestra comprensión de la formación planetaria, ya que casi nunca hemos podido detectar dicho material en meteoritos encontrados en la Tierra».

Estas son imágenes térmicas capturadas con el TIR. Vemos el lado de día de Ryugu, pero notablemente la temperatura de las rocas y el suelo circundante es similar, independientemente de la ubicación. JAXA / Hayabusa 2 en Twitter.

En otoño de 2018, los científicos que trabajaron con el primer autor Tatsuaki Okada de la agencia espacial japonesa JAXA analizaron la temperatura de la superficie del asteroide en varias series de mediciones realizadas con la Cámara Termográfica de Infrarrojos (TIR) ​​a bordo del Hayabusa2. Estas mediciones se realizaron en el rango de longitud de onda de 8 a 12 micrómetros durante los ciclos diurnos y nocturnos. En el proceso, descubrieron que, con muy pocas excepciones, la superficie se calienta muy rápidamente cuando se expone a la luz solar. «El calentamiento rápido después del amanecer, de aproximadamente menos 43 grados centígrados a más 27 grados centígrados sugiere que las piezas constituyentes del asteroide tienen baja densidad y alta porosidad», explica Grott. Alrededor del uno por ciento de las rocas en la superficie eran más frías y más similares a los meteoritos encontrados en la Tierra. «Estos podrían ser fragmentos más masivos del interior de un cuerpo original parental.

De planetesimales a planetas.

La frágil estructura porosa de los asteroides de tipo C podría ser similar a la de los planetesimales, que se formaron en la nebulosa solar primordial que por un proceso de acreción por numerosas colisiones condujo a la formación de planetas. La mayor parte de la masa colapsada de la nube pre-solar de gas y polvo se acumuló en el joven Sol. Cuando se alcanzó una masa crítica, el proceso de generación de calor por fusión nuclear comenzó en su núcleo.

El polvo, el hielo y el gas restantes se acumularon en un disco de acreción giratorio alrededor de la estrella recién formada. A través de los efectos de la gravedad, los primeros embriones planetarios o planetesimales se formaron en este disco hace aproximadamente 4.500 millones de años. Los planetas y sus lunas se formaron a partir de estos planetesimales después de un período relativamente corto de quizás solo 10 millones de años. Quedaron muchos cuerpos menores, asteroides y cometas. Estos no pudieron aglomerarse para formar planetas adicionales debido a perturbaciones gravitacionales, particularmente las causadas por Júpiter, con mucho, el planeta más grande y masivo.

Escenario de formación para Ryugu a partir de un cuerpo parental poroso. 
(1) La formación comienza con el polvo esponjoso en la nebulosa solar. 
(2) Se formaron planetesimales porosos a través de la acumulación de polvo o guijarros. 
(3) El cuerpo matriz de Ryugu puede haber permanecido poroso debido a un bajo grado de consolidación. Aquí se ilustra un límite claro en el núcleo interno, pero también podría haber ocurrido un aumento gradual de la consolidación con la profundidad. 
(4) Fragmentación de impacto del cuerpo parental, con algunos fragmentos grandes que forman las rocas en Ryugu. 
(5) Los fragmentos se vuelven a formar para formar Ryugu, con rocas porosas y sedimentos en la superficie y una pequeña cantidad de rocas densas que se originaronn en el núcleo interno del progenitor.
(6) El cambio de forma durante una fase de rotación rápida creó una forma de doble trompo.
Crédito: Okada et al. / Nature, 2020.

Sin embargo, los procesos que tuvieron lugar durante la historia temprana del Sistema Solar aún no se comprenden completamente. Muchas teorías se basan en modelos y aún no han sido confirmadas por observaciones, en parte porque las huellas de estos primeros tiempos son raras. «Por lo tanto, la investigación sobre el tema depende principalmente de la materia extraterrestre, que llega a la Tierra desde las profundidades del Sistema Solar en forma de meteoritos», explica Helbert. Contiene componentes de la época en que se formaron el Sol y los planetas. «Además, necesitamos misiones como Hayabusa2 para visitar los cuerpos menores que se formaron durante las primeras etapas del Sistema Solar para confirmar, complementar o, con las observaciones apropiadas, refutar los modelos».

Una roca como muchas en Ryugu

Ya en el verano de 2019, los resultados de la misión de aterrizaje MASCOT mostraron que su lugar de aterrizaje en Ryugu estaba poblado principalmente por rocas grandes, altamente porosas y frágiles. «Los resultados publicados son una confirmación de los resultados de los estudios realizados por el radiómetro DLR MARA en MASCOT«, dijo Matthias Grott, Investigador Principal de MARA. «Ahora se ha demostrado que la roca analizada por MARA es típica de toda la superficie del asteroide. Esto también confirma que los fragmentos de los asteroides comunes de tipo C como Ryugu probablemente se rompen fácilmente al ingresar a la atmósfera de la Tierra» debido a la baja resistencia interna . «

Radiómetro MARA del aterrizador MASCOT. Más información sobre MASCOT.
Crédito: DLR (CC-BY 3.0).

El 3 de Octubre de 2018, MASCOT aterrizó en Ryugu en caída libre a ritmo de caminata. Al aterrizar, ‘rebotó’ varios metros más antes de que el paquete experimental de aproximadamente 10 kilogramos se detuviera. MASCOT se movió en la superficie con la ayuda de un brazo giratorio. Esto hizo posible girar MASCOT en su lado ‘derecho’ e incluso realizar saltos en la superficie del asteroide debido a la baja atracción gravitacional de Ryugu. En total, MASCOT realizó experimentos en Ryugu durante aproximadamente 17 horas.

Muestras del asteroide Ryugu camino a la Tierra

Hayabusa2 mapeó el asteroide desde la órbita en alta resolución, y luego adquirió muestras del cuerpo primordial de dos sitios de aterrizaje. Actualmente están sellados en una cápsula de transporte y viajan a la Tierra con la nave espacial. 

Una animación explicativa de la maniobra de recolección de muestras.
El Explorador de Astroide de JAXA «Hayabusa2» recolectó una muestra del asteroide Ryugu el 22 Fe febrero de 2019. La maniobra fue capturada usando la cámara de monitor pequeña a bordo (CAM-H). La imagen del sitio inmediatamente después del aterrizaje se tomó con la Cámara de Navegación Óptica – Gran angular (ONC-W1) el 22 de Febrero de 2019.

Crédito: JAXA, Universidad de Tokio, Universidad de Kochi, Universidad de Rikkyo, Universidad de Nagoya, Instituto de Tecnología de Chiba, Universidad Meiji, Universidad Aizu, AIST

La cápsula está programada para aterrizar en Australia a fines de 2020. Hasta ahora, los investigadores suponen que el material de Ryugu es químicamente similar al de los meteoritos condríticos, que también se encuentran en la Tierra.  Los cóndrulos son pequeñas esferas de roca del tamaño de un milímetro, que se formaron en la nebulosa solar primordial hace 4.500 millones de años y se consideran los bloques de construcción de la formación planetaria.

El Meteorito ‘Allende’, una condrita carbonosa.
Crédito: Shiny Things.

 Hasta ahora, sin embargo, los científicos no pueden descartar la posibilidad de que estén hechos de material rico en carbono, como el que se encuentra en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko como parte de La misión Rosetta de la ESA con el módulo de aterrizaje Philae operado por el DLR . Se esperan con ansia los análisis de las muestras de Ryugu, algunas de las cuales se llevarán a cabo en el DLR. «Precisamente para esta tarea, y por supuesto para futuras misiones como la misión japonesa ‘Martian Moons eXploration’ (MMX), en la que se traeran muestras extraterrestres a la Tierra, es que nosotros, en el Instituto de Investigación Planetaria del DLR en Berlín, comenzamos a establecer el Laboratorio de Análisis de Muestras (SAL) el año pasado «, dice Helbert. La misión MMX, en la que participa el DLR, volará a las lunas marcianas Fobos y Deimos en 2024 y traerá muestras, de las lunas del tamaño de un asteroide a la Tierra en 2029. Un rover alemán-francés también será parte de la misión MMX.

Sobre la misión Hayabusa2 y MASCOT

Hayabusa2 es una misión de la agencia espacial japonesa (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón; JAXA) al asteroide cercano a la Tierra Ryugu. El aterrizador alemán-francés MASCOT a bordo del Hayabusa2 fue desarrollado por el Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) y construido en estrecha cooperación con la agencia espacial francesa CNES (Centro Nacional de Estudios Espaciales). El DLR, el Instituto de Astrofísica Espacial y la Universidad Técnica de Braunschweig han contribuido con los experimentos científicos a bordo de MASCOT. El módulo de aterrizaje MASCOT y sus experimentos fueron operados y controlados por el DLR con el apoyo del CNES y en constante interacción con el equipo Hayabusa2 en JAXA.

El Instituto DLR de Sistemas Espaciales en Bremen fue responsable de desarrollar y probar el módulo de aterrizaje junto con CNES. El DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems en Braunschweig fue responsable de la estructura estable del módulo de aterrizaje. El Centro de Robótica y Mecatrónica de DLR en Oberpfaffenhofen desarrolló el brazo oscilante que permitió a MASCOT ‘saltar’ sobre el asteroide. El Instituto DLR de Investigación Planetaria en Berlín contribuyó con la cámara MASCAM y el radiómetro MARA. El módulo de aterrizaje de asteroides fue monitoreado y operado desde el Centro de Control MASCOT en el Centro de Apoyo al Usuario de Microgravedad (MUSC) en el sitio del DLR en Colonia.

Fuente: Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR).

Artículo original: » Asteroid Ryugu likely link in planetary formation «. Marzo 16, 2020.

El trabajo de investigación (paper): Highly porous nature of a primitive asteroid revealed by thermal imaging.
Authors:Okada, T., Fukuhara, T., Tanaka, S. et al.   Author Names
DOI:10.1038/s41586-020-2102-6

Material relacionado:

La nota de prensa de JAXA:

Todos los comunicados de prensa de la misión Hayabusa2, se encuentran en la página:

Una descripción completa de la misión con los primeros análisis de resultados se encuentra en :

Sobre los módulos MASCOT :

Es interesante ver lo que se conocía y las estimaciones acerca de Ryugu antes de la misión Hayabusa2. A continuación el trabajo de investigación sobre Ryugu previo a la misión:

Curiosidades:

¿Tienen estaciones los asteroides?

Examinaremos el caso de Ryugu.

Asteroide Ryugu observado con la cámara termográfica infrarroja TIR. 
Las imágenes se capturaron entre las 16:02 y las 23:45 JST del 30 de junio de 2018 y se tomaron cada ocho minutos para una rotación. A partir de los 20 km de altitud (posición inicial), un píxel mide aproximadamente 20 m. La distancia al Sol en este momento es de 0.987 au (1 au es aproximadamente 149.6 millones de km, la distancia anular promedio entre el Sol y la Tierra). 
La barra de escala muestra la temperatura relativa (los valores no tienen significado). 
El rojo indica una temperatura alta mientras que el azul es para temperaturas más frías.

2018-10-09. 
Crédito de la imagen ※: JAXA, Universidad Ashikaga, Universidad Rikkyo, Instituto de Tecnología Chiba, Universidad de Aizu, Universidad de Educación de Hokkaido, Escuela Secundaria Hokkaido Kitami Hokuto, AIST, Instituto Nacional de Estudios Ambientales, Universidad de Tokio, Centro Aeroespacial Alemán (DLR) , Sociedad Max Planck para el Avance de la Ciencia, Universidad de Stirling.

Junto a la pequeña inclinación del eje de rotación de Ryugu que determina estaciones diferentes en sus hemisferios norte y sur, también hay una variación de temperatura con la distancia al Sol, por tratarse de un asteroide sin atmósfera y de material poroso y entonces de muy baja inercia térmica (se calienta y se enfría rápidamente). La cámara térmica TIR de Hayabusa2 lo muestra, según lo presenta el siguiente artículo:

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