Las detecciones fortuitas de la nave espacial Juno hacen añicos las ideas sobre el origen de la luz zodiacal

 Esta ilustración muestra la nave espacial Juno de la NASA cuando entró en la órbita de Júpiter el 4 de Julio de 2016. Alcanzó júpiter, después de viajar durante casi cinco años y más de 2.720 millones de kilómetros. Descarga la imagen aquí .
Créditos: NASA / JPL / SwRI
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Mire hacia el cielo nocturno justo antes del amanecer o después del anochecer. Es posible que vea una débil columna de luz que se extiende desde el horizonte. Ese resplandor luminoso es la luz zodiacal. Es la luz solar reflejada hacia la Tierra por una nube de diminutas partículas de polvo que orbitan alrededor del Sol. Los astrónomos pensaban que el polvo es llevado al Sistema Solar interior por algunas familias de asteroides y cometas que se aventuran desde lejos.

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

Pero ahora, un equipo de científicos de Juno sostiene que Marte puede ser el culpable. Publicaron por primera vez su hallazgo en línea el 11 de Noviembre de 2020,  en el ‘Journal of Geophysical Research: Planets‘. El artículo final revisado por pares fue publicado el 9 de Marzo de 2021.

Un descubrimiento fortuito

Un instrumento a bordo de la nave espacial Juno detectó por casualidad partículas de polvo que chocaban contra la nave durante su viaje 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 habían propuesto hacerlo. «Nunca pensé que estaríamos buscando polvo interplanetario», dijo John Leif Jørgensen, Profesor de la Universidad Técnica de Dinamarca.

Una de las cámaras rastreadoras de estrellas transmitió imágenes de objetos no identificables

Jørgensen diseñó los rastreadores de cuatro estrellas que forman parte de la investigación del magnetómetro de Juno. Estas cámaras a bordo fotografían el cielo cada cuarto de segundo para determinar la orientación espacial de Juno al reconocer patrones de estrellas en sus imágenes. Es 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 informar 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 la cámara comenzó a transmitir miles de imágenes de objetos no identificables (aparecían rayas y luego desaparecían misteriosamente), desconcertando a Jørgensen y sus colegas . “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».

Identificando los objetos

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. Los granos de polvo se habían estrellado contra Juno a unas 10,000 millas (o 16,000 kilómetros) por hora, cortando piezas submilimétricas.  «Aunque estamos hablando de objetos con solo una pequeña masa, tienen un gran impacto«, dijo Jack Connerney. Él, es líder de investigación del magnetómetro de Juno e Investigador Principal Adjunto de la misión, que tiene su base en el Centro de Vuelo Espacial Goddard (NASA).

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. Esto 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. Lo hizo para una asistencia de gravedad terrestre en 2013, que catapultó la nave espacial hacia Júpiter.

Esta visualización muestra la nave espacial Juno de la NASA en su trayectoria de vuelo de cinco años a Júpiter. Comenza con su lanzamiento desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida en 2011.
Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA; 
animación de trayectoria de vuelo cortesía de NASA / JPL-Caltech / SwR
I.

Una revelación radical

Connerney y Jørgensen notaron que la mayoría de los impactos de polvo se registraron entre la Tierra y el Cinturón de Asteroides. Existían 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 ésta absorbe todo el polvo que se acerca. “Ese es el polvo que vemos como luz zodiacal”, dijo Jørgensen.

El borde exterior de la Nube Zodiacal da la pista de su origen

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. Evita 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. Bloquea el polvo que se origina en el espacio profundo para que no pase al Sistema Solar Interior.

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. Debido a ello, el pensamiento natural es que Marte es una fuente de este polvo», dijo.

Un equipo de científicos de Juno sostiene que Marte puede ser responsable del polvo interplanetario detrás de la luz zodiacal. Ésta, es una tenue columna de luz que se extiende desde el horizonte. Un instrumento a bordo de 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.
Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
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Haciendo un modelo para confirmar la sospecha

“La distribución del polvo que medimos mejor es 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. La nube es 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 de la órbita del polvo a la eclíptica y su excentricidad orbital. Los investigadores introdujeron los elementos orbitales de Marte en el modelo. Entonces 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».

Asuntos pendientes

Ahora hay buena evidencia de que Marte, el planeta más polvoriento que conocemos, es la fuente de la luz zodiacal. Pero 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 debe encontrarse la verdadera distribución y densidad de las partículas de polvo en el Sistema Solar. Eso ayudará a los ingenieros a diseñar materiales de naves espaciales que puedan resistir mejor los impactos del polvo. Conocer la distribución precisa del polvo puede orientar el diseño de trayectorias de vuelo para futuras misiones a fin de evitar la mayor concentración de partículas.  Pequeñas partículas que viajan a velocidades tan altas pueden extraer hasta 1.000 veces su masa desde una nave espacial.

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

Fuente: NASA / Goddard Space Flight Center.

Artículo original: «Serendipitous Juno Spacecraft Detections Shatter Ideas About Origin of Zodiacal Light«. Lonnie Shekhtman. March 9, 2021. Last updated, March 11, 2021.

Material relacionado

Observando la Luz Zodiacal

Imagen del cielo sobre Cerro Paranal, Chile, mirando al Sur. (Agrandar). Sobre la izquierda se aprecia la luz zodiacal indicada por la curva que encierra a Venus. Inmediatamente fuera de esa curva vemos a Saturno, que nos indica junto a Venus la posición de la eclíptica, esencialmente el plano del Sistema Solar. En otras palabras, la luz zodiacal yace en el plano de la eclíptica. A la derecha se aprecia el complejo de telescopios VLT y sobre el telescopio del centro y en color rojizo la Luna. El lector adivinará que la foto fue tomada durante un eclipse total de Luna antes del comienzo del crepúsculo de la mañana.  Una explicación  de la imagen la puede ver aquí
Crédito:  Yuri Beletsky (ESO)/APOD 9 de Mayo del 2011.
 

La luz zodiacal , es un fenómeno óptico elusivo que ocurre en torno al anochecer y al amanecer. Se produce en forma de una luz nebulosa que se extiende en el cielo desde el horizonte. Por lo general en la forma de un triángulo o una pirámide.

La luz zodiacal es poco frecuente y se puede observar alrededor de la primavera y el equinoccio de otoño en las latitudes más altas, y durante todo el año en el Ecuador y en las regiones tropicales.

Para ambos hemisferios, la primavera es el mejor momento para ver la luz zodiacal por la noche. El otoño es el mejor momento para verla antes del amanecer. Debe buscar la luz zodiacal en el este alrededor de la época del equinoccio de otoño. Búsquelo en el oeste después de la puesta del Sol alrededor de la época del equinoccio de primavera.

El siguiente artículo lo presenta, y contiene además una selección de recursos sobre el tema:

Sobre la Misión JUNO

Esta espectacular imagen muestra el polo sur de Júpiter, como se ve desde la nave espacial Juno desde una altitud de 52.000 kilómetros. Las características ovales son ciclones, de hasta 600 millas (1.000 kilómetros) de diámetro. Varias imágenes de la JunoCam en tres órbitas separadas se combinaron para mostrar todas las áreas a la luz del día, con colores resaltados. La imagen está en proyección estereográfica. Ver video.
Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Betsy Asher Hall / Gervasio Robles.

Los resultados científicos Iniciales de la misión Juno a Júpiter retratan al planeta más grande de nuestro Sistema Solar como un gigantesco mundo turbulento complejo. Con ciclones polares del tamaño de la Tierra y con sistemas de tormentas que se hunden y viajan profundamente  al corazón del gigante de gas. También con un campo magnético mamut con protuberancias, que puede indicar que se generó más cerca de la superficie del planeta de lo que se pensaba.

La publicación a continuación lo expone, conteniendo recursos sobre la misión

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