Satélite en las cercanías del Sol desentraña los orígenes del polvo interplanetario

Ver Animación_Los científicos que utilizan datos de la Sonda Solar Parker (Parker Solar Probe) 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 la nube zodiacal, que se arremolina por todo el Sistema Solar. Encontraron tres poblaciones de polvo en la nube. La mayoría de los granos están siendo arrastrados lentamente hacia el Sol (alfa-meteoroides); la segunda población se genera cuando los granos en la nube arremolinada chocan, creando fragmentos tan pequeños que son expulsados ​​del Sistema Solar en todas direcciones por la presión de la luz solar (beta-meteoroides); y un tercer grupo, probablemente creado cuando un «tubo» de desechos cometarios choca con los granos de las dos primeras poblaciones, que se dispersa en una forma de cuña distintiva. 
Créditos: Animación de Mike Buckley, Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / NASA.

¿Qué tienen en común las estrellas fugaces y la seguridad de los astronautas?

Ambos se relacionan con los fragmentos de roca submicroscópicos que se encuentran en todo el Sistema Solar, a veces llamado polvo interplanetario.

Cuando estas partículas chocan con la atmósfera de la Tierra, crean meteoros, más conocidos como estrellas fugaces, ya que los fragmentos (generalmente) microscópicos se vaporizan y dejan rastros llameantes en el aire. Cuando chocan con los astronautas, pueden hacer agujeros en los trajes espaciales, o algo peor. Por lo 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 espacial, Sonda Solar Parker (Parker Solar Probe), la  misión que se acerca más al Sol que cualquier otra en la historia de los viajes espaciales, es bombardeada por estas partículas de polvo. Cuando chocan contra la nave espacial, los diminutos granos, algunos tan pequeños como una diezmilésima de milímetro de diámetro, se vaporizan 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.

La Nube Zodiacal

Un par de artículos publicados esta semana en el ‘Planetary Science Journal’ utilizan datos de FIELDS para observar de cerca la «nube zodiacal», el término colectivo para estas pequeñas partículas.

“Cada sistema plantario tiene una nube zodiacal, y de hecho podemos explorar la nuestra y comprender cómo funciona”, dijo Jamey Szalay, Investigador Asociado en Ciencias Astrofísicas en Princeton, quien es el autor principal de uno de los artículos. «Comprender la evolución y la dinámica de nuestra nube zodiacal nos permitirá comprender mejor cada observación zodiacal que hemos visto alrededor de cualquier otro sistema solar».

La nube zodiacal dispersa la luz solar de una manera que se puede ver a simple vista, pero solo en noches muy oscuras y claras, ya que la luz de la Luna o la luz de las ciudades la eclipsan fácilmente. Más gruesa cerca del Sol y más delgada cerca de los bordes del Sistema Solar, la nube zodiacal parece suave a simple vista, pero las longitudes de onda infrarrojas revelan rayas y cintas brillantes que se remontan a sus fuentes: cometas y asteroides.

Dos poblaciones de polvo en la Nube Zodiacal: comprendiendo su origen y dinámica

Con datos de las primeras seis órbitas de Parker, junto con el modelado por computadora del movimiento de las partículas en el Sistema Solar interior, Szalay y sus colegas desenredaron esas rayas y cintas para revelar dos poblaciones diferentes de polvo en la nube zodiacal: los diminutos granos siempre -lentamente girando en espiral hacia el Sol durante miles o millones de años, conocidos como alfa-meteoroides; y luego, a medida que la nube arremolinada se vuelve más densa, 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, luz del sol.

Y no solo un poco empujado, tampoco. «Cuando un fragmento se vuelve lo suficientemente pequeño, la presión de radiación, la luz solar, es en realidad lo suficientemente fuerte como para expulsarlo del Sistema Solar», dijo Szalay.

«La existencia de granos tan diminutos se informó repetidamente a partir de mediciones de polvo de naves espaciales dedicadas en la región entre la Tierra y Marte, pero nunca en el Sistema Solar Interior, donde se pensaba que se originaban estas partículas», dijo Harald Krüger, un experto en polvo zodiacal del ‘Max Planck Institute for Solar System Research’ y coautor del artículo de Szalay.  «Por lo tanto, el instrumento FIELDS ofrece una nueva ventana para estudiar estas partículas de polvo impulsadas por la luz solar cerca de su región de origen».

Detectando una corriente de partículas

FIELDS también detectó una estrecha corriente de partículas que parecían ser liberadas de una fuente discreta, formando una estructura delicada en la nube de polvo zodiacal. Para comprender este tercer componente, Szalay se remonta a los orígenes del polvo zodiacal: cometas y asteroides.

Los cometas, bolas de nieve llenas de polvo que viajan a través de nuestro Sistema Solar en órbitas largas y elípticas, expulsan grandes cantidades de polvo cuando se acercan lo suficiente al Sol para comenzar a vaporizar su hielo y hielo seco. Los asteroides, rocas grandes y pequeñas que orbitan alrededor del 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 padre, explicó Szalay, lo que significa que en el transcurso de miles de órbitas, la pista de un cometa se parece más a un camino de grava que a un camino vacío con un orbe brillante y un rastro (cola) brillante. (A lo largo de millones de órbitas, los granos se dispersarán más allá de su trayectoria orbital, fusionándose con la nube de fondo zodiacal).

Szalay se refiere a estos caminos llenos de polvo como «tubos» de escombros de cometas o asteroides. «Si la Tierra cruza ese tubo en cualquier lugar, tenemos una lluvia de meteoritos», dijo.

Dando una explicación de la corriente de partículas

Teorizó que la sonda solar Parker pudo haber viajado a través de uno de estos. “Tal vez haya un tubo denso que simplemente no podríamos haber observado de otra manera que no sea con Parker, literalmente volando y siendo pulida por él”, dijo.

Pero los tubos más cercanos al camino de Parker no parecían tener suficiente material para causar el pico de datos. Entonces Szalay propuso otra teoría. Quizás uno de estos tubos de meteoroides, muy probablemente las Gemínidas, que cada Diciembre provocan una de las lluvias de meteoros más intensas de la Tierra, chocaba a altas velocidades contra la propia nube zodiacal interna. Los impactos entre el tubo y el polvo zodiacal podrían producir grandes cantidades de beta-meteoroides que no se disparan en direcciones aleatorias, sino que se enfocan en un conjunto estrecho de caminos.

«Hemos denominado esto un ‘flujo beta’, que es 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 la ‘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 con la NASA y la Universidad Católica de América, quien fue coautor  del artículo de Szalay. “Las colisiones mutuas de partículas son importantes no solo en nuestro Sistema Solar, sino en todos los sistemas exosolares. Este artículo le brinda a la comunidad de modelos una visión única de este territorio previamente inexplorado».

«Parker esencialmente experimentó su propia lluvia de meteoritos», dijo Szalay. «O voló a través de uno de esos tubos de material, o voló a través de una corriente beta».

Conectando el análisis de datos con el trabajo teórico.

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 le presentara el trabajo a Jamey”, dijo. “La forma de la cuña parecía indicar un fuerte rocío, o lo que Jamey llamó una corriente beta en sus nuevos modelos, de pequeñas partículas que golpean la nave espacial de una manera muy directa. Esto fue increíble para mí, conectar los datos que había analizado con el trabajo teórico realizado en el otro lado del país. Para un científico joven, realmente despertó toda la emoción y la posibilidad que puede surgir del trabajo colaborativo».

Pusack es la autora principal del artículo que se publica junto con Szalay’s. «Estos documentos realmente van de la mano», dijo. «Los datos respaldan los modelos y los modelos ayudan a explicar los datos».

Conclusiones

«Esta es una tremenda contribución a nuestra comprensión de la nube zodiacal, el entorno de polvo cercano al Sol en general y 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 el Vicepresidente del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton, que es el Investigador Principal de IS ʘ I S, otro instrumento a bordo de la ‘Parker Solar Probe’ y de la próxima misión Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). 

Los papers

Collisional Evolution of the Inner Zodiacal Cloud” por JR Szalay, P. Pokorný, DM Malaspina, A. Pusack, SD Bale, K. Battams, LC Gasque, K. Goetz, H. Krüger, DJ McComas, NA Schwadron y P Strub, fue publicado el 9 de Septiembre por ‘Planetary Science Journal’ (DOI: 10.3847 / PSJ / abf928). La investigación fue apoyada por la NASA (NNN06AA01C, 80NSSC21K0153) y la ‘European Space Acency’ (4000106316/12 / NL / AF – IMEX).
Dust Directionality and an Anomalous Interplanetary Dust Population Detected by the Parker Solar Probe de A. Pusack, DM Malaspina, JR Szalay, SD Bale, K. Goetz, RJ MacDowall y M. Pulupa, fue publicado el 9 de Septiembre por ‘Planetary Science Journal’ (DOI:10.3847 / PSJ / ac0bb9). El experimento FIELDS en la nave espacial Parker Solar Probe fue diseñado y desarrollado bajo el contrato NNN06AA01C de la NASA.

Para obtener actualizaciones de la misión en curso, incluido el lugar donde se encuentra la Parker Solar Probe ahora , visite la página oficial de la misión.

Fuente: Princeton University.

Artículo original:Satellite in sun’s backyard unravels the origins of interplanetary dust‘. Liz Fuller-Wright, Office of Communications. Sept. 9, 2021.

Material relacionado

Sobre el Instrumento FIELD en la Parker Solar Probe

Topógrafo de las fuerzas invisibles, el conjunto de instrumentos FIELDS captura la escala y la forma de los campos eléctricos y magnéticos en la atmósfera del Sol. FIELDS mide ondas y turbulencias en la heliosfera interna con alta resolución de tiempo para comprender los campos asociados con ondas, choques y reconexión magnética, un proceso mediante el cual las líneas de campo magnético realinean explosivamente FIELDS fue diseñado, construido y operado por un equipo liderado por el Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, Berkeley (investigador principal Stuart D. Bale). Más información: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/Spacecraft/index.php#Instruments.
Créditos: NASA / The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL).

Ver el artículo de la NASA acerca de los instrumentos de la Parker Solar Probe:

Sobre la Luz Zodiacal y su origen

Imagen del cielo sobre Cerro Paranal, Chile, mirando al Sur, donde 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.

El siguiente artículo presenta a la Luz Zodiacal, cómo observarla y las mejores épocas para hacerlo, la historia de la deducción de su origen, así como el aporte de polvo de distintas fuentes que integra la nube de polvo que la produce.

El polvo espacial revela la historia del Sistema Solar

Caído del cielo
Crédito: Kevin Clifford / AP.

Cuando limpias tu casa, probablemente estés aspirando el polvo del espacio. No bromeo. Es el mismo polvo que alguna vez fue parte de cometas y asteroides. Ves ese polvo en el tenue resplandor que ayuda a crear antes del amanecer y después del atardecer. Cada año llegan a la Tierra 40.000 toneladas de polvo espacial.

Si bien ese hecho puede no estar en duda, existe un gran debate sobre de dónde proviene este polvo. La mayor parte, lo sabemos, desciende en espiral desde la nube de polvo interplanetaria, una vasta franja de polvo que se extiende en forma de disco alrededor del Sol. Pero, ¿dónde se originó exactamente esta nube de polvo?

La publicación a continuación lo aborda.

¿Cuánto polvo extraterrestre cae cada año a la Tierra?

Micrografía electrónica de un micrometeorito Concordia extraído de las nieves antárticas en el Domo C.
Crédito: Cécile ENGRAND / Jean DUPRAT.

Cada año, nuestro planeta encuentra polvo de los cometas y asteroides. Estas partículas de polvo interplanetario atraviesan nuestra atmósfera y dan lugar a estrellas fugaces. Algunas de ellas llegan al suelo en forma de micro meteoritos. Un programa internacional, ha determinado que 5.200 toneladas anuales de estos micro meteoritos llegan al suelo. El programa fue realizado durante casi 20 años por científicos de instituciones francesas.

Encuesta Decadal de Ciencia Planetaria 2011-2020: Capítulo de Polvo Interplanetario

La Encuesta Decadal de Ciencia Planetaria 2011-2020 evalúa preguntas científicas clave en Ciencia Planetaria, identifica misiones prioritarias de clase media y grande y otras iniciativas, y presenta una estrategia de investigación integral para el período 2011-2020. En particular presento a continuación el capítulo correspondiente al tema ‘Polvo Interplanetario’:

Curiosidades

Un reciente y controvertido estudio sobre el origen de la Nube Zodiacal

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.

La Luz Zodiacal, ese resplandor que ves al amanecer o al atardecer es causado por el polvo cósmico. Durante décadas, los astrónomos pensaron que provenía de asteroides y cometas, pero ahora no están tan seguros.

John Leif Jørgensen no se propuso revolucionar la comprensión mundial del polvo espacial. De hecho, el astrofísico danés ni siquiera lo estaba buscando. Cuando, en 2011, convenció a sus colaboradores de la NASA para que añadieran una cuarta cámara a la nave espacial Juno, esperaba usarla para contar asteroides que eran demasiado pequeños para ser detectados por telescopios. Pero las partículas que detectaron las cámaras eran mucho más pequeñas: no más de 80 micrómetros de ancho, no mucho más grandes que el diámetro de un cabello humano. Aún más extraño es el origen del polvo. Desafiando todo lo que creíamos saber sobre el polvo espacial, estas diminutas partículas parecen haber sido arrojadas desde Marte.

El artículo siguiente lo desarrolla.

Recomendamos al lector leer también el excelente artículo al respecto de Lisa Abend:

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