El sistema solar está extrañamente polvoriento. ¿Cómo diablos llegó allí?

El resplandor que ves al amanecer o al atardecer es causado por el polvo cósmico. Durante décadas, los astrónomos pensaron que provenía de asteroides, 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, persuadió 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 pequeñas partículas parecen ser arrojadas desde Marte.

Tendemos a pensar en los cambios de paradigma como transformaciones generales: de una visión religiosa del mundo a una racionalista; de un universo centrado en la Tierra a uno heliocéntrico. Pero a veces comienzan con un minuto como polvo. Si Jørgensen y su equipo de investigadores tienen razón, sus hallazgos podrían aumentar nuestra comprensión del sistema solar. Pero primero tendrán que superar cuarenta años de investigaciones contradictorias y el escepticismo de muchos expertos, incluido uno con un concierto secundario menor como guitarrista de Queen.

Aunque no te des cuenta de esto, es posible que hayas visto el polvo en cuestión, o al menos su efecto: un extraño resplandor cónico que emana del horizonte justo antes del amanecer o después del atardecer. El poeta y astrónomo persa Omar Khayyam puede haberse referido a esto cuando escribió en el Rubaiyat de 1132 sobre el «falso amanecer», pero el fenómeno se conoce mejor como luz zodiacal. En la década de 1980, los científicos con la ayuda de satélites que podían medir las emisiones infrarrojas se dieron cuenta de que la luz provenía de partículas en las bandas alrededor del Sol. Creían que estas partículas parecían provenir de asteroides que derramaban polvo mientras viajaban hacia el interior del sistema solar. «El satélite mostró que hay una estructura en la nube zodiacal», dice Stanley Dermott, uno de los primeros científicos en desarrollar la teoría de los orígenes de los asteroides de las bandas de polvo del zodíaco, «y el modelo mostró que estaban relacionados con colisiones de asteroides. » «

La investigación más reciente ha complementado otras partes de la imagen, incluida la contribución de los cometas, pero se ha consolidado en torno a una explicación de que estos cuerpos transportaron polvo al interior del sistema solar. Y esta explicación, dice Jørgensen, quien es profesor en la Universidad Técnica de Dinamarca en Copenhague, es exactamente lo que sus descubrimientos golpearon inesperadamente. «Simplemente llegó a nuestro conocimiento entonces. Buscaba algo más. «

En busca de asteroides más pequeños, Jørgensen y su equipo programaron una de las cuatro cámaras de seguimiento que diseñaron para fotografiar cualquier objeto celeste que apareciera en múltiples imágenes y rastrear su velocidad. Comenzó cuando Juno dio la vuelta a Marte, justo antes de dirigirse a la Tierra para obtener el aumento necesario de velocidad que le permitiría escapar de la gravedad terrestre, una maniobra conocida como «asistencia gravitacional». Luego volvió a cruzar Marte de camino a Júpiter. «Medimos el área entre Marte y la Tierra dos veces», dice Jørgensen. «Nuestras mediciones continúan hasta Júpiter. Es la primera vez que los ha probado. «

Durante las primeras tres semanas, mientras la nave espacial se movía por el área donde esperaban ver asteroides, no hubo nada. Y luego, de repente, hubo muchos. En una declaración sobre el descubrimiento de la NASA en marzo en el Journal of Geophysical Research, Jørgensen la describió como «alguien que sacude un mantel polvoriento por la ventana».

Les tomó un tiempo darse cuenta de lo que estaban viendo; Jørgensen incluso temió por un corto tiempo que las rayas capturadas fueran evidencia de una fuga de combustible. Pero una vez que él y su equipo calcularon el tamaño y la velocidad de los objetos, lograron algo aún más sorprendente: eran pequeñas piezas de los paneles solares expansivos de su nave espacial, «liberados» por partículas de polvo que chocaban con Juno a una velocidad de 16.000 kilómetros. una hora. Tanto en términos de velocidad como de tamaño, las partículas correspondían al polvo que forma las bandas del zodíaco. Debido a que las partículas de polvo viajan a velocidades que las hacen casi imposibles de capturar visualmente (viajan a una velocidad de 5 a 40 kilómetros por segundo), se miden por su impacto; los fragmentos rotos se mueven un poco más lentamente y, por lo tanto, son más fáciles de imaginar.

No encontraron polvo cerca de la Tierra y, cuando Juno entró en el campo gravitacional de Júpiter, las partículas volvieron a desaparecer. Fue solo cuando el barco estuvo cerca de Marte que fue predominante. El patrón de la órbita casi circular del polvo también encaja perfectamente con el de Marte. «Al principio éramos escépticos acerca de nuestros propios datos», dice Jørgensen. «Pero no importa cómo le di la vuelta, no pude ver otra opción que la de que el polvo debe provenir del sistema de Marte».

El descubrimiento es significativo, en parte porque es la primera vez que los científicos han podido medir la distribución de estas partículas de polvo en el espacio. Hasta la fecha, los colectores de polvo dedicados, que son más pequeños en tamaño que los vastos paneles solares de Juno y, por lo tanto, menos sensibles a las colecciones de partículas raras, han contado principalmente las partículas de polvo interestelar más abundantes y mucho más pequeñas que las partículas interplanetarias detectadas por Juno. Pero también puede cambiar el consenso científico sobre la fuente de la luz zodiacal. El equipo de Jørgensen desarrolló un modelo informático para predecir la luz reflejada por la nube de polvo. En palabras de Jack Connerney, investigador de magnetómetros en el Goddard Space Flight Center de la NASA y coautor de Jørgensen, este modelo proporciona «la confirmación de que sabemos exactamente cómo orbitan estas partículas en nuestro sistema solar y de dónde vienen».

Por supuesto, quedan algunas preguntas importantes y, como señalan Jørgensen y sus coautores, la principal es exactamente cómo llegó el polvo allí. Aunque se sabe que Marte es un lugar polvoriento, y las tormentas de polvo no son infrecuentes para que ese polvo abandone el planeta por completo, debería escapar de la gravedad de Marte, y los científicos no han identificado el mecanismo preciso por el cual ocurre. Los autores concluyen que es posible que el polvo provenga de dos de las lunas más claras de Marte.

Muchos expertos en polvo espacial, y sí, hay muchos de ellos, siguen sin estar convencidos de la polvorienta hipótesis de Jørgensen. Entre ellos se encuentra Brian May, que comenzó a trabajar sobre el tema en la década de 1970 pero cuya carrera como astrofísico fue interrumpida por un desvío como guitarrista de Queen. May regresó a la astrofísica en 2007 y se centró en la velocidad de las partículas de polvo en la nube zodiacal para su doctorado. Pero, como le dijo al sitio web científico danés Videnskab en una breve declaración, «Estos datos de Juno no desafían seriamente la hipótesis de que la estructura detallada de la luz zodiacal vista desde la Tierra se debe a colisiones entre miembros de ciertas familias de asteroides. Cinturón de asteróides. «

Otros son menos despectivos, pero aún ven debilidades en el trabajo. Dermott se equivoca en su investigación porque no se dio cuenta de la forma del polvo. “Sabemos que hay una estructura discreta en la nube zodiacal y cualquier modelo debe explicar por qué la fuente explica esta estructura. No he visto eso. Petr Pokorny, un investigador de la NASA, también aprecia los datos, calificándolos de «un reservorio importante que servirá a la comunidad en los próximos años», pero no está convencido por la interpretación de Jørgensen. Observa que los paneles solares planos unidireccionales de Juno fueron en realidad «orbitados» por el impacto de partículas de polvo provenientes de direcciones perpendiculares o detrás de los paneles solares, lo que significa que no pudo capturar toda la complejidad del entorno, y no lo logra. no compararon el modelo con los modelos existentes. «Sin un modelo formal, solo puedo adivinar ahora, pero no veo una forma en que el polvo generado en Marte o en sus alrededores pueda explicar varios fenómenos relacionados con el polvo», escribió en respuesta a preguntas por correo electrónico. “Tampoco conozco un mecanismo que pueda producir la cantidad de polvo necesaria para soportar la forma actual de la nube de polvo zodiacal o al menos su pequeña porción. Tenemos rovers en Marte, satélites que orbitan alrededor de Marte y no hemos detectado ninguna actividad polvorienta. «

Aunque sigue siendo escéptico, Pokorny admite que, si se apoya, la teoría de Jørgensen transformaría el campo. «Son ideas completamente revolucionarias para nosotros, porque eso impulsa nuestro campo y nuestra humanidad, pero cada hallazgo debe estar muy bien motivado y examinado por la comunidad», escribe. «No podría estar más feliz si los hallazgos del Dr. Jørgensen fueran correctos. Esto representaría un gran cambio de paradigma en nuestro campo. Pero en este momento, personalmente no veo una manera de enmarcar el polvo marciano en la historia, al menos no ahora. «

Por su parte, Jørgensen sugiere que algunas de las discrepancias pueden explicarse por la fuente innovadora de los datos y acepta que la resistencia a una nueva teoría es natural cuando contradice una comprensión profundamente arraigada. «Durante los últimos 40 años, ha existido un consenso de que el polvo proviene del cinturón de asteroides. Pero debemos tener en cuenta que la idea proviene de observaciones realizadas con telescopios en la Tierra o mediciones de satélites en órbita alrededor de la Tierra. Somos los primeros en salir a probar si el polvo está ahora en el cinturón de asteroides. Pisamos muchos dedos de los pies. «

Sin embargo, incluso sus críticos ven valor en las implicaciones de los hallazgos para la forma en que están equipadas las naves espaciales. Para reducir su peso, la NASA ha equipado algunos, como Lucy, cuyo lanzamiento está programado para este otoño, con los paneles solares y otros dispositivos más delgados. Pero dado el tamaño y la velocidad de las partículas detectadas por Juno, esta puede ser una estrategia incorrecta. «Lo que necesitan», dice Jørgensen, «es un chaleco antibalas. «

En este sentido, dice Dermott, las conclusiones son «absolutamente un cambio de paradigma». Pokorny está de acuerdo. «No podría estar más de acuerdo con las conclusiones de Jørgensen. Todos quieren construir la nave espacial lo más liviana posible para ahorrar dinero en instrumentos, por lo que evaluar la cantidad correcta de escenarios de protección y mitigación de daños es parte de cada misión espacial. Las misiones futuras con paneles solares mejores y más grandes ciertamente deberían tener en cuenta que hay un impacto de partículas de polvo de alta velocidad en nuestro sistema solar y son bastante comunes y difíciles de evitar ”, dice.

Jørgensen cree que el uso de cámaras de seguimiento de estrellas para evaluar dónde está el polvo y puede que algún día no abra nuevas posibilidades para explorar exoplanetas en condiciones de vida, ya que hasta hace poco se les había impedido a los científicos buscar los gases que sustentan la vida a través de su creencia de que la expansión de nubes de polvo haría imposible esta detección. Él y su equipo están recopilando nuevos datos de las cámaras de seguimiento de estrellas en un barco de los Emiratos Árabes Unidos que llegó a Marte en febrero y están esperando una posible corroboración de los datos recopilados en una misión anterior y de la NASA a Júpiter. Mientras tanto, acoge con agrado las críticas que ha suscitado su potencial cambio de paradigma. «Tiene que ser igual de desafiante», dice sobre el rebote. «De lo contrario, no es divertido».

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