Cuasi-satélites que circundan la Tierra: Asteroide 3753 Cruithne

Los asteroides cercanos a la Tierra (Near-Earth asteroids -NEAs-) son nuestros vecinos más cercanos en el Sistema Solar, además de la Luna, ya que algunos de estos objetos pasan más cerca de la Tierra que la distancia a la que se halla la Luna. Estos objetos, con rangos de tamaño que van desde los 30-40 Km a sólo unos metros, son importantes para comprender la frecuencia de los impactos que ha sufrido la Tierra en el pasado y los que podría sufrir en el presente. También podrían resultar útiles como bases y/o como fuentes de minerales cuando los humanos se muevan en el espacio vecino.
El asteroide vecino 3753 Cruithne posee una órbita inusual, que recorre lo que en la jerga de la mecánica celeste se denomina un trayecto co-órbital con la Tierra (lo que significa que comparte la órbita con ella). Durante años se supo en forma teórica que esta configuración orbital podía existir. La forma de la órbita es de un tipo denominado "horseshoe" (herradura de caballo). El nombre de "órbita de herradura" surge, obviamente, de la forma que tiene.

Fotografía del asteroide 3753 Cruithne (entre los dos guiones).

Un diagrama orbital en "co-rotación" sólo se puede visualizar si el observador se mueve junto al planeta en cuestión, en este caso la Tierra. Hay que imaginar que uno está ubicado por encima del polo norte de la Tierra, siguiéndola a lo largo de su órbita, y observa el recorrido del asteroide desde esta posición privilegiada. El comportamiento inusual del asteroide se hace evidente al observarlo de este modo. Si se pretende visualizar el movimiento en un diagrama fijo, que no rota, se hace mucho más difícil.
Antes de considerar el movimiento de Cruithne, vamos a examinar una situación menos complicada. Abajo vemos el tipo de órbita en herradura más simple que es posible para un asteroide hipotético. Sólo se muestran las órbitas de los planetas interiores del Sistema Solar. Se los ha identificado con su símbolo tradicional y son, desde el Sol hacia fuera: Mercurio (violeta), Venus (verde), la Tierra (celeste) y Marte (rojo). El recorrido del asteroide se ve en amarillo.

En esta imagen co-rotante se supone que la Tierra es estacionaria y que nosotros vemos moverse en su vecindad a este asteroide hipotético. Vemos que se aproxima a la Tierra y cuando está suficientemente cerca gira y vuelve sobre su camino, y luego repite el mismo movimiento en el otro extremo. Esta distribución inusual, en la que el encuentro cercano con el planeta no termina en impacto o en una fuerte distorsión de la órbita del asteroide, se llama "en herradura". Obsérvese que el asteroide no gira alrededor de la Tierra, sino que comparte su órbita.
Otra forma de ver esta herradura es imaginar una autopista circular de tres carriles. La Tierra es un gran camión que se mueve a una velocidad contante por el carril central y el asteroide es un automóvil. Cuando va por el carril externo, el automóvil se mueve un poco más despacio que el camión y entonces éste se acerca y lo va alcanzando. Pero justo cuando el camión está por pasarlo, el automóvil se pasa al carril interior y acelera. Entonces se va alejando del camión, pero como el recorrido es circular, se volverían a encontrar, porque el auto alcanzaría al camión por detrás. Cuando esto está por ocurrir, el auto retorna al carril exterior y baja su velocidad, y el ciclo se repite. Esto es lo que ocurre en un diagrama simple en herradura, ambos vehículos comparten la misma autopista, pero de una manera coordinada que evita las colisiones. En realidad la delicada coordinación del asteroide y la Tierra se produce gracias a las leyes de la mecánica celeste, que sólo requieren que se den las condiciones correctas.

Las órbitas en herradura pueden ser más complicadas que lo que se vio arriba. Aunque hasta ahora no se conocen ejemplos en la naturaleza, los estudios teóricos han mostrado que se pueden dar herraduras espiraladas, como la que se ve en la figura de abajo. Volviendo al ejemplo gráfico del automóvil y el camión, aquí el camión (la Tierra) se mueve a una velocidad constante por el carril central pero el automóvil cambia constantemente de carril y de velocidad, de modo que alternadamente se adelanta o se pone detrás en relación con el camión. Igual que en el ejemplo anterior, un asteroide que se mueva en esta configuración sería efectivamente "repelido" por la Tierra en cada aproximación.
Cruithne sigue una órbita de herradura espiralada, similar a la que se esquematizó arriba, pero su comportamiento es todavía más raro. En primer lugar, la espiral es más apretada, con forma de riñón. En segundo lugar, una parte de la herradura se superpone con la posición de la Tierra cuando se mira desde arriba. Abajo se ven cuatro imágenes (con una secuencia de izquierda a derecha) que muestran un lapso de la herradura de Cruithne. Nótese que la órbita en herradura de Cruithne está compuesta de apretadas vueltas con forma de riñón, que están tan apretadas en la figura que se hace imposible distinguirlas individualmente. Recuerde: hay dos tipos de movimiento aquí: 1) el asteroide recorre en un año la figura en forma de riñón, 2) la figura de riñón se corre en el tiempo a lo largo de la órbita de la Tierra, siguiendo una espiral que, al completar su recorrido, luego de 385 años, ha llenado la forma de herradura con sus recorridos sucesivos superpuestos.

Aunque parezca que se forma un simple anillo, esto ocurre a causa de la superposición del recorrido del asteroide con la posición de la Tierra en el momento en que cambia de dirección. Las apretadas espiras que recorre el asteroide forman casi un anillo completo, pero queda una pequeña separación. Esta característica es otra faceta interesante e inesperada del comportamiento del asteroide y es una de las cosas que hacen que esta órbita en herradura sea la más compleja que se conoce.
La superposición del recorrido del asteroide con la posición de la Tierra es aparente, no produce peligro de colisión porque el plano de la órbita del asteroide está muy inclinado con respecto al plano de la Tierra. La superposición que se ve de arriba ocurre en un momento en que el asteroide pasa por debajo de la posición de la Tierra. En la imagen de abajo se muestran dos vistas de perfil del Sistema Solar interior que ilustran esta inclinación.

Desde los puntos relativos que se ha graficado se ve claramente la inclinación del plano de la órbita de Cruithne con respecto a la de otros planetas. Gracias a esta inclinación, Cruithne nunca llega a estar demasiado cerca de la Tierra. Su máxima cercanía es de alrededor de 0,1 unidades astronómicas (unos 15 millones de kilómetros ó 40 veces la distancia de la Tierra a la Luna). En esta época el asteroide está alejándose de la porción superpuesta con la Tierra de la órbita en herradura y no volverá a estar más cerca de nosotros que 0,3 unidades astronómicas (45 millones de km) en el futuro cercano. Cuando se halla en su máximo acercamiento, pasa casi justo por debajo del polo sur de nuestro planeta.
Aunque se sabe poco del asteroide 3753 Cruithne, ahora que se conocen sus características interesantes es muy posible que será foco de muchos más estudios. Quizás tenga más sorpresas para darnos.
Traducción de Juan Carlos Jiménez
Fuente: Astro
Órbitas de Cruithne y la Tierra.

Quantum opina:
Lo antes expuesto corresponde a un artículo científico realizado por Paul Wiegert, Kim Innanen y Seppo Mikkola, publicado en la revista científica británica Nature el 12 de junio de 1997. El asteroide 3753 Cruithne fue descubierto en 1986 pero no fue hasta 1997 cuando estos científicos usaron simulaciones computacionales para entender su comportamiento. Al principio, Wiegert no podía creer en sus cálculos y pensó que era un error computacional. Al repetirlos varias veces terminó convenciéndose.
El número 3753 está dado por su denominación oficial en el catálogo de asteroides conocidos. El nombre Cruithne fue dado por sus descubridores y hace referencia a un grupo tribal céltico. Se estima que para el año 2277, la órbita del asteroide se encontrará con la Tierra, elevando un poco la órbita de Cruithne. Volverá a este punto 752 años después, en 3029.
Desde la perspectiva de la Tierra, la órbita de Cruithne parece tener forma de riñón.

La órbita de Cruithne estará sincronizada con la de la Tierra por mucho tiempo, sin riego de colisión, al menos en algunos millones de años. Las órbitas no se cruzan y el plano orbital del asteroide está inclinado en relación al nuestro por casi 20º. Para ser visto, Cruithne, se necesitaría un telescopio muy, muy grande, ya que en oposición su magnitud es de 15.8, más débil que Plutón.