Lluvia de meteoroides en Mercurio

Ilustración artística de Mercurio atravesando la pista de restos dejados por el cometa Encke. Crédito: NASA/Goddard.

Mercurio es afectado regularmente por el polvo de un antiguo cometa, concluye un nuevo estudio. Tiene un efecto detectable en la tenue atmósfera del planeta y puede llevar a un nuevo paradigma de cómo estos cuerpos sin aire mantienen sus cubiertas etéreas.

Las personas no son ajenas a los efectos del polvo cometario en un planeta y su entorno. En una noche clara y sin luna, somos testigos del fin de innumerables de estos granos de polvo cuando se queman en la atmósfera de la Tierra en forma de meteoros o “estrellas fugaces”. En ciertos momentos del año, sus números aumentan considerablemente, creando un espectáculo natural de fuegos artificiales: una “lluvia de estrellas”. Este fenómeno es causado por el paso de la Tierra a través de una corriente de partículas de polvo dejadas por ciertos cometas.

Una de las lluvias más conocidas, las Perseidas, son originadas por el cometa Swift-Tuttle, que fue observado por última vez en 1992 y no volverá al Sistema Solar interior hasta dentro de un siglo. Pero la Tierra no es el único planeta del Sistema Solar que barre polvo cometario de esta manera. El año pasado, el cometa Siding Spring pasó a unos 160.000 km de Marte, depositando su varias toneladas de material cometario en su atmósfera superior. Los efectos fueron registrados por instrumentos a bordo de varias sondas que orbitan Marte, tales como las misiones MAVEN y Mars Express.

Generalmente, se piensa que los objetos como la Luna y Mercurio no tienen atmósfera, pero desde la época de los aterrizajes de las misiones Apollo se sabe que están rodeados por nubes de partículas atómicas procedentes de la superficie o llevadas por el viento solar. Si bien son tenues en comparación con las atmósferas de la Tierra o Marte, los registros observacionales han revelado que estas exósferas cercanas a la superficie son entidades complejas y dinámicas, dignas de estudio.

La sonda MESSENGER de la NASA, la primera misión en orbitar Mercurio, midió cómo ciertas especies en la exósfera varían con el tiempo. El análisis de los datos de Matthew Burger (Universidad Estatal Morgan) y sus colegas encontró un patrón en la variación de calcio que se repite de un año de Mercurio al siguiente. Para investigarlo, Rosemary Killen (Centro de Vuelo Espacial Goddard) se asoció con Joe Hahn (Instituto de Ciencia Espacial) para comprender qué ocurre cuando Mercurio pasa a través de la nube zodiacal de polvo interplanetario alrededor del Sol y su superficie es bombardeada por meteoroides de alta velocidad.

Los investigadores descubrieron que la cantidad de calcio observada y el patrón en que varía podría ser explicado por material liberado por la superficie del planeta debido a los impactos. Pero un aspecto de los datos no tenía sentido: el máximo en la emisión de calcio es observado justo después que Mercurio pasa por su perihelio –el punto de su órbita más cercano al Sol– mientras que el modelo de Killen y Hahn predijo que el máximo ocurriría justo antes del perihelio. Algo estaban pasando por alto.

Ese “algo” llegó en forma de una corriente de polvo cometario. Descubierto en el siglo 18, el cometa Encke adquirió su nombre por el matemático alemán que calculó por primera vez su órbita. Tiene el periodo más corto de los cometas conocidos, regresando a su perihelio cada 3,3 años a una distancia de casi 50 millones de kilómetros del Sol. Su órbita, y la de cualquier partícula de polvo arrojada por éste, es tan estable que, con el paso de los milenios, se habría formado una densa corriente de polvo. Killen y Hahn propusieron que el polvo de Encke al impactar Mercurio podría levantar más calcio de la superficie y explicar lo observado por MESSENGER. Sin embargo, la coincidencia no era perfecta. Por un lado, Encke está más cerca de la órbita de Mercurio aproximadamente una semana después del máximo de calcio. Los investigadores postularon que la evolución de la corriente de polvo, con el paso de miles de años, de alguna manera había desplazado la corriente de la órbita actual del cometa Encke.

Pero, ¿qué estaba causando el desplazamiento? Para descubrirlo, Killen y Burger se unieron a Christou para simular la evolución de la corriente de Encke durante varias decenas de miles de años; probablemente el tiempo de vida del cometa. Christou tuvo primero que calcular una “mejor estimación” de la órbita del cometa muchos miles de años antes que fuera observado por primera vez. Comenzando desde ese punto en el tiempo, rastreó una nube simulada de granos de polvo lanzados por el núcleo del cometa para averiguar si –y dónde– sus órbitas podrían intersectar la de Mercurio. Descubrió que el polvo, en lugar de alejarse de la órbita del cometa, simplemente se dispersó, formando una corriente que se encuentra con Mercurio exactamente cuando lo hace el cometa.

Luego, se volvió a ejecutar el modelo para tener en cuenta una interacción sutil entre los granos de polvo y la luz solar, lo que se conoce como arrastre de Poynting-Robertson. Este efecto crea una fuerza extra, aunque pequeña, sobre los granos que podría dar cuenta de un cambio importante en la órbita con el paso de largos periodos de tiempo. El resultado fue que la órbita de la corriente en las simulaciones se desplazó detrás de la órbita del cometa y hacia la ubicación donde se observó el máximo de emisión de calcio. Además, la magnitud del desplazamiento dependía del tamaño de los granos de polvo –granos más grandes implican una fuerza de arrastre menor– y de hace cuánto tiempo fueron liberados por el cometa. Christou descubrió que podría reproducir el momento del máximo de calcio para granos de aproximadamente un milímetro de tamaño, eyectados desde Encke entre 10.000 y 20.000 años atrás. Esto es consistente con lo que sabemos acerca del polvo cometario: grandes cantidades de granos cometarios de un milímetro ingresan a la atmósfera de la Tierra cada día, creando meteoros visibles. Esto también concuerda con las mejores estimaciones actuales de la edad de la corriente, basados en los estudios de meteoros en la Tierra.

“Descubrir que podemos mover la ubicación de la corriente para que coincida con las observaciones de MESSENGER es gratificante, pero el hecho de que el desplazamiento concuerde con lo que sabemos acerca de Encke y su corriente desde fuentes independientes nos da seguridad de que la relación causa-efecto es real”, explicó Christou.

El trabajo ha sentado un precedente interesante sobre la importancia de las diferentes poblaciones de polvo en la producción de la exósfera.

“Ya sabíamos que los impactos eran importantes en la producción de las exósferas. Lo que no sabíamos era la relativa importancia de las corrientes de cometas a en el polvo zodiacal. Aparentemente, las corrientes de cometas pueden tener un efecto enorme, pero periódico”, dijo Killen.

El artículo “The meteoroid stream of comet Encke at Mercury: Implications for MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging observations of the exosphere” fue publicado en la edición del 28 de septiembre de 2015 de Geophysical Research Letters.

Fuente: NASA