Catching Stardust, un nuevo libro de Natalie Starkey, explora nuestra relación con los cometas y los asteroides.
(Imagen: © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey ha participado activamente en la investigación de la ciencia espacial durante más de 10 años. Ha participado en misiones espaciales de retorno de muestras, como NASA Stardust y JAXA Hayabusa, y fue invitada a ser co-investigadora en uno de los equipos de instrumentos para la innovadora misión del cometa ESA Rosetta.
Su nuevo libro, "Catching Stardust", examina lo que estamos descubriendo sobre los cometas y los asteroides: cómo nos enteramos de ellos y qué tienen que compartir las rocas polvorientas y heladas sobre los orígenes del sistema solar. Lea un Q&A con Starkey sobre su nuevo libro aquí.
A continuación se muestra un extracto del Capítulo 3 de "Catching Stardust". [Los mejores encuentros cercanos del tipo cometa]
Cometas y Asteroides en la Tierra
En el transcurso de los últimos 50 años, la instrumentación espacial se ha vuelto cada vez más avanzada a medida que los humanos han perseguido un número variado de objetos diferentes en nuestro Sistema Solar para obtener imágenes, medir y muestrear. Los humanos han colocado con éxito un rover en pleno funcionamiento en el planeta Marte para recorrer su superficie, perforando y recolectando muestras para analizar a bordo su carga de instrumentos científicos. Un sofisticado laboratorio científico también ha sido enviado al espacio en un viaje de una década para alcanzar y aterrizar en un cometa a alta velocidad para realizar análisis de sus rocas, hielos y gases. Y esto es para nombrar solo algunos de los aspectos más destacados más recientes de la exploración espacial. Sin embargo, a pesar de estos avances y logros asombrosos, existen los mejores y más fáciles de controlar instrumentos científicos en la Tierra. El problema es que estos instrumentos de la Tierra no pueden enviarse al espacio con mucha facilidad: son demasiado pesados y sensibles para lanzarse a bordo de un cohete y necesitan condiciones casi perfectas para funcionar con precisión y exactitud. El ambiente espacial no es un lugar amigable, con extremos sustanciales de temperatura y presión, condiciones que no son adecuadas para instrumentos de laboratorio delicados y, a veces, temperamentales.
El resultado es que a menudo hay muchas ventajas en traer muestras de rocas espaciales a la Tierra para un análisis cuidadoso, considerado y preciso, en lugar de intentar lanzar instrumentos de laboratorio avanzados al espacio. Sin embargo, el principal problema es que recolectar rocas en el espacio y llevarlas de manera segura a la Tierra tampoco es una tarea sencilla. De hecho, el retorno de muestra desde el espacio solo se ha logrado unas pocas veces: desde la Luna con las misiones Apolo y Luna en la década de 1970, desde el asteroide Itokawa con la misión Hayabusa y desde el cometa 81P / Wild2 con la misión Stardust. Aunque cientos de kilogramos de roca lunar han sido devueltos a la Tierra, las misiones Hayabusa y Stardust solo devolvieron cantidades diminutas de muestra de roca, fragmentos del tamaño del polvo para ser precisos. Aún así, las muestras pequeñas son ciertamente mejores que ninguna, ya que incluso las rocas pequeñas pueden contener una inmensa cantidad de información en sus estructuras, secretos que los científicos pueden descubrir con sus instrumentos científicos altamente especializados en la Tierra. [Cómo atrapar un asteroide: misión de la NASA explicada (infografía)]
La misión Stardust, en particular, logró un gran avance en el conocimiento de la composición de los cometas. Las muestras de polvo del cometa que devolvió a la Tierra mantendrán a los científicos ocupados durante muchas décadas, a pesar de su masa limitada. Aprenderemos más sobre esta misión, y las preciosas muestras que recolectó, en el Capítulo 7. Afortunadamente, hay planes futuros para recolectar rocas del espacio, con algunas misiones en camino y otras en espera de financiación. Estas misiones incluyen visitas a asteroides, la Luna y Marte, y si bien todas pueden ser actividades arriesgadas sin garantía de que lograrán sus objetivos, es bueno saber que hay esperanza para el retorno de muestras del espacio para análisis basados en la Tierra. en el futuro.
La llegada de las rocas espaciales a la Tierra
Afortunadamente, resulta que hay otra forma de obtener muestras de rocas espaciales y ni siquiera implica abandonar los confines seguros de la Tierra. Esto se debe a que las rocas espaciales caen naturalmente a la Tierra como meteoritos todo el tiempo. De hecho, unas 40,000 a 80,000 toneladas de rocas espaciales caen en nuestro planeta cada año. Estas muestras de espacio libre se pueden comparar con los Huevos Kinder cósmicos: están llenas de premios celestes, información sobre nuestro Sistema Solar. Los meteoritos pueden incluir muestras de asteroides, cometas y otros planetas, la mayoría de los cuales aún no han sido muestreados por naves espaciales.
De las miles de toneladas de roca espacial que llegan a la Tierra cada año, la mayoría son bastante pequeñas, en su mayoría del tamaño de polvo, de las cuales aprenderemos más en el Capítulo 4, pero algunas rocas individuales pueden ser bastante grandes. Algunos de los meteoritos pedregosos más grandes que han llegado a la Tierra tienen un peso de hasta 60 toneladas, lo que equivale aproximadamente a cinco autobuses de dos pisos. Los meteoritos pueden originarse en cualquier parte del espacio, pero tienden a ser rocas de asteroides que se encuentran más comúnmente en la Tierra como piezas del tamaño de un guijarro, aunque también pueden aparecer piezas de cometas y planetas. Los trozos de asteroides pueden terminar lanzándose hacia la Tierra después de que se hayan desprendido de su asteroide principal más grande en el espacio, a menudo durante colisiones con otros objetos espaciales, lo que puede hacer que se rompan por completo o que se golpeen pequeñas piezas de sus superficies. En el espacio, una vez que estas pequeñas muestras de asteroides se han desprendido de su roca madre, se llaman meteroides y pueden pasar cientos, miles, quizás incluso millones de años viajando por el espacio hasta que finalmente chocan con una luna, un planeta o el Sol. A medida que la roca ingresa a la atmósfera de otro planeta, se convierte en un meteorito y, si estas piezas alcanzan la superficie de la Tierra, o la superficie de otro planeta o Luna, se convierten en meteoritos. No hay nada mágico en que una roca espacial entrante se convierta en un meteorito, es simplemente un nombre que la roca recibe cuando se vuelve estacionaria en la superficie del cuerpo que encuentra. [Tormentas de meteoros: cómo funcionan las pantallas de gran tamaño de 'Shooting Stars' (Infografía)]
Si todas estas rocas espaciales llegan naturalmente a la Tierra de forma gratuita, entonces podría preguntarse por qué los científicos se molestan en visitar el espacio para intentar tomar muestras. A pesar del hecho de que las rocas que caen a la Tierra muestrean un rango mucho más amplio de objetos del Sistema Solar que los humanos pueden visitar en muchas vidas, estas muestras tienden a estar sesgadas hacia aquellas que pueden sobrevivir mejor a los duros efectos de la entrada atmosférica. El problema surge debido a los cambios extremos de temperatura y presión experimentados por una roca, o cualquier objeto, durante la entrada atmosférica desde el espacio a la Tierra, variaciones que son lo suficientemente grandes como para destruir totalmente una roca en muchos casos.
Los cambios de temperatura durante la entrada a la atmósfera ocurren como resultado directo de la alta velocidad de entrada del objeto, que puede ser de alrededor de 10 km / sa 70 km / s (25,000 mph a 150,000 mph). El problema para la roca espacial entrante cuando viaja a estas velocidades hipersónicas es que la atmósfera no puede apartarse lo suficientemente rápido. Tal efecto está ausente cuando una roca viaja a través del espacio, simplemente porque el espacio es un vacío, por lo que hay muy pocas moléculas presentes para chocar entre sí. Una roca que viaja a través de una atmósfera tiene un efecto de golpeteo y compresión sobre las moléculas que encuentra, haciendo que se acumulen y se disocien en sus átomos componentes. Estos átomos se ionizan para producir una cubierta de plasma incandescente que se calienta a temperaturas extremadamente altas (hasta 20,000 grados C (36,032ºF)) y envuelve la roca espacial, haciendo que se sobrecaliente. El resultado es que la roca parece arder y brillar en la atmósfera; lo que podríamos llamar una bola de fuego o una estrella fugaz, dependiendo de su tamaño.
Los efectos de este proceso provocan un cambio físico notable en la roca entrante, que en realidad nos facilita la identificación cuando se convierte en un meteorito en la superficie de la Tierra. Es decir, la formación de una corteza de fusión, que se desarrolla a medida que la roca penetra en la atmósfera inferior y se ralentiza y calienta por fricción con el aire. La porción exterior de la roca comienza a derretirse y la mezcla de líquido y gas que se forma es barrida por la parte posterior del meteorito, llevándose el calor consigo. Si bien este proceso es continuo y significa que el calor no puede penetrar en la roca (actuando así como un escudo térmico), cuando la temperatura finalmente cae, el 'escudo térmico' fundido se solidifica cuando el último líquido restante se enfría en la superficie de la roca para formar la fusión corteza. La corteza oscura, a menudo brillante, resultante de los meteoritos es una característica distintiva que a menudo se puede utilizar para ayudar a identificarlos y distinguirlos de las rocas terrestres. La formación de la corteza de fusión protege las partes internas del meteorito de los peores efectos del calor, preservando la composición del asteroide, cometa o planeta padre del que se originó. Sin embargo, aunque los meteoritos se parecen mucho a sus padres, no son una coincidencia exacta. En el proceso de formación de la corteza de fusión, la roca pierde algunos de sus componentes más volátiles a medida que se evaporan con los cambios extremos de temperatura experimentados en las capas externas de la roca. La única forma de obtener una muestra 'perfecta' sería recolectar una directamente de un objeto espacial y devolverla en una nave espacial. Sin embargo, dado que los meteoritos son muestras gratuitas del espacio, y ciertamente más abundantes que las muestras devueltas por las misiones espaciales, ofrecen a los científicos una gran oportunidad para descubrir de qué están hechos realmente los asteroides, los cometas e incluso otros planetas. Están muy estudiados en la Tierra por este motivo. [6 Datos curiosos sobre el cometa Pan-STARRS]
A pesar de la formación de una corteza de fusión, los efectos de la entrada a la atmósfera pueden ser bastante duros y destructivos. Esas rocas con menor resistencia a la compresión o menor aplastamiento tienen menos probabilidades de sobrevivir a la experiencia; Si un objeto sobrevive a la desaceleración a través de la atmósfera, su resistencia a la compresión debe ser mayor que la presión aerodinámica máxima que experimenta. La presión aerodinámica es directamente proporcional a la densidad local de la atmósfera, que depende del planeta con el que se encuentre un objeto. Entonces, por ejemplo, Marte tiene una atmósfera más delgada que la Tierra que no actúa para ralentizar tanto los objetos entrantes y explica por qué los ingenieros espaciales tienen que pensar con mucho cuidado sobre aterrizar naves espaciales en la superficie del planeta rojo, ya que sus sistemas de desaceleración no pueden ser probado previamente en la Tierra.
La resistencia a la compresión de una roca está controlada por su composición: su proporción de minerales de roca, metales, material carbonoso, fases volátiles, cantidad de espacio en los poros y qué tan bien se empaquetan sus materiales componentes. Por ejemplo, las rocas espaciales resistentes, como las de los asteroides ricos en hierro, tienden a sobrevivir a los cambios extremos de temperatura y presión a medida que se precipitan a gran velocidad a través de la atmósfera de la Tierra. Los meteoritos pedregosos también son bastante robustos, incluso cuando contienen poco o nada de hierro. Aunque el hierro es fuerte, los minerales de roca en sí pueden estar muy bien unidos para crear una pieza de roca resistente también. Los meteoritos que tienen menos probabilidades de sobrevivir a la entrada atmosférica intactos son aquellos que contienen un mayor porcentaje de volátiles, espacio poroso, fases carbonosas y los llamados minerales hidratados, aquellos que han acomodado el agua en su estructura de crecimiento. Dichas fases se encuentran en gran abundancia en los meteoritos conocidos como condritas carbonáceas y también en los cometas. Estos objetos son, por lo tanto, más sensibles a los efectos del calentamiento y no pueden resistir las fuerzas aerodinámicas que experimentan a medida que viajan a través de la atmósfera de la Tierra. En algunos casos, no son más que un puñado de nieve esponjosa y poco consolidado con algo de tierra mezclada. Incluso si arrojas una bola de nieve hecha de tal mezcla de materiales, podrías esperar que se desintegre en el aire. Esto demuestra por qué una muestra grande de un cometa generalmente se considera poco probable que sobreviva a los fuertes efectos de presión y calentamiento de la entrada a la atmósfera sin derretirse, explotar o romperse en pedazos muy pequeños. Como tal, a pesar de las grandes colecciones de meteoritos en la Tierra, los científicos aún no están seguros de haber encontrado un meteorito grande específicamente de un cometa debido a las estructuras extremadamente frágiles que se espera que tengan. El resultado de todo esto es que algunas rocas espaciales están sobrerrepresentadas como meteoritos en la Tierra simplemente porque sus composiciones resisten mejor los efectos de la entrada a la atmósfera.
Extraído de Catching Stardust: Comets, Asteroids and the Birth of the Solar System por Natalie Starkey. Copyright © Natalie Starkey 2018. Publicado por Bloomsbury Sigma, una impresión de Bloomsbury Publishing. Reimpreso con permiso.
