Sobre la fascinante geología de Plutón y los mundos distantes del cinturón de Kuiper

11/07/2015 3 comentarios
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Aunque el título parezca de ciencia ficción, la realidad muchas veces la supera. La sonda New Horizons hizo historia el pasado martes 14 de julio de 2015 al atravesar el sistema de Plutón y tomar impresionantes imágenes de lejanos planetoides helados. Con este encuentro, la NASA comienza su exploración del mítico cinturón de Kuiper, devolviendo a Plutón un ansiado y merecido protagonismo. El planeta enano posee una fascinante geología que nos permitirá comprender mejor el pasado de estos objetos.

UNA BREVE HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DE PLUTÓN

La fortuna de Percival Lowell (1855-1916) le permitió construir el observatorio que lleva su nombre en Flagstaff (Arizona) en 1894. Desde allí comenzó una búsqueda del planeta que aparentemente perturbaba el movimiento de Neptuno. Moriría sin saber que había obtenido imágenes de ese planeta X pero sería su sucesor en su programa, Clyde William Tombaugh (1906-1997), quien identificaría en sucesivas placas fotográficas tomadas el 23 y 29 de enero de 1930 la presencia de un débil punto luminoso que será el protagonista (principal) de nuestra historia: Plutón. Para la mayoría, Tombaugh había descubierto el ansiado planeta X, al menos, por unas decadas.

A raíz del descubrimiento de Caronte y otros objetos del cinturón transneptuniano que indicaban que el tamaño y localización de Plutón no era tan relevante como para ser considerado un planeta, la Unión Astronómica Internacional (UAI) decidió en 2006 desbancar a Plutón de su estatus planetario. Podríamos pensar que Plutón cayó en el infortunio desde que fue relegado de ese estatus al convertirse en un planeta enano pero lo cierto es que la misión New Horizons está a punto de ponerlo en el lugar que le corresponde. Comencemos viendo lo que los humanos conocíamos de Plutón gracias al Telescopio Espacial Hubble (Fig. 1)

Fig. 1. Diversas formaciones de albedo son visibles en estas imágenes del Hubble en las que claramente nos damos cuenta de que la resolución es demasiado baja para revelar los detalles. Pese a ello, las imágenes daban a entender que Plutón posee una superficie heterogénea.

 LA MISIÓN NEW HORIZONS DE NASA

Lanzada el 19 de enero de 2006, esta sonda posee una pequeña masa de 400 kg. Responde al concepto de una misión pequeña con gran capacidad para explorar los objetos más distantes del sistema solar empleando la asistencia gravitatoria de los planetas. Básicamente consta de siete instrumentos científicos: cámaras, espectrómetros, detectores de radio, plasma y partículas así como un contador de partículas de polvo para analizar la envoltura de Plutón. No voy a entrar en detalle en describir todos esos instrumentos, sino describir someramente los objetivos científicos que los han motivado. El objetivo no sólo es comprender la fisonomía y geología de este planeta enano sino también caracterizar su entorno dado que se conoce que la atmósfera es muy extensa y puede estar criogénicamente activo. En base a los primeros resultados, parece mentira que una misión con las implicaciones que ha tenido New Horizons, descubriéndonos unos mundos que desconocíamos por completo, haya costado tan solo unos 720 millones de dólares que en buena medida también se han invertido en puestos de trabajo. Toda una enseñanza sobre el nuevo modelo que debería seguirse en pro del fomento de la exploración espacial y el desarrollo tecnológico en nuestro país. Cualquier nuevo estadio deportivo puede llegar a costar mucho más que esa cantidad.

A espera de la fase de ciencia más completa durante la aproximación, el instrumento que más nos está maravillando por el momento es la cámara LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) capaz de obtener imágenes digitales pancromáticas de gran resolución espacial por poseer un chip con un píxel de 0,3 micras. A ese instrumento se le une un multinstrumento conocido como PERSI que consiste de una cámara y dos espectrómetros en las bandas del IR y el UV.

¿POR QUÉ EXPLORAR UN PLANETA ENANO?

Antes de nada definamos qué es un planeta enano y asegurar que no albergamos ningún ánimo peyorativo al denominarlo de esa manera. Para recibir esa denominación hemos establecido en la Unión Astronómica Internacional (UAI) que un cuerpo planetario debe encontrarse en órbita solar, esto significa que no debe ser un satélite, y poseer un diámetro de alrededor de 1000 km. Tales dimensiones le confieren masa suficiente para que sus materiales se encuentren sometidos a equilibrio hidrostático por su propia gravedad y se vean abocados a adquirir una forma esférica apreciable. Hace poco la misión Dawn de la NASA nos descubría el planeta enano más cercano a la Tierra y que se encuentra en el cinturón principal de asteroides situado entre Marte y Júpiter: Ceres. Este interesantísimo objeto se encuentra unas tres veces más lejor del Sol que la Tierra y su modesto tamaño lo había relegado a ser un pequeño disco angular con ténues formaciones de albedo, más oscuras y claras.

Plutón es sumamente interesante ya en sí por sus dimensiones nada despreciables de unos 2370 km de diámetro. Posee un sistema de cinco satélites que ya revela que barre una región bastante densa de objetos de gran interés cosmoquímico y astrobiológico. Sospechamos que han sido capturados y que estos sistemas de objetos son comunes en el cinturón transneptuniano por las bajas velocidades relativas de los objetos que lo pueblan. El mayor de sus satélites, descubierto en 1978 como una mancha oblonga, en imágenes tomadas desde el United States Naval Observatory en Washington D.C. posee un diámetro nada despreciable de unos 1200 kilómetros y es el mayor de los satélites de Plutón (Fig. 2).

Fig. 2. Plutón y Caronte vistos por la sonda New Horizons vistos el pasado 8 de julio desde 6 millones de km (NASA-JHUAPL-SWRI)

COMIENZA LA EXPLORACIÓN DEL CINTURÓN TRANSNEPTUNIANO

¿Qué podría decirse del paso que da la humanidad explorando el sistema de Plutón este próximo martes 14 de julio? Para ir sospechando una respuesta deberíamos tener realmente claro que Plutón suele estar en su excéntrica órbita unas quince veces más distante que Ceres o casi unas diez veces la distancia al Sol del planeta Júpiter. En aquel remoto rincón del sistema solar se encuentran pequeños mundos por descubrir que posiblemente albergan claves interesantísimas sobre la formación de nuestro sistema solar y sobre los embriones que trajeron el agua y la materia orgánica a la Tierra. De hecho su densidad media estimada en unos de 2 g/cm3 hace pensar que debe ser rico en volátiles, con un contenido en agua que podría incluso alcanzar un tercio de su masa.

Fig. 3. Primer mapa de reflectancia y color obtenido del hemisferio Norte y ecuador de Plutón por la cámara Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) de New Horizons en su aproximación al planeta enano (NASA-JHUAPL-SWRI).

Fig. 3. Primer mapa de reflectancia y color obtenido del hemisferio Norte y ecuador de Plutón por la cámara Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) de New Horizons en su aproximación al planeta enano (NASA-JHUAPL-SWRI).

No debe olvidarse que buena parte de estos mundos helados debieron formarse en regiones más interiores del sistema solar pero fueron dispersados gravitatoriamente hacia el exterior como consecuencia de la migración de los gigantes Júpiter y Saturno hace unos 3800 millones de años (Trigo Rodríguez, 2012). Si estamos en lo cierto, la superficie de Plutón nos debe sorprender por su complejidad. De hecho, las últimas imágenes revelan un patrón complejo de detalles que cabrá interpretar en base a las mejores imágenes de los próximos días pero que revela una geología compleja y modificada por diversos procesos a lo largo de los eones (Fig. 4). Posiblemente estemos ante un mundo geológicamente activo y en el que podríamos asistir a actividad tectónica e incluso criogénica apreciable. Tales procesos podrían explicar los exóticos hielos de metano y nitrógeno que se ha deducido remotamente que pueblan su superficie junto con hielo de agua.

Fig. 4. Imagen de la sorprendente diversidad geológica de la superficie de Plutón en esta imagen tomada por New Horizons el 9 de julio desde 5 millones de km. Nótense las complicadas formaciones geológicas que atraviesan en diagonal la superficie y las curiosas formas poligonales (NASA-JHUAPL-SWRI).

¿CÓMO DE GRANDE ES PLUTÓN?

Esta es, necesariamente, una entrada del blog por reescribir y mejorar. Las imágenes actuales se están tomando desde una distancia de varios millones de kilómetros pero durante la mañana del 14 de julio New Horizons se acercará a unos 13.000 km de la superficie de Plutón. Entonces los detalles que se alcancen a ver serán deslumbrantes y posiblemente merezcan en si mismas nuevas entradas de este blog. Según lleguen nuevas imágenes de New Horizons iré comentando y añadiendo algunas que se vayan haciendo públicas. En base a las últimas difundidas ya hemos aprendido que Plutón posee 2.370 km de diámetro mientras que Caronte 1.208 km (Fig. 7 y 8), con lo que son aproximadamente un 19% y un 10% del diámetro de la Tierra (Fig. 9). Las mayores dimensiones de Plutón hacen que vuelva a ser el mayor objeto del Cinturón de Kuiper

Fig. 5. Los satélites Nix y Hidra captados por la cámara Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) según New Horizons se acerca al sistema de Plutón (NASA-JHUAPL-SWRI).

 

Fig. 6. Imagen de la heterogénea superficie de Plutón tomada por New Horizons el 11 de julio desde 4 millones de km. Nótense las complicadas formaciones geológicas y los posibles cráteres de impacto (NASA-JHUAPL-SWRI).

 

 Fig. 7. Imagen adaptada de Plutón y Caronte mostrando diversos cráteres y detalles en las imágenes recientes tomadas por New Horizons (NASA) el pasado 11 de julio. Enormes grietas o abismos se aprecian en el limbo de ambos objetos (NASA-JHUAPL-SWRI).

 

 Fig. 8

Fig. 8. Imagen de Plutón tomada por New Horizons el 12 de julio desde unos 3 millones de km. Nótense las intrincadas formaciones geológicas y los cráteres de impacto en forma circular (NASA-JHUAPL-SWRI).
 
 Fig. 9
 
Fig. 9. Comparativa de Plutón y Caronte con las dimensiones de la Tierra, vistos desde la lejanía (T. Albert/NASA-JHUAPL-SWRI). 
 
 
LAS ÚLTIMAS IMÁGENES REVELAN SU HETEROGÉNEA COMPOSICIÓN
 

Nuestro sistema planetario se empeña en sorprendernos con la diversidad de sus cuerpos planetarios. En las últimas imágenes que se han hecho públicas de Plutón apreciamos una superficie afectada por procesos muy diferentes: impactos, deposición, irradiación, alteración del subsuelo por fluidos y quizás criovulcanismo. Hay grandes extensiones que parecen cubiertas por hielos (glaciares), otras llenas de derrumbes y otras en las que parecen dominar los hidrocarburos (posiblemente aquellos conocidos como tolinas) tal y como se aprecia en la Fig. 11 por ejemplo en la rojiza tonalidad del polo norte de Caronte o en regiones más dispersas de Plutón. Estas primeras observaciones deberán ser confirmadas por futuras imágenes y sus respectivos espectros pero todo indica que New Horizons revolucionará nuestra comprensión del cinturón de Kuiper y, de rebote, de los cuerpos helados que denominamos cometas. De hecho, sospechamos que los denominados Centauros y los cometas de la familia de Júpiter no son sino fragmentos de estos cuerpos del cinturón transneptuniano (Trigo-Rodríguez, 2012).

 Fig. 10

 
Fig. 10. Imagen de Plutón en color real tomada por New Horizons el 13 de julio desde 766.000 km. Nótense las intrincadas formaciones geológicas y el curioso "corazón". Hay intrincadas estructuras lineales y grandes grietas y diversos tipos de cráteres, algunos no necesariamente de impacto. Cierta parte de su superficie parece colapsada en profundidad y mayoritariamente en la región ecuatorial (NASA-JHUAPL-SWRI).

 Fig. 11

Fig. 11. Imágenes de Plutón y Caronte en falso color tomadas por New Horizons durante su aproximación. Pese a que serán los espectros los que tendrán la última palabra ya se puede observar la heterogeneidad de ambas superficies y la existencia de diversos materiales de gran interés cosmogénico (NASA-JHUAPL-SWRI).

 

LAS ENSEÑANZAS ÚNICAS DE NEW HORIZONS Y SU EXITOSO SOBREVUELO DE PLUTÓN

Ahora que se acaba de confirmar el exitoso sobrevuelo de Plutón por New Horizons (NASA). La Fig. 12 muestra una cordillera de montañas de hielo de agua que se extienden cientos de kilómetros y que se estima deben haberse formado hace menos de 100 millones de años. Es muy posible que esa región más próxima al ecuador y situada bajo el inmenso "corazón" de hielo que es Tombaugh Regio se haya producido por la evaporación progresiva de esos volátiles.

Fig. 12

Fig. 12. Impresionante imagen de las jóvenes montañas de hielo que alcanzan unos 3.500 metros de altura cercanas al ecuador y bajo el enorme corazón de hielo conocido ahora como Tombaugh Regio. También revela terrenos colapsados y enormes abismos. La escala corresponde a 80.5 km (NASA-JHUAPL-SWRI).

Pienso que todos los científicos planetarios nos estamos dando cuenta de que el cinturón de Kuiper alberga cuerpos sin los cuales la exploración de nuestro sistema planetario, restará inconclusa. Los modelos de Plutón eran tan sencillos que la complejidad observada rompe todos los esquemas pero nos proporcionará enseñanzas espectaculares sobre estos lejanos objetos. La pléyade de datos científicos que vendrán insistirán en demostrarnos una auténtica paradoja cósmica y una nueva enseñanza: nunca prejuzgues la importancia de un planeta enano por su pequeño tamaño relativo con el mundo en el que vives.

Fig. 13

Fig. 13. Animación de como hemos ido mejorando lentamente nuestra comprensión de la fisonomía de Plutón. Las últimas secuencias corresponden al zoom progresivo obtenido por New Horizons sobre la región montañosa justo debajo del inmenso glaciar que tiene forma de corazón y ahora se ha denominado Tombaugh Regio en honor a su descubridor (NASA-JHUAPL-SWRI).

REFERENCIAS

NASA New Horizons homepage

Stern S.A. (2008) The New Horizons Pluto Kuiper Belt Mission: An Overview with Historical Context. Space Sci. Rev. 140, 3-21.

Trigo Rodríguez J.M. (2012) Las raíces cósmicas de la vida. Colección El espejo y la lámpara. Ediciones UAB, Barcelona, ISBN: 978-84-939695-2-3, 241 págs.