INTRODUCCIÓN

Las misiones espaciales que hasta ahora han visitado varios cometas han permitido evidenciar que son objetos frágiles formados en regiones remotas del sistema solar a partir de la acreción de materiales primordiales: granos minerales de tamaño micrométrico agregados en partículas arracimadas de tamaño milimétrico/centimétrico (Brownlee et al., 2006). Cada agregado es consolidado por diminutas partículas nanométricas, compuestos orgánicos y hielos como reveló la misión Stardust (NASA). Cuando un cometa se acerca al Sol, su superficie se calienta y los hielos se subliman en el espacio de manera que el gas desprendido arrastra partículas sólidas lejos del núcleo del cometa. Eso genera husos de meteoroides que tras varias revoluciones al Sol se redistribuyen a lo largo de toda la órbita. Cuando la Tierra cruza esos enjambres de partículas se observan las lluvias de estrellas fugaces. En el artículo que acabamos de publicar (Trigo-Rodríguez y Blum, 2021) tratamos de responder a varias preguntas clave sobre la entrega de estos materiales a nuestro planeta: ¿Cómo evolucionan estas partículas después de su liberación de sus cometas? ¿Cuál es el flujo de meteoroides anual que llega a la Tierra desde cometas? ¿Cómo se compara ese flujo con la tasa global de meteoroides que llega a nuestro planeta? ¿Podemos relacionar esos materiales con las partículas de polvo interplanetario (conocidas por el acrónimo anglosajón: IDPs) recogidas en la estratosfera? Vayamos por partes

El paso de cada cometa por el perihelio genera millones de partículas que primero forman cortinas densas pero que luego se distribuyen como enjambres meteóricos  (P. Biazzi et al./UJI)

LOS MATERIALES QUE SURGEN DE LOS COMETAS

A lo largo de las últimas décadas se han podido estudiar decenas de lluvias de meteoros con un detalle sin precedentes. Detrás del registro con modernas cámaras digitales de una lluvia de meteoros, hay una ciencia significativa, particularmente cuando la frecuencia de aparición de meteoros se cuantifica empleando esa instrumentación puntera. Esos estudios proporcionan pistas sobre el tamaño de las partículas y se pueden utilizar para calcular el flujo de materiales cometarios que llegan a la parte superior de la atmósfera todos los días. La física de meteoros proporciona nuevas pistas sobre el tamaño, la estructura y la densidad de los productos de desintegración cometaria, estableciendo un puente entre los diferentes campos de investigación. En el nuevo trabajo de investigación en MNRAS hemos calculado la frecuencia de partículas que nos llegan de los principales enjambres meteóricos en cada rango de masa y las hemos comparado con las observaciones de partículas de polvo liberadas de varios cometas, incluyendo de los famosos cometas 1P/Halley y 81P/Wild 2, cuyas partículas fueron medidas por naves espaciales. A partir de estas distribuciones de masa en función del flujo de partículas llegadas a la Tierra, hemos integrado esos valores para conocer la masa total que alcanza la atmósfera para las lluvias de meteoros más importantes. Además, las hemos comparado con la masa de IDPs recogidos en la estratosfera, encontrando una brecha de varios órdenes de magnitud. Los ejemplos más grandes de partículas esponjosas son IDPs de no más de 100 μm de tamaño (unos 5×10-7 g de masa), mientras que los meteoroides cometarios más grandes son objetos de tamaño centimétrico. Entonces, nuestra investigación es importante porque tiene implicaciones claras, y predicciones sobre los materiales que han ido llegan a nuestro planeta desde los cometas a lo largo de la historia. Veamos esto en más detalle.

Ejemplo de bólido tan luminoso como la Luna detectado el 4 de enero de 2018 por Carlos Alcaraz desde Corbera de Llobregat (Barcelona). Se trata de una Coma Berenícida de origen cometario (Red SPMN)

COMETAS CONSTITUIDOS POR GUIJARROS

La evidencia recopilada a lo largo del tiempo no deja lugar a la duda. Esas partículas de tamaño centimétrico que se desprenden de los cometas (que se denominan genéricamente peebles= guijarros) deben ser abundantes entre los materiales formativos de los cometas. De hecho, la mayoría de cometas las producen y, por tanto, deben asociarse a los propios bloques constitutivos de los cometas. Por cierto, esas partículas que llegan a tener el tamaño de un puño, son las responsables de esos enormes bólidos que se observan generalmente durante los máximos de las lluvias de meteoros. Al ser agregados arracimados de partículas micrométricas tienden a fragmentarse progresivamente por lo que con el paso de los siglos o milenios van deshaciéndose en partículas submilimétricas. Es precisamente por ello que en las lluvias de meteoros las partículas más antiguas que dominan lejos del máximo de la lluvia son sistemáticamente más débiles e insignificantes. De hecho, todo cuadra dado que nuestro escenario actual de formación de cometas apoya que surgen cuando una nube de guijarros en la nebulosa solar se concentra por la inestabilidad de una corriente de materiales que más tarde colapsa por una inestabilidad gravitacional. Por tanto, tales guijarros son productos de procesos de crecimiento por la colisión de pequeños granos de polvo, materia orgánica y hielos en la nebulosa solar. Su tamaño depende de una variedad de parámetros relacionados con el lugar de formación, la velocidad relativa entre partículas y el tamaño de los granos constituyentes, la fracción de polvo-hielo presente y la química particular de la región específica donde se formasen.

Las Partículas de Polvo Interplanetario (IDPs) como ésta de unas 10 micras de la esquina superior izquierda surgen de la erosión de los frágiles cuerpos agregados formados de la consolidación de los materiales acumulados en la región externa del disco protoplanetario hace más de 4.550 millones de años (J.M.Trigo/CSIC-IEEC)

¿CUÁNTOS MILES DE TONELADAS DE MATERIALES COMETARIOS LLEGAN A LA TIERRA?

Como una aplicación de esos cálculos describimos en este nuevo trabajo de investigación la importancia de la fragmentación de cometas frágiles en aproximaciones cercanas a la Tierra como una forma más eficiente (y probablemente más frecuente) de entregar volátiles que por impactos directos. Estamos bastante acostumbrados a las visiones catastrofistas pero lo cierto es que mediante los enjambres meteóricos los cometas aportan gran cantidad de sus materiales formativos a la atmósfera. Nuestro modelo permite cuantificar el flujo de meteoroides en diferentes escenarios y, la comparación con las observaciones, proporciona pistas sobre los principales procesos físicos que contribuyen a la desintegración progresiva de la materia cometaria en el medio interplanetario. Nuestros cálculos señalan que el flujo total de materiales cometarios que llegan a la Tierra desde las principales corrientes de meteoroides podría ser de unas 500 toneladas/año. Dado que estimaciones anteriores sugieren una mayor tasa de materiales cometarios, inferimos que una gran cantidad de materiales cometarios es probablemente fuertemente procesada por la meteorización espacial. Esta viene originada por la exposición espacial de los meteoroides cometarios y tiene consecuencias muy significativas. Por ejemplo, estas frágiles partículas se erosionan por la radiación y por impacto con pequeñas partículas del polvo zodiacal. Esto induce la pérdida de elementos volátiles y la fragmentación progresiva de las partículas en piezas más pequeñas hasta alcanzar el tamaño de los granos de polvo. Como los agregados cometarios están pegados entre sí por una mezcla de compuestos orgánicos y otros elementos volátiles, la exposición a las duras condiciones del espacio causa la desintegración de los meteoroides cometarios. La mayoría de ellas penetra a la atmósfera a una velocidad tal que sufren el proceso físico denominado ablación en el que se pulverizan y evaporan (Trigo-Rodríguez, 2019). Sin embargo, una fracción de esas partículas submilimétricas que penetran a la atmósfera de la Tierra a baja velocidad relativa (a menos de 15 km/s) pueden frenarse sin fundirse, constituyendo las denominadas Partículas de Polvo Interplanetario que son recuperadas en la estratosfera y que también son conocidas por su acrónimo inglés: IDPs.

Como consecuencia, las corrientes de meteoroides pierden masa, disminuyendo la densidad numérica de los grandes agregados, pero ganando granos más pequeños si los fragmentos restantes no son volátiles, hasta su desaparición final en escalas de tiempo de cientos de miles de años. En consecuencia, la mayoría de las partículas cometarias que llegan a nuestro planeta son aquellas que llamamos de origen esporádico, es decir, evolucionadas dinámicamente a partir de cometas y asteroides pero expuestas a ese procesado espacial durante miles o decenas de miles de años.

 

La aportación de los cometas en los estadios formativos del sistema Tierra-Luna podrán ser estudiada durante la futura exploración de nuestro satélite en las misiones Artemisa (NASA)

LA APORTACIÓN DE LOS COMETAS EN UN PASADO REMOTO

En base a lo que conocemos acerca del degradado de esos materiales en el medio interplanetario también sostenemos una fascinante posibilidad. La exploración de la Luna  ha permitido identificar oleadas de objetos formados en regiones remotas de nuestro Sistema Solar: mayoritariamente asteroides transicionales y los cometas. Sospechamos que hubo un Gran Bombardeo Tardío hace entre 3.900 y 3.800 millones de años con objetos de decenas de kilómetros de diámetros que excavaron grandes cuencas y cráteres en nuestro satélite. Además, en el intenso periodo formativo de la Tierra el flujo de asteroides y cometas alrededor del sistema Tierra-Luna fue mayor. Cuantificando la magnitud del flujo meteórico a lo largo del tiempo y, en consecuencia, el transporte de agua, materia orgánica y elementos volátiles a la Tierra es posible que encontremos vías de transporte mucho más breves y eficientes, algo muy interesante en un contexto astrobiológico. Dado que la exposición prolongada en el espacio modifica el contenido en esos componentes volátiles, el escenario actual minimiza el impacto de esos materiales. Sin embargo, en el pasado remoto las fragmentaciones de cometas en el espacio cercano a la Tierra harían posible aportaciones mucho más significativas y, lo que podría ser clave, mucho más eficientes y masivas en lo referente a esos compuestos volátiles al suceder en escalas temporales mucho más breves. Si fuese el caso, los asteroides transicionales y los cometas podrían haber participado en el transporte masivo y eficiente de agua, materia orgánica y elementos volátiles a la Tierra primitiva. Este escenario sería particularmente relevante en el contexto de un período temprano de alto flujo de asteroides y cometas sobre la Tierra y el sistema solar interior, ya que un número significativo de acercamientos a nuestro planeta podrían haber creado la fragmentación de esos cuerpos por el proceso de marea gravitacional que supondría abrir vías de entrega rápida y eficiente de esos componentes esenciales para la vida.

VÍDEO DIVULGATIVO DESCRIBIENDO EL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Castellano: "Aprendiendo de los cometas a partir del estudio de los enjambres meteóricos"

Inglés: "Learning about comets from the study of meteoroid streams

BIBLIOGRAFÍA

Brownlee D., et al. (2006) Comet 81P/Wild 2 under a microscope, Science 314, 1711-1716.

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 pàgs.

Trigo-Rodríguez J.M. (2019) The flux of meteoroids over time: meteor emission spectroscopy and the delivery of volatiles and chondritic materials to Earth. In "Hypersonic Meteoroid Entry Physics", Colonna G., Capitelli M. and Laricchiuta A. (eds.), Institute of Physics Publishing, IOP Series in Plasma Physics, pp. 4-1/4-23. Online ISBN: 978-0-7503-1668-2.

Trigo-Rodríguez J.M., and Blum J. (2021) Learning about comets from the study of mass distributions and fluxes of meteoroid streams, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stab2827, 13 págs.

Josep M. Trigo-Rodríguez
Josep M. Trigo-Rodríguez

Científico titular del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), e I.P. del Grupo de Meteoritos, Cuerpos menores y Ciencias Planetarias del ICE-CSIC. Entre 2003 y 2005 fue postdoc del Instituto of Geofísica y Física Planetaria de UCLA. Tras la publicación de más de medio centenar de artículos arbitrados sobre los cuerpos menores del Sistema Solar y más de una decena de libros, el Minor Planet Center catalogó un asteroide en su honor con el nombre: 8325 Trigo-Rodríguez.

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Sobre este blog

Asteroides, cometas y planetas nos proporcionan meteoritos: muestras únicas e irrepetibles llegadas desde lejanos rincones del Sistema Solar. Sus materiales son auténticos fósiles de la creación y datan procesos acaecidos hace miles de millones de años. Acompañadme en este viaje hacia los orígenes...

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