Philae descubre las baldosas de la vida en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko

01/08/2015 2 comentarios
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Nuevos estudios de la misión Rosetta publicados ayer en la revista Science y realizados por los instrumentos científicos albergados en su aterrizador Philae vienen a confirmar la naturaleza prístina de los cometas: moléculas orgánicas, entre las cuales se encuentran algunas baldosas esenciales de la vida están presentes en el cometa 67 P/Churyumov-Gerasimenko.

No cabe duda de que la riqueza química de los cometas ha causado la fascinación de varias generaciones de científicos. De hecho, la diversidad de radicales orgánicos que sublimaban desde sus núcleos helados movió al Prof. Joan Oró a ser pionero en sugerir su íntima conexión con el origen de la vida en la Tierra (Oró, 1961). De hecho los cometas muestran un fascinante comportamiento vistos desde la lejanía en que los contemplamos. Según un cometa se acerca progresivamente al Sol desarrolla la denominada coma, una extensa envoltura de gas y polvo que los hace ser objetos visibles a grandes distancias. La sublimación de los hielos y la emisión de diminutas partículas minerales embebidas en ellos se encarga de alimentar constantemente esa envoltura alrededor de los cometas y hacen que sean objetos sumamente difíciles de estudiar. Cuando al adentrarse en los dominios de los planetas terrestres la luz solar irradia más efectivamente su superficie, la temperatura progresivamente aumenta con lo que la sublimación de hielos se hace más intensa y el desarrollo de las colas de polvo y plasma es completo. Tales fastuosas colas de polvo y gas se extienden cientos de millones de kilómetros desde el núcleo cometario. Ese sorprendente comportamiento también nos había impedido estudiar un cometa "por dentro" hasta que la misión Rosetta y su aterrizador Philae nos han aportado luz mediante una serie de experimentos que podemos ya catalogar como históricos.

EL DESCENSO A LA SUPERFICIE COMETARIA DE PHILAE

Pese a los rebotes en la superficie del cometa 67P, Philae fue afortunadamente frenado en las paredes de una región fascinante del cometa. Los resultados acabados de publicar en la revista Science revelan los descubrimientos realizados por los instrumentos científicos contenidos en ese aterrizador y realizados entre el 12 y 14 de noviembre de 2014. La instrumentación científica de Philae ya la describí en una entrada anterior de este SciLog por lo que me concentraré ahora en describir los principales descubrimientos.

Fig. 1

Figura 1. Imagen de la cámara ROLIS del descenso y primer rebote del aterrizador en la superficie del cometa 67P (ESA/Rosetta/Philae/ROLIS/DLR)

HIELO Y COMPUESTOS ORGÁNICOS: CONEXIÓN CON EL ORIGEN DE LA VIDA

Los cometas albergan una mezcla de materiales prístinos en forma de hielo, polvo, silicatos cristalinos y materiales orgánicos con herencia del entorno interestelar en que se formaron. Los resultados de Philae enfatizan más, si cabe, en el papel clave de estos objetos como enriquecedores de la Tierra primitiva. Cabe recordar que nuestro planeta sabemos que se formó en un entorno mucho más reductor (ausente de oxígeno) y de materiales rocosos formados mayoritariamente a alta temperatura.

Afortunadamente, para profundizar en la composición de los materiales del disco protoplanetario más externo, rico en hielos y materia orgánica, tenemos a nuestro alcance el estudio de estos objetos que podemos considerar fósiles de la creación: los cometas. De hecho, el espectrómetro de masas y analizador de gases conocido como Cometary Sampling and Composition (COSAC) a bordo de Philae ha permitido el análisis in situ de moléculas orgánicas que conforman el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Justo veinticinco minutos tras su aterrizaje respiró la atmósfera del cometa para revelar la presencia de dieciséis compuestos orgánicos que incluían diversas especies conteniendo nitrógeno pero ninguna con azufre. Entre ellas, las más interesantes y previamente no observadas son isocianato de metilo, acetona, propionaldehido y acetamida (Goesmann et al., 2015). Posiblemente las especies volátiles surgen de la sublimación de los hielos complejos que se han observado embebidos en los materiales pero también de la oscura matriz rica en materia orgánica.

Fig. 2

Figura 2. Un zoom en las paredes fracturadas paredes del cometa obtenidas por la cámara 4 CIVA de Philae muestra las enormes variaciones de albedo hasta una escala milimétrica. Los constituyentes esenciales son aglomerados ricos en materia orgánica pero conteniendo hielo muy reflectante embebido en su estructura (ESA/Rosetta/Philae/CIVA).

El espectrómetro de masas Ptolemy estuvo también en marcha unos 20 minutos tras el aterrizaje de Philae en la superficie del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Las distribuciones de masa que obtuvo indican la presencia de una secuencia de compuestos orgánicos con grupos -CH2- y -O- . Tales grupos y las similaridades encontradas con las especies detectadas por Giotto (ESA) en los compuestos de la coma del cometa 1P/Halley sugiere que la radiación recibida en la superficie transforma las especies primigenias en polímeros orgánicos con interesantes propiedades. Los granos orgánicos contienen una gran complejidad molecular, incluyendo 16 especies moleculares entre las que encontramos precursores de biomoléculas y otros compuestos de interés nunca identificados en cometas (Fig. 3). Las ausencias también son relevantes pues resulta sorprendente que las medidas indiquen la carencia intrinseca de amoníaco (NH3), HCNO, o de compuestos aromáticos como el benceno. Igualmente resulta una sorpresa que con tantas moléculas involucrando nitrógeno (N) en su estructura no se encuentre azufre (S). 

 Fig. 2b

   Figura 3. Mecanismos propuestos para la formación de los dieciséis compuestos orgánicos encontrados por COSAC. En rojo se indican las moléculas ausentes y en verde las cuatro moléculas observadas por primera vez en un cometa (Goessman et al., 2015)

 

SONDEANDO EL INTERIOR DEL COMETA 67P

La enorme fragilidad de algunos cometas hace que sucumban, cual inmensa bola de nieve y polvo, a pasos próximos por el perihelio bajo creciente radiación solar. Una propiedad física de los cometas que los hace ser objetos únicos en el sistema solar es su bajísima consistencia, fiel reflejo de sus condiciones de formación en los fríos límites exteriores del sistema solar, sometidos a un entorno rico en hielos y compuestos orgánicos. Las rocas terrestres más frágiles son dos o tres órdenes de magnitud más consistentes que los materiales que se desprenden de ellos por lo que resultaba difícil hacerse una idea clara de la estructura interna cometas.

Para profundizar en esa estructura y propiedades internas Philae y el orbitador Rosetta montaron un equipo perfecto para desarrollar el experimento Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission (CONSERT) que ha permitido sondear el interior del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Este instrumento ha derivado a partir del tiempo de propagación de las señales y los ecos que la parte superior de la cabeza del cometa es bastante homogénea en una escala de decenas de metros. También revela que es un objeto débilmente compactado con una porosidad de un 75 al 85 %. La componente del polvo es también similar a las condritas carbonáceas como preconicé en algunos de mis trabajos y particularmente en mi libro divulgativo (Trigo Rodríguez, 2012). Por ello, se puede concluir que, si bien un cometa es frágil, posee propiedades macroscópicas no muy diferentes a esos meteoritos carbonáceos y son materiales potencialmente capaces de sobrevivir a su entrada a la atmósfera terrestre y contribuir al enriquecimiento de nuestro planeta a lo largo de los eones. Para obtener esos fantásticos resultados, las señales eran enviadas y recibidas por el instrumento CONSERT, situado en el orbitador y el lander (véase la Fig. 4).

 Fig. 3

Figura 4. Este diagrama muestra la propagación de las señales entre Rosetta y Philae a través del núcleo del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, obtenidas entre el 12 y el 13 Nov. 2014. El verde representa la mejor señal y decrece en calidad hasta el rojo que indica ausencia de señal (ESA/Rosetta/Philae/CONSERT)

El tiempo que tarda la señal en viajar entre los instrumentos de CONSERT situados entre ambos ingenios espaciales y la amplitud de ese señal recibida proporciona información enormemente valiosa sobre la estructura interna del cometa. En particular, el tiempo que tarda la señal en propagarse depende de la llamada permitividad que está relacionada con la porosidad del núcleo cometario, su composición, temperatura y la propia estructura interna. La parte de la cabeza del cometa sondeada posee una gran porosidad y consiste básicamente de una mezcla de polvo e hielos (se ha obtenido un cociente polvo/hielo variable entre 0,4–2,6 por volumen), lo cual lo revela bastante homogéneo a una escala de decenas de metros. De hecho, el valor derivado de la permitividad es de aproximadamente 1,27. Todos estos impresionante resultados del tandem Rosetta y Philae me reafirman en indicar, también como árbitro de dos de estos fantásticos artículos en Science, que los cometas seguirán siendo objetivos astrobiológicos clave a fin de comprender los mecanismos de enriquecimiento en materia orgánica y agua de nuestro planeta que, a la postre, permitieron nuestro origen en el cosmos.

Fig. 4

Figura 5. El estudio realizado por CONSERT también ha permitido restringir la posición del aterrizador Philae a un área de sólo 34 x 21 m2 (ESA/Rosetta/Philae/CONSERT)

Fig. 6

Figura 6. Serie de imágenes tomadas el 12 de agosto con el cometa 67P a punto de alcanzar el punto de su órbita más cercano al Sol o perihelio. Se aprecian múltiples chorros que aparecen como surtidores de gas y partículas bajo el influjo de la radiación solar. Crédito: Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

REFERENCIAS

Goessman F. et al. (2015) Organic compounds on comet 67P/Churyumov-Gerasimenko revealed by COSAC mass spectrometry, Science 349, DOI: 10.1126/science.aab0689.

Kofman W. et al. (2015) Properties of the 67P/Churyumov-Gerasimenko interior revealed by CONSERT radar. Science 349, DOI: 10.1126/science.aab0639.

Oró J. (1961) Comets and the formation of biochemical compounds on the primitive Earth. Nature 190, 389-390.

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.

Wright I.P. et al. (2015) CHO-bearing organic compounds at the surface of 67P/Churyumov-Gerasimenko revealed by Ptolemy, Science 349, DOI: 10.1126/science.aab0673.