30 de Abril de 2021
Astronomía

Cada año caen a la Tierra miles de toneladas de polvo espacial

Un recuento de los micrometeoritos atrapados en el hielo de la Antártida permite estimar la cantidad y procedencia del material extraterrestre que llega a nuestro planeta.

Las auroras y la Vía Láctea iluminan el cielo nocturno sobre la base Concordia, una estación de investigación franco-italiana situada en el domo C de la Antártida. Este lugar remoto es ideal para recoger muestras de micrometeoritos. [ESA, IPEV, ENEAA, A. Kumar y E. Bondoux]

La superficie de la Tierra recibe una lluvia constante de polvo espacial. El material extraterrestre ha caído sobre nuestro planeta a lo largo de sus miles de millones de años de historia, y esa llovizna celestial prosigue con el paso de los días. Los ejemplos más espectaculares son los grandes pedazos de roca y metal que cobran la apariencia de brillantes estrellas fugaces durante su ardiente paso por la atmósfera superior y, en ocasiones, llegan al suelo convertidos en meteoritos. Pero la mayor parte del material espacial que cae a la Tierra es bastante pequeño, micrometeoritos de un tamaño inferior al milímetro.

En el pasado, los investigadores han tratado de evaluar la cantidad de micrometeoritos que llegan a la Tierra en función del tiempo, pero analizar el polvo cósmico es difícil en un planeta que arremolina sin cesar polvo de su propia cosecha.

Ahora, en un estudio publicado recientemente en Earth and Planetary Science Letters, un equipo ha medido la acumulación de micrometeoritos en la nieve prístina de la Antártida para obtener una estimación sin precedentes de la cantidad de desechos extraterrestres que recibimos. Gracias a técnicas de muestreo limpias y dataciones precisas de los depósitos de polvo, los investigadores calcularon que cada año caen a la Tierra unas 5200 toneladas de micrometeoritos.

El lugar perfecto para el polvo espacial

Las regiones polares que están cubiertas de hielo todo el año, como Groenlandia y la Antártida, son ideales para investigar los micrometeoritos debido a su aislamiento geográfico y estabilidad. A esas regiones remotas apenas llega material de otras partes de la Tierra, lo que permite que las capas de hielo casi inmutables absorban el polvo espacial con una contaminación mínima. El perdurable hielo también ofrece a los investigadores una manera de datar los micrometeoritos, a partir de las capas de nieve anuales que persisten año tras año.

Aunque ambos polos se prestan al estudio de los micrometeoritos, Jean Duprat, cosmoquímico de la Universidad de París-Saclay y coautor del estudio, prefiere el hielo antártico. «El Polo Sur sin duda es mejor, porque está rodeado de océanos y totalmente aislado de los [demás] continentes», opina.

En tres campañas que se extendieron a lo largo de las dos últimas décadas, Duprat y sus colaboradores visitaron la estación franco-italiana Concordia, en una región de la Antártida llamada domo C [las elevaciones de la meseta antártica se denominan «domos»], para recoger micrometeoritos. Situado a 1100 kilómetros de la costa y a más de tres kilómetros sobre el nivel del mar, el domo C es casi perfecto para la recogida de polvo cósmico.

Vista aérea de la base Concordia, en la Antártida. [<a href="https://www.nasa.gov/content/goddard/concordia-station-at-dome-c/">NASA/Michael Studinger</a>]

Julien Rojas, estudiante de doctorado en la Universidad de París-Saclay y primer autor del estudio, señala que las nevadas del domo C presentan «una tasa de acumulación bastante baja, pero suficiente para aislar y preservar las partículas». La consiguiente delgadez de las capas de nieve anuales, observa Rojas, permitió al equipo obtener décadas de depósitos de micrometeoritos en un solo lugar sin tener que fundir enormes cantidades de hielo.

Un primer plano del polvo cósmico

Los investigadores empezaron a trabajar con depósitos que databan de antes de 1995, y luego exhumaron capas más profundas y antiguas. Con ello pretendían evitar cualquier tipo de contaminación humana derivada del establecimiento de la base Concordia, que comenzó en 1996.

Con el paso de los años, Duprat comprendió que los propios investigadores introducían sin darse cuenta cantidades pequeñas pero significativas de polvo terrestre y contaminaban las muestras. El problema acabó por solucionarse gracias a ajustes minuciosos en los procesos de recogida y manipulación: cada muestra de nieve se sellaba en un barril de polietileno y se transportaba a una sala aséptica para fundirla y colarla.

Tras separar el polvo de la nieve, el equipo empleó microscopía electrónica, espectroscopía de rayos X y otras técnicas para analizar más de 2000 partículas de entre 12 y 700 micras. El polvo de origen espacial suele presentar rasgos reveladores, como una forma esférica (debida a la fusión durante la entrada en la atmósfera) o una distribución de isótopos químicos claramente inusual. Los diversos métodos de análisis no solo permitieron al equipo identificar el polvo cósmico, sino también determinar el origen más probable de cada partícula extraterrestre.

«Intentamos centrarnos en los micrometeoritos que no estaban fundidos, que no abundan en otras colecciones porque son muy frágiles y es fácil destruirlos», expone Rojas. «Nuestro protocolo de recogida nos permite preservarlos.»

El equipo descubrió que más del 60 por ciento del polvo probablemente procedía de los cometas de la familia de Júpiter, que se agrupan en órbitas con períodos de menos de 20 años debido a la influencia gravitatoria del planeta gigante, mientras que otro 20 por ciento podría provenir del cinturón principal de asteroides. Rojas señala que «el polvo de los cometas es más esponjoso que el de los asteroides» y añade que el material cometario también tiende a ser más rico en materia orgánica, una característica típica de los cometas de la familia de Júpiter.

«Los meteoritos y el polvo cósmico son conjuntos complementarios de materiales astronómicos», apunta Marc Fries, científico planetario y conservador de las Colecciones de Polvo Cósmico de la NASA ajeno al estudio. Fries explica que los asteroides suelen ser cuerpos rocosos cohesionados que dejan pedazos y esquirlas sobre la superficie de la Tierra. «Los cometas no están tan cohesionados», prosigue, y el material suelto y «esponjoso» se desintegra con facilidad, dando lugar a depósitos de polvo cósmico.

Los compuestos orgánicos del polvo cósmico podrían haber sido cruciales para el inicio de la vida en la Tierra, asegura Fries. La caída de polvo espacial «seguramente aportó a la superficie de la Tierra una parte considerable del total de sustancias volátiles: agua, carbono y otros materiales que fueron importantes para la química prebiótica y la aparición de la vida», añade. «Comprender todo el abanico de composiciones de esas partículas nos proporciona una instantánea de la composición del sistema solar interior y, en particular, de los cuerpos celestes pequeños.»

Una vez que los investigadores lograron extraer el polvo y determinar su abundancia año a año a partir del reloj que establecen las nevadas anuales caídas en el domo C, pudieron calcular el flujo de polvo extraterrestre. Al extrapolar las mediciones del domo C a todo el planeta, el equipo halló que cada año caen a la Tierra entre 4000 y 6700 toneladas de polvo espacial.

El hecho de que obtuvieran un intervalo es básicamente una cuestión estadística: refleja la dificultad de estimar un efecto global a partir de una serie muy compleja de mediciones reducidas y locales. «Dependiendo del volumen de nieve, cabe esperar una cierta incertidumbre al contar las partículas», ratifica Rojas.

Kate Burgess, geóloga del Laboratorio de Investigación Naval de EE.UU. que no participó en la investigación, está impresionada por el estudio, pero advierte que esa estimación no puede ser la última palabra. «[Hay que] contar cientos y cientos de partículas. Tratar de recoger suficientes partículas a fin de tener estadísticas lo bastante buenas como para eliminar cualquier tipo de error estadístico de esa cifra exige muchísimo trabajo», apunta.

En particular, según Burgess, la cantidad de polvo que aportan los cometas puede fluctuar con el tiempo, dependiendo de los caprichos de la mecánica orbital, las tasas de desgasificación de los cometas y muchas otras variables que no siempre conocemos bien. «Son fuentes transitorias», insiste. «Si [los micrometeoritos] provienen de un cometa concreto de la familia de Júpiter, esos objetos llegan de manera periódica y relativamente regular, pero no constante.»

Un pequeño paso

Aunque los expertos ya sabían que cada año aterrizan en la Tierra miles de toneladas de polvo extraterrestre, Burgess alaba a los investigadores por «lograr imponer límites más estrictos que otros estudios anteriores sobre el período de tiempo durante el que se acumularon esos micrometeoritos».

«Desde nuestra perspectiva como expertos, se trata de un trabajo realmente bueno», asegura. Fries coincide y añade que «la comunidad científica anhelaba desde hace tiempo justo el tipo de muestras que ha obtenido este equipo», es decir, muestras puras, limpias y recogidas con una precisión y un cuidado increíbles.

Casualmente, este año es el 40 aniversario de las Colecciones de Polvo Cósmico de la NASA. Según Fries, sus colaboradores ya están pensando en cómo adquirir algunos de esos preciados especímenes del Polo Sur. «Son muy codiciados por los científicos», concluye. «El momento es muy oportuno.»

Sarah Derouin

Referencia: «The micrometeorite flux at Dome C (Antarctica), monitoring the accretion of extraterrestrial dust on Earth», Julien Rojas et al. en Earth and Planetary Science Letters, vol. 560, art. 116794, 15 de abril de 2021.

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