28 de Octubre de 2022
Sistema Solar

Encuentros cercanos con la estructura interna de los asteroides

Cuando se aproximan a la Tierra o a otros planetas, los asteroides sufren cambios en su rotación que nos permiten vislumbrar su estructura interna.

El asteroide (951) Gaspra fue el primero observado de cerca, cuando recibió la visita de la sonda espacial Galileo en el año 1991. Los estudios habituales de asteroides no proporcionan información sobre su estructura interna, aunque los sobrevuelos cercanos sí permiten fijar sus dimensiones y forma, así como estimar su masa. [NASA]

Apenas hemos dado los primeros y timidísimos pasos para desarrollar la capacidad de desviar asteroides potencialmente peligrosos. Los procedimientos empleados para ello, y su eficacia, dependerán de la estructura interna de estos cuerpos celestes, un campo de investigación en el que aún se desconoce casi todo. Pero ahora, dos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han diseñado un método para deducir la distribución de masa en el interior de un asteroide que pase cerca de otro objeto más masivo, como un planeta, comparando el estado de rotación del cuerpo menor antes y después del encuentro.

Los estudios tradicionales sobre asteroides aportan datos relacionados con las propiedades de su superficie y la forma del objeto, y también suelen analizar su estado de rotación. En ocasiones se pude deducir la masa y la densidad, pero cualquier otra información acerca de la estructura interna quedaba, hasta ahora, completamente fuera de nuestro alcance.

Lo que sabemos sobre la estructura interna de la Tierra y de la Luna se debe, en su mayor parte, al análisis de las ondas sísmicas propagadas a través de sus sucesivas capas y captadas en la superficie por sismómetros. Aunque se está empezando a aplicar este método en Marte (gracias a la misión InSight, en el planeta rojo desde noviembre de 2018), lo mucho o poco que sabemos de la estructura interna de otros planetas —o incluso de la de Marte, hasta el día de hoy— se deduce de modelos y de los objetos puestos en órbita a su alrededor. En particular, no hay datos seguros sobre el interior de ningún asteroide salvo (4) Vesta y (1) Ceres (estudiados en detalle por la sonda Dawn), y (433) Eros (por la misión Near).

La misión Dart logró estrellar un proyectil contra un asteroide minúsculo el 26 de septiembre de 2022, en lo que supuso la primera prueba para alterar el curso de este tipo de cuerpos. No hay ninguna posibilidad de que una misión tan modesta como esa sirva para evitar el choque de un asteroide realmente peligroso contra la Tierra, porque se necesitaría una acción miles de veces más contundente. Aun así, la prueba tuvo mucho sentido como experimento de planificación y navegación (como ensayo de puntería, podríamos decir) y para valorar algunas de las muchas incertidumbres implicadas en un choque de este tipo.

En efecto, la respuesta de un asteroide a un impacto puede variar con multitud de factores, como la consistencia del material, el lugar del choque o la distribución general de masa a lo largo y ancho del cuerpo celeste. De todo esto depende que parte de la energía cinética del proyectil se invierta en alterar la órbita de manera efectiva, en vez de emplearse en arrancar material o transformarse en rotación. Conocer la estructura interna del asteroide resulta crucial para preparar una acción de este tipo.

Los investigadores Jack T. Dinsmore y Julien de Wit, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, han dado un paso enorme, desde el punto de vista teórico, en el desarrollo de métodos que permiten esclarecer la estructura interna de los asteroides. La clave de su trabajo reside en estudiar los cambios de rotación de los asteroides que pasan cerca de un objeto masivo.

Análisis simulado del cambio de rotación en un asteroide asimétrico. El eje horizontal muestra el tiempo desde el encuentro con la Tierra, en horas. En el eje vertical se indica el ritmo de giro en radianes por hora. Los puntos representan los datos simulados y las curvas reconstruyen el comportamiento rotacional en los ejes <em>x</em> (<em>azul</em>),<em> <em>y</em></em> (<em>naranja</em>) y <em><em>z</em></em> (<em>verde</em>). El asteroide se halla en rotación estable antes del perigeo, pero emerge del mismo (<em>t </em>= 0) con un comportamiento oscilante en los tres ejes, cuyos detalles aportan información sobre la estructura interna del cuerpo. [Adaptado a partir de «<a href="https://academic.oup.com/mnras/advance-article/doi/10.1093/mnras/stac2866/6762823">Constraining the interiors of asteroids through close encounters</a>». Jack T. Dinsmore y Julien de Wit, <em>Monthly Notices of the Royal Astronomical Society</em>, art. stac2866, 19 de octubre de 2022]

Todo cuerpo grande (por ejemplo, un planeta) ejerce fuerzas de marea sobre cualquier objeto que se le aproxime, como las fuerzas de marea terrestres, que han amasado durante eones la Luna hasta obligarla a mostrarnos siempre la misma cara, o el flujo y reflujo que la propia Luna induce sobre los océanos de nuestro planeta. Uno de los efectos de las fuerzas de marea es el de alterar el estado de rotación de los asteroides que se aventuran lo bastante cerca de astros más masivos. La respuesta rotacional del asteroide depende de su estructura interna, así que analizar dicha respuesta puede aportar datos sobre el interior de esos objetos.

Dinsmore y De Wit han desarrollado un método computacional que permite abordar justo ese problema y lo han ensayado en simulaciones. La limitación principal de su análisis consiste en que solo puede aplicarse a asteroides rígidos, cuando la exploración espacial está mostrando que una cantidad no despreciable de estos objetos consisten en pilas de escombros no cohesionados. Debe tratarse, además, de asteroides no binarios. Aun así, esta técnica y sus desarrollos futuros aportarán los primeros detalles sobre el interior de los cuerpos menores del sistema solar, en especial la población cercana a la Tierra, que es la más peligrosa.

Uno de los estudios existentes sobre la forma más probable del asteroide (99942) Apofis, un candidato firme a la aplicación práctica del método propuesto por Dinsmore y De Wit. [Fuente: «<a href="https://arxiv.org/abs/2012.06781">First approximation for spacecraft motion relative to (99942) Apophis</a>», S. Aljbaae et al. en arXiv:2012.06781, diciembre de 2020, <a href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/%20">CC BY 4.0</a>]

Los autores estiman que su procedimiento ofrecerá los mejores resultados para asteroides que se acerquen a menos de unos 120.000 kilómetros de la Tierra (algo menos de un tercio de la distancia a la Luna). Habrá que medir las condiciones de rotación del cuerpo, tanto antes como después del acercamiento, con una precisión de unas cuantas décimas de segundo, lo cual es viable hoy día si se aplican los métodos adecuados. La calidad mejora si se dispone de datos previos sobre el tamaño, la forma externa y la posición del centro de masas del objeto. El estudio apunta al asteroide (99942) Apofis, que se aproximará a tan solo unos 38.000 kilómetros del centro de nuestro planeta el 13 de abril de 2029, como uno de los más prometedores para poner en práctica esta propuesta.

Además, los cálculos pueden aplicarse no solo a objetos que se acerquen a la Tierra, sino también a asteroides que se aproximen a otros planetas, lo que puede incrementar el número de cuerpos susceptibles de estudio. El artículo analiza, por ejemplo, el caso de hipotéticos encuentros con Júpiter.

En la era de grandes hallazgos astronómicos relacionados con procesos físicos exóticos, de naturaleza cuántica o relativista, la propuesta de Dinsmore y De Wit nos recuerda que la mecánica celeste de carácter más clásico aún tiene mucho que ofrecer. Así lo demuestra esta ventana que abren las tradicionales fuerzas de marea al interior de los asteroides, un territorio que, de otro modo, permanecería irremediablemente fuera de nuestro alcance.

David Galadí-Enríquez

Referencia: «Constraining the interiors of asteroids through close encounters». Jack T. Dinsmore y Julien de Wit, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, art. stac2866, 19 de octubre de 2022.

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