9 9 9 1 e r t s e m i r t r e
1
0 00 1 5 >
9
7 7 8 4 11 11 3 5 5 6 6 8
P.V.P.. 1000 PTA. 6,01 EURO P.V.P
Sumario Paseo planetario Paseo planetario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Mercurio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Marte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Júpiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Saturno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Urano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Neptuno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Plutón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Asteroides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Cometas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 La escuadra científica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 26
Tim Beardsley
Planetas hermanos Mercurio: el planeta olvidado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 32
Robert M. Nelson Nelso n
Misión Pioneer a a Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 40
Janet G. Luhmann, Luhman n, James B. Pollack y Lawrence Colin
La exploración de Marte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 48
Matthew P. Golombek
Sumario Paseo planetario Paseo planetario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Mercurio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Marte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Júpiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Saturno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Urano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Neptuno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Plutón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Asteroides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Cometas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 La escuadra científica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 26
Tim Beardsley
Planetas hermanos Mercurio: el planeta olvidado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 32
Robert M. Nelson Nelso n
Misión Pioneer a a Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 40
Janet G. Luhmann, Luhman n, James B. Pollack y Lawrence Colin
La exploración de Marte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 48
Matthew P. Golombek
La misión Galileo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Torrence V. Johnson
El enigma del anillo de Júpiter . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Gregor Morfill
Saturno blanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Corey S. Powell
Urano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Andrew P. Ingersoll Inger soll
Atmósfera de Júpiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 J. L. Ortiz, T. Martín, G. Orton
Neptuno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
June Kinoshita
Plutón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Richard P. Binzel Binze l
El cinturón de Kuiper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 96
Jane X. Luu y David C. Jewitt
Compañeros de otros soles Planetas gi gigantes de de le lejanas es estrellas. . . . . . . . . . . . . . 104 Geoffey W. Marcy y R. Paul Butler
Cómo construir sistemas solares . . . . . . . . . . . . . . 111
Brett Gladman
Paseo planetario
S
i pudiéramos retroceder en el tiempo unos cuatro mil quinientos millones de años para observar lo que entonces hubiera en el espacio interestelar de nuestra Vía Láctea, que ya tendría unos cinco mil millones de años, nos encontraríamos con una curiosa nube de gases y de polvo, plana y circular. No hay completo acuerdo todavía sobre las causas de que tal nube empezase a contraerse, razón por la que su ritmo de giro, que era relativamente pequeño al principio, creció e impulsó hacia sus zonas más externas a determinados conglomerados de polvo y de materia, que así pudieron resistir la atracción gravitatoria de una nebulosa de gran masa situada en su centro. Este proceso de contracción hizo que la temperatura del interior de esta gigantesca nebulosa central —la precursora de nuestro Sol— aumentase muy rápidamente, hasta que la temperatura y la presión alcanzaron los valores suficientes para encender el horno termonuclear, que probablemen te seguirá ardiendo durante cinco mil millones de años más. Pasadas decenas de millones de años, aquellos conglomerados que rodeaban al protosol se convirtieron en nueve planetas, en sesenta y tres lunas y en una miríada de asteroides y de cometas, es decir, en nuestro sistema solar. Uno de los muchos rompecabezas aún sin resolver sobre su formación es p or qué los cuatro primeros planetas son pequeños y rocosos, mientras que los restantes son gigantescos y gaseosos. El descubrimiento en la Vía Láctea de otros planetas de características semejantes que giran muy cerca de estrellas parecidas al Sol ha puesto en duda la teoría que contaba con más aceptación, según la cual el intenso flujo solar primitivo lanzaría a los elementos más ligeros hacia las zonas periféricas del sistema. Las páginas siguientes pueden servir de guía para un rápido viaje por el sistema solar.
URANO
Sinopsis planetaria MERCURIO
VENUS
TIERRA
MARTE
DISTANCIA MEDIA AL SOL (millones de km)
57,9
108,2
149,6
227,94
DIAMETRO ECUATORIAL (kilómetros)
4878
12.100
12.756,34
6786
3,3 ¥ 10 23
4,9 ¥ 10 24
6,0 ¥ 10 24
6,4 ¥ 1023
5,41
5,25
5,52
3,9
58,6 días
243,0 días
23,93 horas
24,62 horas
87,97 días
224,7 días
365,26 días
686,98 días
0
0
1
2
Indicios insignificantes de sodio, helio, hidrógeno y oxígeno
96% dióxido de carbono, 3,5% nitrógeno
78% nitrógeno, 21% oxígeno, 0,9% argón
95% dióxido de carbono, 3% nitrógeno, 1,6% argón
MASA (kilogramos) DENSIDAD (gramos por centímetro cúbico) DURACION DEL DIA (respecto al terrestre) DURACION DEL AÑO (respecto al terrestre) NUMERO DE LUNAS CONOCIDAS COMPOSICION ATMOSFERICA
4
TEMAS 15
SATURNO JUPITER
TIERRA
GANIMEDES
TITANIA
VENUS
CALISTO
REA
MARTE
IO
OBERON
LUNA
JAPETO
TITAN
EUROPA
CARONTE
MERCURIO
TRITON
PLUTON
UMBRIEL
ARIEL
NEPTUNO
Tamaño relativo de los cuerpos mayores del sistema solar JUPITER
SATURNO
URANO
NEPTUNO
PLUTON
778,4
1423,6
2867,0
4488,4
5909,6
142.984
120.536
51.108
49.538
2350
1,9 ¥ 10 27
5,7 ¥ 1026
8,7 ¥ 10 25
1,0 ¥ 1026
1,3 ¥ 10 22
1,3
0,7
1,3
1,7
1,99
9,8 horas
10,2 horas
17,9 horas
19,1 horas
6,39 días
11,86 años
29,46 años
84 años
164,8 años
247,7 años
16
19 al menos
17
8
1
90% hidrógeno, 10% helio, indicios de metano
97% hidrógeno, 3% helio, indicios de metano
83% hidrógeno, 15% helio, 2% metano
74% hidrógeno, 25% helio, 2% metano
Probablemente metano; puede que nitrógeno y monóxido de carbono
SISTEMAS SOLARES
5
Mercurio
500
TAMAÑO COMPARADO CON LA TIERRA
1. LA TEMPERATURA DEL DIA MERCURIAL abarca un rango de 400 oC, descendiendo bruscamente por la noche a casi –200 oC. Las temperaturas elevadas impiden que exista atmósfera, puesto que las moléculas gaseosas se mueven a velocidad mayor que la de escape del planeta.
6
) S O 400 D A A R 300 R U G T I T 200 A N R E E C 100 P S M O E 0 T D A R–100 G (
–183
L R E E D C S E E N T A N M A A
–200 DIAS TERRESTRES:
TEMAS 15
0
27 A N A Ñ A M A I D E M
22
MATERIALES DISPERSOS 2. EL CRATER CALORIS, de 1300 kilómetros de ancho, se formó hace 3600 millones de años cuando un proyectil gigantesco golpeó Mercurio (derecha). Las ondas de choque se propagaron por el planeta y crearon terrenos montañosos y accidentados en la parte diametralmente opuesta (debajo). Un impacto más reciente y lo suficientemente violento para fundir la roca creó el cráter Petrarca en el centro de esta zona. Los materiales fundidos fluyeron por un canal de cien kilómetros hasta un cráter vecino.
MANTO
N
O
ONDAS SUPERFICIALES
I
S
E R P M O C
E A D O N D
TERRENO ACCIDENTADO Y MONTAÑOSO
E
s el planeta más interior del sistema solar. Sus características son las más extremadas de los cuerpos de tipo terrestre. Las temperaturas diurnas alcanzan los 427 oC, suficientes para derretir el zinc. Por la noche, en cambio, la carencia de atmósfera hace que la temperatura descienda a –183 oC, suficiente para congelar el criptón. Su densidad también es anormal. Para justificar su magnitud, 5,44 gramos por centímetro cúbico, los astrónomos creen que el planeta tiene que estar formado por un gigantesco núcleo formado sobre todo de hierro. Es probable que tal núcleo ocupe el 42 % del volumen total, mientras que el de la Tierra no ocupa más que el 16% y el de Marte el 9%. Es también interesante la relación que hay entre el tiempo que tarda el planeta en girar sobre sí mismo, 59 días terrestres, y en dar una vuelta completa alrededor del Sol, 88 días. Los períodos de rotación y de traslación de Mercurio presentan una proporción exacta de 2:3, debida a la influencia gravitatoria del Sol sobre el abultamiento planetario, que resulta mayor cada 1,5 rotaciones del planeta.
3. LA FALLA DISCOVERY ( grieta mostrada en las imágenes de la derecha ) es una hendidura de 500 kilómetros de largo, creada probablemente durante la solidificación y la contracción de parte del núcleo de Mercurio. Ver amanecer desde el interior de la falla tiene que ser un espectáculo impresionante (abajo, a la derecha).
407
A I D O I D E M
44
427
E D R A T
50
–23
–23 A –183
O S A C O
E H C O N
88
89 A 176
SISTEMAS SOLARES
7
Venus
TAMAÑO COMPARADO CON LA TIERRA
1. LA DENSA ATMOSFERA DE DIOXIDO DE CARBONO de Venus es opaca a la radiación infrarroja, por lo que el calor queda atrapado en la superficie. Las tres capas de nubes son el resultado de un ciclo meteorológico complejo en el cual el azufre es objeto de una serie de reacciones que terminan formando gotitas de ácido sulfúrico a altitudes superiores a los 70 kilómetros.
–43o C (–45o F) 68 KM 15o C 55 KM 73o C 50 KM 91o C 48 KM 220o C 31 KM 470o C NIVEL DEL SUELO
8
A
2. LA SUPERFICIE DE VENUS se apreció por primera vez en 1991 gracias al uso del radar, en una imagen producida con los datos del satélite Magallanes que pudo descorrer el velo atmosférico y obtener una visión completa de Venus (izquierda). Los datos del Magallanes se han utilizado posteriormente para realizar mapas topográficos de la superficie (arriba, a la izquierda), normalmente oculta por las espesas nubes (arriba, a la derecha).
3. LA SUPERFICIE DE VENUS fue fotografiada por la sonda Soviet Venera en marzo de 1982 (arriba), durante las aproximadamente dos horas que sobrevivió. El color naranja detectado por sus imágenes se superpuso luego a las imágenes de radar del planeta, como la imagen grande de la izquierda y el paisaje de la derecha.
4. ENORME VOLCAN conocido con el nombre de Maat Mons, cuya imagen se reconstruyó mediante datos del satélite Magallanes. Los datos se procesaron para crear esta perspectiva, una panorámica desde una distancia de unos 550 kilómetros y una altitud de 1,7 kilómetros. La altura del propio volcán es de unos seis kilómetros.
pesar de tener el nombre de la diosa del amor, Venus se parecería más a la hermana fea de la Tierra. Ambos planetas se formaron en el mismo entorno general de la nebulosa solar, lo que indica el parecido básico de los materiales que los componen. Sus tamaños, masas y densidades son aproximadamente iguales, mientras que Venus gira alrededor del Sol como a un 70% de la distancia media de la Tierra. Pero mientras que en ésta imperan la temperatura y las condiciones necesarias para que sea posible la vida, entre las que se cuentan la variedad ambiental y el campo magnético intenso, Venus es un horno de alta presión, seco e infernal, cuyo campo magnético no puede evitar siquiera que el viento solar barra las capas superiores de su atmósfera. Por debajo de las omnipresentes nubes de ácido sulfúrico y de la espesa atmósfera de dióxido de carbono, la superficie de Venus alcanza temperaturas superiores a los 450 oC. Uno de los misterios fundamentales que lo rodean es su relativa escasez de cráteres, lo que hace conjeturar que la antigüedad de su superficie no supere los 600 millones de años. No se dispone de explicaciones convincentes al respecto, aunque se acepta la existencia de procesos de vulcanismo y de tectónica.
Tierra
1. LOS OCEANOS ocupan el 71 por ciento de la superficie de la Tierra; aún hoy permanecen en su mayoría inexplorados. Investigadores de la National Science Foundation
estadounidense llevan decenios trabajando en la obtención de imágenes de la plataforma continental de Estados Unidos, a las que pertenece la de la izquierda, correspondiente a la zona de la Bahía de Monterrey en el norte de California.
10
TEMAS 15
2. LA DIVERSIDAD DE LA VIDA terrestre no ha sido abarcada todavía. Se han descubierto y clasificado como 1,75 millones de especies, añadiéndose otras 10.000 nuevas cada año. (La mitad de todas las especies conocidas son insectos, de los que el 40% son escarabajos.) Una estimación del número total de especies se situaría entre los 7 y los 14 millones; los zoólogos creen que quizá las actuales no representen más del 0,1% de las que han existido a lo largo de los tiempos.
3. DOCE PERSONAS han visitado el satélite de la Tierra. La fotografía muestra a Edwin P. (“Buzz”) Aldrin, Jr., la segunda que pisó la superficie lunar. La Luna gira alrededor de la Tierra a una distancia media de 380.000 kilómetros y su diámetro es como la cuarta parte del terrestre, convirtiéndolo en un satélite natural extraordinariamente grande.
L
o que la distingue del resto de los planetas es el estar saturada de vida. La posibilidad de que tal cosa sucediera dependió de la temperatura superficial y consecuentemente de su distancia al Sol. La abundancia de agua líquida fue decisiva para la evolución del planeta, pues moderó las temperaturas, erosionó las rocas, disolvió los minerales y favoreció complejas reacciones químicas, algunas de las cuales produjeron la primera célula hace cerca de cuatro mil millones de años. No hace más de 600 millones de años que comenzaron a proliferar los animales macroscópicos, tras la paciente tarea de acumulación de oxígeno en la atmósfera realizada por la fotosíntesis. El gran satélite terrestre, la Luna, se formó probablemente de los restos que quedaron tras el choque entre la Tierra primitiva y otro cuerpo enorme. Vistos desde la Tierra, la Luna y el Sol parecen del mismo tamaño, por lo que es el único desde el que puede contemplarse la belleza de la corona solar durante un eclipse total. 4. LA POBLACION HUMANA se estima en unos 5800 millones, cifra que se ha disparado en los últimos tiempos. La media del promedio anual de crecimiento entre 1850 y 1900 fue del 0,5% y del 0,8% en la primera mitad 10 del siglo XX . Desde 1950 la ) media está alrededor del 1,8 S E 1,9%. Actualmente se espera N que para el año 2050 la N O L O población alcance los I L I C diez mil millones de 1 A M L E personas. B D O P S E L I M (
1
400
800
1200 AÑO
1600
0,1 2000
5. LOS PRINCIPALES ECOSISTEMAS de la Tierra son muy diferentes y variados, habiendo tipos montañosos, de bosques lluviosos tropicales, desérticos y oceánicos. Las zonas urbanas, que han aumentado de manera desproporcionada con el crecimiento de la población, son de alguna forma ecosistemas complejos especiales.
SISTEMAS SOLARES
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Marte
TAMAÑO COMPARADO CON LA TIERRA
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1. EL PAISAJE MARCIANO fue fotografiado en julio de 1997 por el vehículo espacial Mars Pathfinder (derecha ), pudiendo vérsele en la parte inferior de esta imagen panorámica. Las protuberancias que aparecen en el horizonte, llamadas Twin Peaks, estaban a unos 1000 metros al sur-suroeste de la nave. El Pathfinder llevaba un vehículo de seis ruedas llamado Sojourner (izquierda), que analizó el terreno y un grupo de rocas. En la panorámica de al lado se puede observar a Sojourner en frente de una de las rocas, apodada Yogi.
L
2. EN EL METEORITO MARCIANO ALH84001 (arriba) se encontraron objetos fragmentados de unos 380 nanómetros de largo (derecha); algunos investigadores pensaron que podían ser los restos fosilizados de vida bacteriana que entrase en contacto con la roca hace más de 1300 millones de años. Pero otros fueron más escépticos, afirmando que las estructuras no tenían origen biológico y que la roca sufrió contaminación química tras su caída a la Tierra.
a relativa cercanía de Marte, sus connotaciones mitológicas e incluso su tonalidad le han convertido en el planeta preferido de la cultura popular. Innumerables trabajos científicos y de ciencia ficción han considerado las posibilidades de que hubiese vida en Marte. Pero los dos módulos estadounidenses Viking demostraron en 1976 que no había ninguna prueba de vida en sus lugares de amartizaje. Dos acontecimientos recientes con él relacionados trascendieron a la opinión pública. Investigadores de la NASA y de la Universidad de Stanford dieron a conocer en 1996 que las características anormales encontradas en un conocido meteorito procedente de Marte pudieran interpretarse como vestigios de vida primitiva bacteriana. En el verano de 1997 la sonda espacial Mars Pathfinder y su diminuto explorador móvil Sojourner analizaron y procesaron las imágenes de algunas rocas, de la atmósfera y del terreno marciano. Las conclusiones fueron que la mayoría de las rocas fue arrastrada por una gran riada ocurrida hace al menos dos mil millones de años y que algunas de ellas eran muy parecidas al tipo de rocas terrestres conocidas como andesitas.
3. LAS MINUSCULAS LUNAS MARCIANAS Deimos (superior ) y Fobos (inferior ) tienen diámetros de unos 15 y 27 kilómetros respectivamente. En ambos satélites abunda el carbono, por lo que hay quien es piens an que son cuerpos capturados del anillo de asteroides, relativamente próximo a Marte.
4. SURCOS SINUOSOS, formados por tierra depositada por corrientes que circulan bajo capas de hielo, parecen existir sobre el suelo de la cuenca de Argyre de Marte (arriba, vista desde órbita), indicando que alguna vez esta zona estuviese cubierta de glaciares fundidos. Hay abundantes pruebas de que el planeta fue más cálido y más húmedo en el pasado, aunque sea difícil saber la cantidad de agua que hubo, cuántos períodos de este tipo existieron, ni su duración.
SISTEMAS S OLARES
13
Júpiter
TAMAÑO COMPARADO CON LA TIERRA
S I NOPE
E R M C A
A A R
L E
1. LA GRAN MANCHA ROJA, el rasgo más característico de Júpiter, ha persistido en su atmósfera desde que se hicieran las primeras observaciones detalladas del planeta. Tiene un tamaño tal que en ella cabrían dos Tierras y da una vuelta en sentido antihorario cada doce horas. Datos obtenidos de las fotografías del Voyager muestran que su zona interior es relativamente estable. La Gran Mancha Roja sería así un gigantesco vórtice, con vientos de unos 400 kilómetros por hora.
H I M
A L
E A
L E
T I
S I L
D
CALISTO GANIMEDES EUROPA IO ADRASTEA A
METIS
AMALTEA TEBE
JUPITER E U Q A O A C I H L L T C A E E T N D N G A E A T P M N E R F
R A L O S O T N E I V
LINEAS DE CAMPO MAGNETICO
2. LA INMENSA MAGNETOSFERA JOVIANA alcanza un tamaño mayor que el del Sol. Su cola se extiende más allá de la órbita de Saturno, lo que significa que el propio Saturno se encuentra a veces dentro de ella. El viento solar la empuja, dándole una forma claramente asimétrica.
A N AN Q UE
P A
S I F A
E
14
I A
TEMAS 15
IO
J
JUPITER EUROPA
GANIMEDES
CALISTO
3. CUATRO CLASES DISTINTAS DE SATELITES orbitan en torno a Júpiter. Los galileanos describen órbitas casi perfectamente circulares (verde). Los satélites más cercanos son pequeños y se mueven apresuradamente a su alrededor (amarillo); a dos de ellos no les lleva más de siete horas dar una vuelta. Hay otro grupo de satélites pequeños que probablemente fueron capturados por gravedad (rojo). Los satélites más externos (azul) giran en sentido opuesto al resto, en órbitas muy excéntricas e inclinadas.
4. SECCION DE JUPITER mostrando sus capas. Hay nubes frías de amoniaco, de hidrógeno y de agua que flotan sobre hidrógeno líquido caliente. Entrando en las profundidades del planeta, la presión y la temperatura hacen que el hidrógeno se comporte como un metal líquido. El centro del planeta es un núcleo de roca fundida.
CRISTALES DE AMONIACO
5. LOS CUATRO SATELITES GALILEANOS reciben este nombre por su descubridor, Galileo Galilei. El más interno, Io, sufre una intensa actividad volcánica, captada por la cámara del Voyager (arriba, a la izquierda), que remodela continuamente la superficie del planeta. El espectro infrarrojo de Europa, el menor de los cuatro, parece indicar también procesos de cambio superficial, motivados por el agua que emerge desde el interior y se congela en la superficie. La imagen, en falso color, muestra el hielo contaminado ( en rojo) e inmensas llanuras heladas ( azul). La presencia de agua líquida bajo la capa de hielo, junto con la de algunas moléculas orgánicas, ha llevado a conjeturar que el océano de E uropa pudiera permitir el desarrollo de los procesos bioquímicos necesarios para la vida. El satélite mayor, Ganimedes, está constituido probablemente por un núcleo rocoso cubierto por una gran superficie helada. Esta superficie está marcada por surcos, resultado presunto de una actividad volcánica primitiva, que tienen profundidades de cientos de metros y longitudes de miles de kilómetros. Pariente del resto de los satélites galileanos, pero de distinto tipo, es Calisto, que no muestra signos aparentes de que su superficie se haya alterado desde que sus cráteres se formaron hace unos cuatro mil millones de años por impactos. El acantilado que produce la sombra de la fotografía es parte de uno de los anillos así formados.
HIDROGENO LIQUIDO
CRISTALES DE HIDROSULFURO AMONICO
HIDROGENO METALICO LIQUIDO
GOTITAS DE AGUA HELADA HIDROGENO LIQUIDO
úpiter se diferencia de los cuatro planetas rocosos y relativamente pequeños que le han precedido en nuestro periplo desde el Sol. Es el primero de los cuatro “gigantes gaseosos”, planetas que empequeñecen a la Tierra y que no tienen una superficie sólida. Todo en Júpiter está hecho a gran escala. El es mayor que todos los demás planetas juntos, mientras que su satélite Ganimedes es mayor que Mercurio. Las cantidades de hidrógeno y de helio que tiene Júpiter llevaro n a pensar que no se formase en la nube gaseosa que originó al Sol. Otros análisis más minuciosos indican la existencia de un núcleo sólido, cuya masa pudiera decuplicar la terrestre, sobre el cual se formó el resto del planeta. Júpiter difiere también de los planetas llamados terrestres por irradiar más energía de la que recibe del Sol. Al gu no s fr ag me nt os de l co me ta Shoemaker-Levy 9 se precipitaron sobre Júpiter en 1994, ofreciendo un espectáculo cósmico inédito.
150 KILOMETROS
AGUA Y AMONIACO ROCA FUNDIDA
SISTEMAS SOLARES
15
Saturno
REA
1. LA MAGNETOSFERA DE SATURNO es bastante tranquila gracias al alineamiento del polo magnético con el polo rotacional. El viento solar comprime la magnetosfera en la región subsolar y alarga la parte de sotavento. La rotación rápida del planeta hace que se forme un disco de corriente eléctrica en el plano del ecuador, que a su vez afecta al campo magnético de las regiones más distantes de la magnetosfera.
JAPETO
CRATERES SUPERPUESTOS
FORMACION DE HIELO ONDULANTE
16
TEMAS 15
PANTALLA MAGNETICA
MAGNETOPAUSA
MAGNETOCOLA
L
os anillos de Saturno le con vierten en una de las imágenes más familiares y espectaculares de la astronomía, por no mencionar la ciencia ficción. Cuando Galileo apuntó a él por vez primera con un primitivo telescopio en 1610, llegó a conclusiones erróneas; la pobre imagen conseguida con su aparato le hizo creer que Saturno era un sistema triple, formado por un gran cuerpo central y otros dos más pequeños a los lados. Los anillos parecen ser bastante posteriores al planeta. Algunos grandes matemáticos dedicaron a ellos sus estudios. Laplace y Maxwell calcularon que los anillos de Saturno tienen que estar compuestos por muchos objetos pequeños. Aunque sea casi del mismo tamaño que Júpiter, la masa de Saturno es la tercera parte, siendo el cuerpo de menor densidad media del sistema solar. Al ser un gigante gaseoso, el planeta no tiene un período de rotación simple, sino bastante variable, dependiendo de la latitud. Las nubes atmosféricas superiores recorren el ecuador velozmente, en tan sólo 10 horas y 10 minutos; las de latitudes altas pueden tardar media hora más en rodear al planeta. Según los datos del campo gravitatorio, Saturno parece estar formado por un núcleo sólido cuya masa sería más de veinte veces la terrestre. Es el planeta más achatado; la intensidad de la gravedad en su ecuador no llega a las tres cuartas partes de la de los polos.
E U Q O H C E D
R A L O S O T N E I V
E T N E R F
2. LA ASTRONAVE CASSINI despegó de la Tierra en octubre de 1997 para encontrarse con Saturno en el 2004. La nave tiene este nombre por Jean-Dominique Cassini, que en 1675 descubrió un hueco entre los anillos, conocido como la división de Cassini. En cuanto llegue a Saturno, Cassini lanzará la sonda Huygens, que descenderá hasta la superficie del satélite Titán. Huygens obtendrá muestras químicas de la espesa atmósfera conforme vaya descendiendo y seguirá operando durante una hora tras su aterrizaje, si es que no se zambulle en hidrocarburos líquidos. Esto es muy interesante pues la química de Titán pudiera ser parecida a la de la Tierra primitiva.
3. LOS ANILLOS DE SATURNO tienen un diámetro de unos 270.000 kilómetros y varios cientos de metros de espesor, a pesar de lo cual su masa total no supera a la del satélite Mimas. Los anillos pudieran haberse formado a partir de los añicos de un satélite del tamaño de Mimas que hubiera explotado. Esta fotografía de color realzado se montó con imágenes tomadas por el Voyager 2 a través de varios filtros. Los colores diferentes pudieran representar variaciones de la composición química.
TELESTO
PROMETEO ATLAS
JAPETO
TETIS
JANO
PAN
CALIPSO HELENA
TITAN 1995-S4
MIMAS
PANDORA
ENCELADO
DIONE
FEBE
REA
HIPERION
EPIMETEO
TETIS MIMAS
CENTRO DEL CR ATER HERSCHEL CISURA DE ITACA
SISTEMAS SOLARES
4. LOS SATELITES MAS PEQUEÑOS DE SATURNO parecen enanos frente a Titán. Se les representa en la ilustración de la izquierda, ordenados según la posición de sus órbitas, con la más alejada en el extremo izquierdo. Ha habido que ampliar la escala de Pan, Atlas, Telesto, Calipso y Helena hasta cinco veces para que se les pueda ver junto a los demás. Las medidas de densidad indican que en todos abunda el h ielo y puede que haya amoniaco. Muchos tienen rasgos peculiares y rarezas: Hiperión tiene la única órbita caótica conocida del sistema solar. Encélado podría tener volcanes. Rea tiene muchos cráteres, aunque las regiones más brillantes podrían ser nuevas formaciones de hielo. Tetis está salpicado de abundantes cráteres y presenta como rasgo principal la Cisura de Itaca ( derecha ), una grieta de cien kilómetros de ancho y entre cuatro y cinco kilómetros de profundidad, que se extiende prácticamente de polo a polo. Mimas posee el enorme cráter, el Herschel, de diez kilómetros de profundidad y 130 de diámetro, que ocupa un tercio de todo el satélite.
17
Urano 1. COLORES VERDADERO Y FALSO. El aspecto azulado y apacible de Urano, causado por la presencia de metano, resulta bastante triste si lo comparamos con las animadas imágenes que nos ofrecen Júpiter y Saturno. El Voyager 2 fotografió el planeta usando filtros ultravioleta, violeta, azul, verde y naranja, lo que permitió revelar más detalles, tales como la niebla que cubre el polo sur, representada aquí en color naranja.
1986U8
1986U7
TAMAÑO COMPARADO CON LA TIERRA
MAGNETOCOLA E U
R A L O S O T N E I V
18
Q O
H
C
E
D
E
T
N E
R F
LINEAS DE CAMPO MAGNETICO
3. LOS SATELITES PASTORES confinan al anillo épsilon mediante fuerzas gravitatorias, cada uno por un lado. Los pastores son Ofelia (1986U8) y Cordelia (1986U7), pillados in fraganti por la cámara del Vo yager ( foto superior ). Epsilon es el más ancho y brillante de los nueve anillos, visibles todos claramente en la imagen tomada por el Voyager a una distancia de más de un millón de kilómetros del planeta (a la derecha).
2. LA MAGNETOSFERA DE URANO está inclinada 59 grados con respecto al eje de rotación. El campo magnético es además oblicuo, quizá porque su región de dínamo esté un tanto descentrada. Las teorías de las dínamos planetarias presentan generalmente lagunas explicativas, incluida la de la terrestre.
TEMAS 15
MIRANDA
ARIEL
UMBRIEL
4. LOS CINCO SATELITES MAYORES son una mezcla de rocas y de hielo. Ariel, Umbriel, Titania y Oberón tienen densidades que indican composicion es aproximadas de tres partes de hielo por dos de roca. El más pequeño, Miranda, es muy probable que tenga mayores proporciones de hielo, al igual que la decena restante de satélites diminutos de Urano. Las superficies de Oberón y de Umbriel están salpicadas de cráteres. Titania y Ariel se parecen a ellos en la densidad de pequeños cráteres, pero tienen bastantes menos cráteres grandes, los de tamaños comprendidos entre 50 y 100 kilómetros. Es probable que estos grandes cráteres sean más antiguos, lo que indicaría que las superficies de Titania y de Ariel fuesen más recientes que las de Oberón y Umbriel, aunque por causa s aún no aclaradas. Todos los satélites tienen cañones que parecen revelar primitivas fracturas de su superficie, debidas a expansiones que en la mayoría de ellos estarían comprendidas entre el uno y el dos por ciento, aunque en el caso de Miranda pudieran llegar al seis por ciento. Tales expansiones pudieran ser el resultado de la congelación sufrida por el agua que originalmente se encontrase en estado líquido, aunque tal hecho todavía esté por justificar. La expansión de Miranda marcó su superficie con una amplia red de surcos y de canalones (imágenes superiores) y con profundos cañones de hasta 80 kilómetros de ancho y 20 de hondo. Las enormes grietas de Titania indican períodos de gran actividad tectónica.
TITANIA
U
rano es un planeta extraño, incluso a tenor de lo que se estila por los confines del sistema solar. De color verde azulado, carece casi por completo de rasgos distintivos. Su única característica notable es la de estar tumbado de lado, apuntando su eje de r otación a 98 grados del de su órbita. Lo más probable es que sea resultado de un gran choque ocurrido en las épocas de formación del planeta. Su campo magnético también está inclinado 59 grados con respecto al eje de rotación. Como última rareza señalemos que el planeta gira en sentido opuesto al terrestre. Parece bastante más apacible que sus tormentosos y gigantescos compañeros, aunque las imágenes obtenidas por el Voyager 2 en 1986, tras ser sometidas a intensos tratamientos, muestren bandas como las de Saturno y de Júpiter. Se parece a ellos, en cambio, en el hecho de rodearse de anillos y de numerosos satélites. La sonda descubrió diez pequeños satélites. Nueve anillos se detectaron en 1977 merced a ocultaciones estelares, habiéndose encontrado otros dos posteriormente.
OBERON
PUCK BELINDA ROSALINDA PORCIA JULIETA DESDEMONA
5. LOS QUINCE SATELITES DE URANO giran en torno a él en círculos casi perfectos. Aunque el planeta fuese descubierto en 1781, tuvieron que pasar dos siglos hasta que el Voyager encontrara los diez satélites menores. No se muestran dos satélites aún más pequeños, cuyas órbitas son relativamente excéntricas y que se descubrieron a finales de 1997. Los anillos son los que se encuentran más cerca del planeta, seguidos por los satélites pequeños, quedando reservadas las órbitas más lejanas para los más grandes. El primero de los satélites, Cordelia, gira entre los dos últimos anillos.
N O R E B O
SISTEMAS S OLARES
A I N A T I T
L E I R B M U
CRESIDA BLANCA OFELIA CORDELIA
L E I R A
A D N A R I M
19
Neptuno
1. LA GRAN MANCHA OSCURA Y LAS CAPAS DE NUBES son visibles claramente en estas imágenes del Voyager . Es muy probable que la mancha oscura (izquierda) sea un inmenso sistema de tormentas que gira en sentido contrario al de las agujas del reloj. Las formas que toman las nubes blancas que la acompañan cambian continuamente. Algunas franjas de nubes siguen casi exactamente las líneas de latitud (derecha).
20
TEMAS 15
2. LOS TENUES ANILLOS DE NEPTUNO (derecha) no se aprecian normalmente, debido al propio brillo del planeta, pero se perciben en esta imagen dividida, al haber sido anulada la sobreexposición de Neptuno. Estas imágenes del Voyager permiten distinguir claramente dos anillos bien definidos y un tercero más difuso y más cercano al planeta. La apariencia trenzada que muestran determinadas partes del anillo externo (izquierda) pudiera deberse a la distribución de los materiales originales, pero el movimiento propio del Voyager , que desenfoca levemente la imagen, también pudiera contribuir a ello.
C
TRITON
3. TRITON es el único satélite conocido que viaja en sentido opuesto al de rotación de su planeta. Hay que añadir a esto una inclinación de 157 grados del pl ano de su órbita con respecto a la de Neptuno. Tritón bien podría haber sido un cuerpo independiente capturado posteriormente pos teriormente por la gravedad de Neptuno. Las observaciones del Vo yager hicieron hicieron que nuestros conocimientos de este satélite mejorasen notablemente. Es probable que esté formado por un interior rocoso rodeado de agua helada. La evaporación del nitrógeno helado de la capa superficial pudiera ser la causa del color rosáceo de la fotografía superior. El origen de las líneas oscuras que cruzan el casquete polar sur (inmediatamente encima) podría ser eruptivo, de volcanes de hielo, una especie de géiseres fríos, que expulsarían nitrógeno líquido, polvo o metano. Las placas de hielo ( derecha) tienen una apariencia sospechosa de lagos, lo que lleva a pensar que estas zonas fuesen alguna vez fluidas.
SISTEMAS SOLARES
uando los astrónomos se dieron cuenta de que la órbita de Urano no coincidía con la calculada, sospecharon la existencia de otro gran cuerpo que ejerciera una fuerza gravitatoria sobre él, por lo que se dedicaron a buscar un octavo planeta. En 1846 se confirmó la existencia de Neptuno, un planeta tan lejano del Sol que tuvieron que pasar otros trece años para que se c ompletara una órbita desde su descubrimiento. Es el octavo planeta por su distancia media al Sol, pero en 1999 finalizará una época que ha durado dos decenios y durante la que ha sido el planeta más externo, pues Plutón volverá a situarse más allá de su órbita. La atmósfera de Neptuno es de un azul profundo y está agitada por vientos de más de 700 metros por segundo, los más rápidos encontrados en cualquier planeta. Más denso que los otros gigantes gaseosos, es probable que tenga hielo y roca fundidos en su interior, aunque algunos datos sobre su rotación indicarían que no estuviesen concentrados en un núcleo, sino bastante dispersos. Como le sucede a Urano, el campo magnético de Neptuno está desviado de su eje de rotación. La fuente del campo parece estar muy alejada del centro del planeta. Los anillos pudieran haberse formado mucho después que el planeta. El curioso anillo externo, ex terno, compuesto de partículas de distinto tamaño, pudiera ser el resultado de la disgregación de un satélite no hace muchos millares de años. Los impresionantes satélites de Neptuno son Nereida, cuya órbita es la más excéntrica de todas las de los satélites planetarios, con diferencias de siete veces entre las distancias de mayor lejanía y de mayor proximidad, y Tritón, cuya órbita se opone a la rotación de Neptuno y está inclinada 157 grados con respecto al ecuador del planeta.
21
Plutón
PLUTON
CARONTE
22
TEMAS 15
¿E 1. LAS MEJORES IMAGENES DISPONIBLES DE PLUTON son las que aquí se muestran, correspondientes a hemisferios opuestos. Fueron obtenidas por el telescopio espacial Hubble. Muestran que la superficie de Plutón presenta mayores contrastes a gran escala que cualquier otro planeta, excepto posiblemente la Tierra. Con este y otros datos se elaboró la imagen artística de Plutón de la página opuesta.
800
L A Ñ E S600 A L E D400 D A D I S200 N E T N I 0
2. EL ANILLO DE KUIPER está formado por cometas incipientes y por objetos demasiado pequeños como para considerarlos planetas. Se estima que la masa total del anillo está comprendida entre un cuarto y la mitad de la terrestre. Salvo Plutón, el tamaño de los mayores elementos no supera algunos cientos de kilómetros de diámetro.
NEPTUNO URANO SATURNO JUPITER
g
a
b
f
c
PLUTON Y LA ESTRELLA
e
d
PLUTON SOLO
20 60 100 140 180 SEGUNDOS DESPUES DE LAS 10:35:50 (UTC) DEL 9 DE JUNIO DE 1988 TRAYECTORIAS
ANEC ER A M
CAPA DE TRANSICION
g
f e
d
OBSERVADAS DE LA ESTRELLA
c b
a
s Plutón realmente un planeta? Hasta hace menos de diez años esta cuestión podía parecer simple. Pero desde entonces se ha descubierto una zona, denominada anillo de Kuiper, poblada de objetos que giran en torno al Sol más allá de Neptuno. Son demasiado pequeños para ser considerados planetas, aunque también haya cometas de período relativamente corto, es decir, que se aproximan al Sol al menos una vez cada dos siglos. Son muchos quienes siguen considerando a Plutón como planeta, pues aunque su masa no sea más que 1/400 la terrestre, es con mucho el mayor objeto del anillo de Kuiper. También parece más brillante que el resto. Y por último hay que tener en cuenta la tradición, pues se le ha aceptado como un planeta más desde que Clyde Tombaugh lo descubriera en 1930. Plutón nunca ha sido fotografiado con gran resolución; las mejores imágenes que existen se hicieron con el telescopio espacial Hubble (arriba, a la izquierda ). James W. Christy detectó un bulto en el disco de Plutón en 1978, mientras estudiaba imágenes de peor calidad. Dicho bulto resultó ser un satélite, al que más tarde se llamó Caronte, el remero mitológico que cruzaba la laguna Estigia y llevaba a los viajeros al reino de Plutón.
R O D A U C E
A T A R D E C E R
3. UNA OCULTACION ESTELAR demostró que Plutón tiene atmósfera. Un equipo de astrónomos siguió a Plutón desde ocho lugares diferentes de observación cuando pasaba por delante de una estrella distante, el 9 de junio de 1988. La estrella se fue oscureciendo gradualmente, como si su luz atravesara una atmósfera. La mayor pendiente de la curva de luz (en b y f ) indica una capa de transición en la atmósfera de Plutón, que podría ser niebla o una región con bruscos cambios de temperatura.
4. UN PAISAJE DE PLUTON podría consistir en un cielo cubierto de estrellas y una vista de Caronte por encima de un terreno escabroso, teñido de rosa como consecuencia de procesos fotoquímicos complejos y cubierto de manchas de metano, de monóxido de carbono y de nitrógeno congelado. La atmósfera del planeta es tan tenue que probablemente el cielo siempre sea negro, incluso de día.
CINTURON KUIPER
SISTEMAS SOLARES
23
Asteroides
1. IDA, descubierto en 1993 por la astronave Galileo. Fue el primer asteroide conocido que poseía su propio satélite diminuto, al que se llamó Dáctilo. (En 1997 se descubrió que el asteroide Dioniso también pudiera tener un satélite.) De unos 52 Kilómetros de longitud, Ida parece tener además su propio campo magnético. Los cráteres indican que su edad pudiera ser de unos mil millones de años.
2. GASPRA fue el primer asteroide que posó en primer plano para la astronave Galileo cuando ésta se dirigía hacia Júpiter.
Cometas
1. EL COMETA SHOEMAKER-LEVY 9 ( derecha) se estrelló contra Júpiter en julio de 1994, constituyendo la mayor colisión presenciada por la humanidad. Eran más de veinte fragmentos, con velocidades de sesenta kilómetros por segundo, algunos de los cuales produjeron explosiones de energía equivalente a la de millones de megatones de cabezas nucleares.
2. EL GRAN COMETA DE 1680, del que Isaac Newton determinó que tenía una órbita casi parabólica. Ya en nuestro siglo, en 1995, el telescopio espacial Hubble descubrió un anillo de cometas que envuelve el sistema solar, compuesto quizá por 200 millones de ellos.
24
TEMAS 15
103
3. ESCASEAN LOS ASTEROIDES MUY GRANDES, cuyos diámetros superen los diez kilómetros. La gráfica muestra los números relativos de asteroides pequeños y grandes.
E
S E D I O R E T S102 A E D O R E M U N
10
12,8
6,4
3,2
1,6
DIAMETRO DE LOS ASTEROIDES (KILOMETROS)
4. EL METEORITO PEEKSKILL (abajo) destrozó el 9 de octubre de 1992 este Chevrolet Malibu que se encontraba estacionado. Miles de personas de la zona de Nueva York vieron la bola de fuego y hubo quienes grabaron la estela de su descenso en cinta de vídeo. Gracias a ello pudieron calcularse la trayectoria y la órbita originales del meteorito. Hubo quien llegó a conjeturar que su órbita y su composición indicaban que formó parte del asteroide 6 Hebe.
ntre las órbitas de Marte y de Júpiter flotan miles de cuerpos celestes, a los que los astrónomos suelen llamar planetas menores, o asteroides. Deberían haberse agrupado formando un pequeño planeta, si no hubiesen estado bajo la inmensa influencia gravitatoria de Júpiter, que hizo que se aceleraran. Puede formarse un planeta mediante choques entre objetos pequeños que se desplacen lentamente, pero si se mueven a más de cinco kilómetros por segundo, que es la velocidad media de los a steroides, las colisiones son demasiado viole ntas. Tales colisiones pueden mandar pedazos de asteroide fuera de sus órbitas normales, situándose algunos en órbitas estables, durante parte de las cuales se acercan a la Tierra. A veces alcanzan la superficie de nuestro planeta; son los meteoritos. El conocimiento que tenemos de los asteroides aumentará de manera importante este año cuando la sonda llamada Near Earth Asteroid Rendezvous se aproxime a unos cincuenta kilómetros del asteroide Eros.
L 3. EL HALE-BOPP, el cometa más brillante desde 1811, fue claramente visible a simple vista incluso en las grandes ciudades, inundadas de luz artificial. En la imagen se aprecian tres colas distintas, una de polvo, otra de gas ionizado y la tercera de átomos de sodio.
4. EL COMETA HALLEY nos visita a intervalos regulares de unos 75 años. Su órbita y la separación de sus visitas varían ligeramente debido a las perturbaciones de los planetas Júpiter y Saturno. Edmund Halley analizó los datos del conocido cometa en el siglo XVII y calculó la fecha de la siguiente aparición, razón por la que lleva su nombre. ARES
a palabra cometa viene del griego y significa cabellera , descripción que resulta adecuada para algo que aparece en el firmamento como una mancha o un borrón. Estos visitantes provienen de los lugares más remotos del sistema solar y consisten en un núcleo sólido de polvo y de hielo, motivo por el que también se les conoce como “bolas de nieve sucia”. El influjo del Sol hace que se produzcan la estela nebulosa y una o más colas que caracterizan al cometa mientras cruza el cielo. Lo más verosímil es que fuese un cometa lo que chocó violentamente con la Tierra hace 65 millones de años (aunque también figura como candidato un asteroide), causando la extinción generalizada que acabó con los dinosaurios y despejó el camino para nuestra propia evolución. Los cálculos realizados por el astrónomo holandés Jan Hendrick Oort a mediados del presente siglo demostraron que tiene que haber un enorme enjambre de cometas a distancias del Sol comprendidas entre cuarenta y cincuenta mil veces la de la Tierra al Sol, conjunto al que se denomina nube de Oort.
25
La escuadra científica Tim Beardsley
Los sensores desplegados en el espacio van a revolucionar la comprensión científica del cosmos
1. EL TELESCOPIO ESPACIAL HUBBLE se separa del transbordador Disco very sobre el océano Indico en febrero de 1997, tras recibir nuevos instrumentos. Las impresionantes imágenes obtenidas por el Hubble han despertado un interés generalizado por los fenómenos astrofísicos.
N
uestro sistema solar y el universo que lo encierra misión Solar Probe ). Allá por el 2004, la gran nave espase conocerán más ampliamente y con mayor pre- cial Cassini llegará a Saturno y e nviará la sonda Huygens cisión durante el próximo decenio, período en el que la acompaña a investigar Titán, gigantesco satélite que saldrán de la Tierra medio centenar de misiones de aquel planeta. Se han programado también diversas científicas con tal propósito. Esta verdadera escuadra misiones para observar desde lejos las violentas explosioespacial visitará planetas, cometas y asteroides y recogerá nes solares, entre ellas el Telescopio solar espacial de datos en las profundidades del espacio, allende la envol- Alemania y China, las Coronas F y Fotón de Rusia, y la tura atmosférica terrestre. Lo más probable es que se Solar B del Japón. halle respuesta a preguntas muy antiguas, pero también Más allá de los límites del sistema solar, no tardará en que aparezcan intrincados problemas que todavía no se desplegarse una flota igualmente impresionan te de detecimaginan. tores sensibles para tomar imágenes y analizar la radiaNo menos de nueve naves espaciales van a explorar ción y las partículas provenientes de las profundidades minuciosamente Marte, incluido el módulo de reconoci- del espacio. Varios observatorios de este género se han miento ( Mars Global Su rveyor ) que se encuentra actual- lanzado ya en los últimos años, pero el cambio de siglo va mente en órbita marciana. Si el plan se desarrolla en los a contemplar muchos más. Dados los avances técnicos términos previstos, se traerán a la Tierra muestras del experimentados por los sensores y la informática, los planeta rojo poco después del 2005. Es posible que la NASA nuevos instrumentos aventajarán notablemente a sus incluya en sus planes misiones a Plutón y quizás a Mercurio antecesores. En esta magna exploración participarán al y Venus (todavía no programadas). menos veinte naciones. La mayoría de las misiones contará También deberían llegar a nuestro planeta muestras en alguna medida con la cooperación e incluso con la del espacio interplanetario más remoto, de asteroides y competencia internacionales. de colas de cometas. La Luna volverá a ser un destino Los Estados Unidos, Rusia, Japó n y la Agencia Europea habitual de vehículos automáticos, como se contempla en del Espacio ( ESA ) se destacan como grandes protagonisproyectos europeos y japoneses. En estas misiones se tas, pero no son los únicos. Se prevén diversas explorapretende cartografiar la composición de nuestro satélite ciones de menor envergadura: los programas de obsery saber por fin si contiene agua helada cerca de su polo vació n de la Ind ia y de Sue cia , por ej emp lo, y los sur, como apuntan las observaciones de radar. Hasta importantes proyectos emprendidos por Francia, Alepodría lanzarse una sonda hacia el Sol en el 2005 (la mania e Italia al margen de su pertenencia a la ESA .
26
TEMAS 15
Numerosos países que no operan naves espaciales aportarán instrumentación y ofrecerán el uso de estaciones de seguimiento. Es probable que se intensifique la colaboración internacional, especialmente en misiones muy costosas, como la toma de muestras en Marte ( Mars Sample Return Mission ). Pese a haber admitido recientemente que las misiones científicas espaciales tienen que ser sencillas y baratas, la NASA tiene en cartera varios proyectos de mayor cuantía.
Módulo de aterrizaje Mars Surveyor ’98
H
acia el 2008 puede que las explosiones de rayos gamma hayan perdido algo de su misterio, gracias a un escuadrón de satélites diseñados para identificar y observar estos sucesos breves aunque catastróficos. Los cuásares y los núcleos galácticos activos de todo tipo –sin olvidar el centro de nuestra propia galaxia– se someterán a un intenso escrutinio en las longitudes de onda de los HALCA , ya operativo, aplica esta técnica, mientras que rayos gamma y los rayos X. Entre los observatorios de Rusia proyecta lanzar uno mayor, el Radioastron , en el energías elevadas más interesantes que se han proyectado 2000. Otros sensores especializados, como la sonda anifiguran INTEGRAL, cuyo lanzamiento ha programado sótropa de microondas ( Microwav e Anisotropy Prob e, la ESA en el 2001 para estudiar las fuentes de rayos MAP ) de la NASA y la misión combinada FIRST/Planck gamma; la espectroscopía de rayos X de régimen elevado ( First Infrared Submil limeter Telescope ) de la ESA , detec( High-Throughput X-ray Spectroscopy Mission), que debe tarán los vestigios de radiación cósmica de fondo, examen iniciarse en 1999, y el centro astrofísico avanzado de que podría revelar mucho sobre los primeros momentos rayos X ( Advanced X-ray Astrophysics Facility, AXAF ), del universo. tantas veces retrasado. Los radioastrónomos observarán Avances importantes provendrán de la astronomía de también estas regiones de gran energ ía con una resolución infrarrojos, que es más adecuada para estudiar la forma jamás alcanza da, para lo cual utilizarán una interfe ro- ción de galaxias, estrellas y planetas. Se espera con impametría de línea de referencia muy larga, q ue combina las ciencia el lanzamiento del telescopio espacial de infrarromediciones desde satélite con las realizadas por antenas jos ( Space Infrared Telescope Facility, SIRTF ) para el en la Tierra. El satélite japonés de radioastronomía 2001. Al igual que otros observatorios que trabajan en las ondas submilimétricas del infrarrojo, esta nave ampliará la operatividad del observatorio espacial de infrarrojos ( Infrared Space Observatory ) de la ESA , cuyas existencias de refrigerante criogénico amenazaban agotarse a principios de 1998. Si bien la mayoría de los observatorios espaciales describen órbitas terrestres, la operación en infrarrojos se mejora con la distancia. El SIRTF orbitará el Sol a 48 millones de kilómetros de la Tierra, mientras que otros observatorios en longitudes de onda submilimétricas y del infrarrojo se situarán en torno a un punto de estabilidad gravitatoria que dista dos millones de kilómetros de la Tierra en dirección opuesta al Sol. El telescopio espacial de la próxima generación ( Next Generation Space Telescope), cuyo lanzamiento está previsto en principio para el 2007, incorporará un observatorio de elevada resolución en infrarrojos, digno sucesor del telescopio espacial Hubble, que terminará su vida algo después del 2005.
N
2. EXAMEN DE CASSINI en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de Pasadena, California. La nave espacial fue lanzada en octubre de 1997 hacia Saturno, a donde debe llegar en el 2004.
SISTEMAS SOLARES
o sólo en radioastronomía se aplicarán técnicas interferométricas. La misión de interferometría espacial ( Space Inte rfero metry Missi on, SIM ), actualmente en estudio, se centra en el difícil reto técnico que entraña la interferometría óptica en el espacio. Dos telescopios ópticos independientes, separados por un brazo de diez metros, combinarían su efecto para conseguir una resolución inaudita. Y por si fuera poco, comienza a planificarse una misión todavía más ambiciosa: la Terrestrial Planet Finder que utilizaría interferometría de infrarrojos para buscar planetas del tamaño de la Tierra en torno de estrellas lejanas, lo cual es muy importante para el estudio de los orígenes que ocupa a la NASA . Como es natural, todos estos planes y las fechas de las misiones espaciales están sujetos a modificaciones. Pese a todo, la magnitud y los propósitos de este escuadrón de la ciencia atestiguan la apremiante inquietud del hombre por comprender la formación de nuestro universo.
27
EXPLORACIONES ESPACIALES DEL PROXIMO DECENIO NOMBRE DE LA MISION (PATROCINADOR) ACE, Advanced Composition
OBJETIVO PRINCIPAL DE LA MISION
FECHA DE LANZAMIENTO
Observar las partículas atómicas solares y el entorno interplanetario
1997
Coronas F (Rusia)
Observar el espectro solar durante un máximo de actividad solar
1998
TRACE, Transition Region and
Fotografiar los plasmas de la corona solar en la gama del ultravioleta
1998
Estudiar las erupciones solares mediante rayos X, rayos gamma
2000
Explorer (NASA)
Coronal Explorer (NASA) HESSI, High Energy Solar
l o S l E
Spectroscopic Imager (NASA)
y neutrones
Photon (Rusia)
Analizar los rayos gamma emitidos por el Sol
SST, Space Solar
Estudiar el campo magnético solar
2000 HESSI
2001
Telescope (China y Alemania)
a n u L a L
s a t e n a l p s o L
Genesis (NASA)
Recoger núcleos atómicos del viento solar y traerlos a la Tierra
2001
Solar Probe (NASA)
Medir partículas, campos, rayos X y luz de la corona solar
2003
Solar B (Japón)
Estudiar el campo magnético solar cuando se producen fenómenos violentos
2004
Lunar Prospector (NASA)
Estudiar el campo magnético lunar y buscar pruebas de la existencia de agua en los polos
1998
Lunar A (Japón)
Analizar el subsuelo lunar
1999
Euromoon 2000 (ESA)
Explorar el polo sur lunar (en estudio)
2001
Selene (Japón)
Cartografiar la Luna, estudiando campos y partículas
2003
Galileo (NASA)
Explorar Júpiter y sus lunas
1989
Mars Global Surveyor (NASA)
Cartografiar Marte y recoger datos transmitidos por otras misiones
Cassini (NASA)
Explorar el sistema de Saturno; Huygens (ESA) descenderá a Titán
1997
Planet B (Japón)
Estudiar las relaciones entre el viento solar y la atmósfera de Marte
1998
Mars Surveyor ‘98 (NASA)
Explorar un lugar cerca del polo sur de Marte (misión en dos partes)
Deep Space II (NASA)
Analizar el subsuelo marciano
1999
Mars Surveyor 2001 (NASA)
Posar sobre Marte un vehículo que recorra muchos kilómetros (misión en dos partes)
2001
Mars Surveyor 2003 (NASA)
Recoger muestras de suelo marciano (misión en dos partes, en estudio)
2003
Mars Express (ESA)
Analizar suelo marciano utilizando un módulo orbitador y dos de aterrizaje
2003
Pluto/Kuiper Express (NASA)
Explorar Plutón, único planeta del sistema solar no visitado, y el cinturón de Kuiper
PROSPECTOR LUNAR
1996
1998 y 1999
Después del 2003
(en estudio)
s a t e m o C
Mars Sample Return (NASA)
Traer a la Tierra muestras de rocas y de suelo marciano (en estudio)
Stardust (NASA)
Alcanzar el cometa Wild 2, recoger partículas de su cola
Después del 2005 1999
y traer las muestras a la Tierra CONTOUR, Comet Nucleus Tour
Obtener mapas espectrales de tres núcleos de cometa
2002
Posar una sonda sobre el núcleo del cometa Wirtanen
2003
Medir la composición, el campo magnético y la distribución
1996
(NASA) Rosetta (ESA y Francia)
s NEAR, Near Earth Asteroid Rendezvous e d n (NASA) i ó r o r u e t t MUSES C (Japón) n s i C a e d 28
de masas del asteroide Eros
ROSETTA
Traer una muestra de material de un asteroide
2002
TEMAS 15
NOMBRE DE LA MISION (PATROCINADOR)
o t o m e r o i c a p s E
OBJETIVO PRINCIPAL DE LA MISION
FECHA DE LANZAMIENTO
RXTE, Rossi X-ray Timing Explorer (NASA)
Observar cambios de las fuentes de rayos X con el tiempo
1995
Beppo-SAX (Italia)
Observar fuentes de rayos X de rangos de energía muy distintos
1996
HALCA (Japón)
Estudiar núcleos galácticos y cuásares por interferometría radioeléctrica
1997
FUSE, Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (NASA)
Detectar deuterio en el espacio interestelar
1998
AXAF, Advanced X-ray Astrophysics Facility (NASA)
Obtener imágenes de rayos X y espectros de agujeros negros y de otros objetos de gran energía
1998
WIRE, Wide-Field Infrared Explorer (NASA)
Observar la formación de galaxias con un telescopio criogénico
1998
Odin (Suecia)
Detectar emisiones en ondas milimétricas procedentes del oxígeno y del vapor de agua contenidos en los gases interestelares
SWAS, Submillimeter Wave Astronomy Satellite (NASA)
Buscar oxígeno, vapor de agua y carbono en las nubes interestelares
1999
ABRIXAS, A Broad-band Imaging X-ray All-sky Survey (Alemania)
Realizar un detenido examen con rayos X por toda la esfera celeste
1999
Spectrum X-gamma (Rusia)
Medir emisiones de rayos X procedentes de púlsares, agujeros negros, residuos de supernovas y núcleos galácticos activos
1999
HETE II, High Energy Transient Explorer (NASA)
Estudiar focos de explosiones de rayos gamma con detectores de rayos X y de rayos gamma
1999
XMM, High-Throghput X-ray Spectroscopy Mission (ESA)
Observar espectros de las fuentes cósmicas de rayos X
1999
Astro-E (Japón)
Realizar observaciones de gran resolución en rayos X
2000
MAP, Microwave Anisotropy Probe (NASA)
Estudiar el origen y la evolución del universo a través de la radiación cósmica de fondo
2000
Radioastron (Rusia)
Observar cuásares y fenómenos de gran energía m ediante interferometría radioeléctrica
2000
SIRTF, Space Infrared Telescope Facility (NASA)
Realizar observaciones de gran resolución de estrellas y galaxias en infrarrojos
2001
Corot (Francia)
Buscar pruebas de la existencia de planetas en torno de estrellas lejanas
2001
INTEGRAL, International Gamma Ray Astrophysics Lab (ESA)
Obtener espectros de estrellas de neutrones, agujeros negros, explosiones de rayos gamma, púlsares de rayos X y núcleos galácticos activos
2001
GALEX, Galaxy Evolution Explorer (NASA)
Observar estrellas, galaxias y elementos pesados en longitudes de onda del ultravioleta (en estudio)
Spectrum UV (Rusia)
Estudiar objetos astrofísicos en longitudes de onda del ultravioleta
2001
SIM, Space Interferometry Mission (NASA)
Tomar imágenes de estrellas que pudieran albergar planetas como la Tierra (en estudio)
2004
HTXS, Constellation X-ray Mission (NASA)
Realizar espectroscopia de gran resolución en rayos X (en estudio)
Después del 2005
OWL, Orbiting Wide-angle Light Collectors (NASA)
Estudiar los efectos de los rayos cósmicos en la atmósfera terrestre (en estudio)
Después del 2005
FIRST, Far Infrared Submillimeter Telescope, and Planck (ESA)
Discernir la estructura detallada del fondo cósmico de microondas (misión combinada)
2006
Next Generation Space Telescope (NASA)
Explorar el espacio circundante en las longitudes de onda infrarrojas (en estudio)
2007
TPF, Terrestrial Planet Finder (NASA)
Buscar planetas y protoplanetas que giren alrededor de estrellas próximas (en estudio)
2009
SISTEMAS SOLARES
1998
AXAF
XMM
2001
29
Planetas hermanos
Mercurio: el planeta olvidado Robert M. Nelson
Pese a ser uno de los vecinos que la Tierra tiene más cerca, sigue siendo en buena medida un mundo extraño y desconocido
M
ercurio, el planeta más cercano al Sol, es un mundo donde reinan los extremos. De todos los objetos que se condensaron a partir de la nebulosa presolar, es el que se formó a mayores temperaturas. Del amanecer al crepúsculo, un día dura allá 176 terrestres; es el día más largo de todo el sistema solar, más incluso que su propio ciclo anual. Cuando Mercurio está en el perihelio (el punto de la órbita más cercano al Sol) se desplaza con tal rapidez, que
si nos situásemos en algún punto de su superficie nos parecería que el Sol se detenía en el cielo y retrocedía, y así hasta que la rotación del planeta dominara otra vez y el Sol avanzase de nuevo. Durante el día la temperatura de la superficie alcanza los 700 grados kelvin, la mayor del sistema solar (más que suficiente para derretir el plomo); de noche cae hasta sólo 100 grados kelvin (como para congelar el criptón). Tales particularidades convierten
1. AMANECER EN MERCURIO, de un brillo diez veces mayor que en la Tierra. Viene anunciado por fulguraciones procedentes de la corona solar, que serpentean sobre el horizonte e iluminan las laderas del escarpe Discovery (a la derecha de la imagen; ilustración basada en los datos del Mariner 10). Se ven en el cielo
un planeta azul y su luna.
a Mercurio en un objeto muy intrigante. Plantea grandes problemas a la investigación científica. Sus propiedades extremas hacen que cueste encajarlo en un esquema general de evolución del sistema solar, pero esas mismas peculiaridades ofrecen a los astrónomos oportunidades de comprobar sus teorías con precisión y rigor. Pero aunque Mercurio sea, tras Marte y Venus, el vecino más próximo a la Tierra, sólo del remoto Plutón sabemos menos. Siguen envueltos en el misterio sus orígenes y su evolución, su especial campo magnético, su tenue atmósfera, su núcleo, quizá líquido, su enorme densidad. El planeta brilla mucho, pero está tan lejos que los astrónomos de antaño no lograban distinguir las peculiaridades de su superficie; tuvieron que conformarse con determinar su movimiento en el cielo. Tal como lo vemos desde la Tierra, Mercurio, por ser el planeta más interior del sistema solar, nunca se aleja del Sol más de 27 grados. Este ángulo es menor que el de las manecillas de un reloj a la una. Por tanto, sólo se le puede obser var durante el día (con las consiguientes dificultades que plantea la luz solar dispersa), poco antes del amanecer o poco después del ocaso, cuando el Sol se sitúa justo encima del horizonte. Pero al alba o en el crepúsculo la posición celeste de Mercurio es demasiado baja y su luz debe atravesar diez veces más aire turbulento que cuando se encuentra en el cenit del observador. Los mejores telescopios terrestres no alcanzan a distinguir otros rasgos de Mercurio que los que abarquen varios cientos de kilómetros como mínimo, resolución mucho peor que cuando se mira la Luna a simple vista. Pese a tales limitaciones, la obser vación terres tre ha proporcionado resultados interesantes. En 1955 se hizo que rebotaran ondas de radar en la superficie de Mercurio. Al medir el corrimiento Doppler de la frecuencia de las ondas reflejadas se supo que el período de rotación del planeta era de 59 días. Hasta entonces se aceptaba comúnmente que era de 88 días, como su período anual; se creía, pues, que una de las caras siempre miraba al Sol. Lo sorprendente es la sencilla relación 2:3 entre el día y el año de Mercurio. Es probable que una flexión de marea disipara energía y frenase la rotación, en un principio mucho más rápida, del planeta; algún proceso enigmático debió de encerrarla en esa relación 2:3. A los nuevos observatorios espaciales, como el telescopio espacial
33
Al medir la aceleració aceleración n del Mariner Hubb le , no les limita la distorsión atmosférica;; cabría pensar, por tanto, en el sorprendentemente potente atmosférica que fueran las herramientas ideales campo gravitatorio de Mercurio se para el estudio de Mercurio. Por des- confirmó una de sus características gracia el Hubble —como muchos otros más singulares: su gran densidad. Los sensores espaciales— no puede apun- demás cuerpos terrestres del sistema tar hacia Mercurio porque los rayos solar, es decir, los no gaseosos gaseosos — solares, tan cercanos al planeta, Venus, la Luna, Marte Ma rte y la Tierra—, Tie rra—, podrían dañar su sensibles instru- muestran una relación bastante lineal mentos ópticos. entre densidad y tamaño. La Tierra Parece, pues, que la única forma de y Venus presentan una densidad eleinvestigar Mercurio es por medio de vada vada;; meno s dens densos os son la Luna y una nave espacial que lo examine de Marte. Aunque Mercurio no sea mucho cerca. Sólo una vez ha llegado hasta mayor que la Luna, su densidad es la él una sonda, el Mariner 10, que, inte- típica de un planeta mucho mayor, grada en una misión más amplia de como la Tierra. exploración del sistema solar interior, Este dato ofrece un indicio crucial lo sobrevoló en los años setenta. sobre la composición de su interior. Conseguir que la sonda llegara allá Las capas externas de un planeta no fue tarea fácil. Caer directamente terrestre están hechas de silicatos, de en el pozo de potencial gravitatorio materiales ligeros. A medida que se del Sol era imposible; tuvo que rebotar gana en profundidad aumenta la denen el campo de Venus para perder así sidad debido, por una parte, a la comenergía gravitatoria y frenarse, como presión que ejercen las capas de roca requería su encuentro con Mercurio. superiores y, por otra, a la diferente La órbita que describía el Marine Marinerr composición de los materiales del intealrededor del Sol hizo que se acercara rior. Los densos núcleos de los planetres veces a Mercurio: el 29 de marzo tas terrestres es muy probable que de 1974, el 21 de septiembre de 1974 estén compuestos fundamentalmente y el 16 de marzo de 1975. La nave de hierro. recogió imágenes de aproximadaCabe, pues, que Mercurio tenga, mente un 40 por ciento de la superfi- en relación a su tamaño, el mayor cie de Mercurio; en ellas se descubría núcleo metálico de todos los planetas un terreno cubierto de cráteres que, terrestres. Esa tesis ha desencadea primera vista, se asemejaba a la faz nado un vigoroso debate acerca del de la Luna. origen y la evolución del sistema Por desgracia las imágenes dieron solar. Los astrónomos aceptan que pie a la errónea impresión de que todos los planetas se condensaron a Mercurio era más o menos como la partir de la nebulosa solar, más o Luna, aunque situada en una región menos al mismo tiempo. Si esta prediferente del sistema solar. Por eso misa fuese cierta, hay tres posibles ha sido el planeta olvidado del pro- circunstancias que podrían explicar grama espacial estadounidense. Se por qué Mercur Mercurio io es tan especial. En han llevado a cabo más de cuarenta primer lugar, la composición de la misiones a la Luna, veinte a Venus y nebulosa solar quizá fuese muy difemás de quince a Marte. Durante el rente en la vecindad de la órbita de próximo decenio girará alrededor de Mercurio, mucho más de lo predicho Venus, Ven us, de Mart e, de Júpi ter y de por los modelos teóricos. También es Saturno Sa turno una flota de satélites que posible que el Sol tuviese tanta enerdurante muchos años enviará infor- gía en los principios del sistema solar mación minuciosa sobre estos plane- que los elementos más volátiles y de tas y sus alrededores. Pero Mercu Mercurio rio menor densidad del planeta se vaposeguirá siendo, en buena medida, un rizasen y se dispersasen. La tercera lugar por explorar. posibilidad consiste en que un objeto de gran masa chocase con Mercurio ebemos a la misión Mariner ca- poco después de su formación y evasi todo cuanto sabemos de Mer- porase los materiales de menor dencurio. La batería de instrumentos que sidad. Los datos de que se dispone la sonda llevaba a bordo envió a la hasta ahora no permiten decantarse Tierra unas 2000 imágenes cuya reso- por ninguna de ellas. lución efectiva era de 1,5 kilómetros Por extraño que parezca, ni el anáaproximadamente, comparable a la lisis cuidadoso de los datos del de una vista de la Luna tomada desde Mari ner ni las laboriosas observala Tierra con un telescopio de gran ciones espectroscópicas realizadas diámetro. Pero todas esas imágenes desde la Tierra han logrado detectar no captaron más que una de las caras cantidad alguna de hierro en las de Mercurio; la otra no se ha visto rocas de la corteza de Mercurio. Esta nunca. ausencia de hierro superficial con-
Datos imprescindibles
C
on una órbita muy inclinada y excéntrica, Mercurio es el planeta más interior del sistema solar. Gira sobre su propio eje a una velocidad lentísima, de modo que el día dura 59 terrestres, mientras que su período anual es de 88 días terrestres. Su proximidad al Sol y los días interminables hacen que las temperaturas diurnas sean las más elevadas del sistema solar. Su superficie es rocosa, abundante en cráteres. Es algo mayor que la Luna y excepcionalmente denso para su tamaño; ha de tener, pues, un gran núcleo de hierro. Además posee un fuerte campo magnético, lo que sugiere que existen zonas líquidas en el núcleo. Habida cuenta de que un planeta pequeño como éste debería haberse enfriado lo suficientemente deprisa como para solidificarse del todo, estos datos plantean interrogantes sobre su origen e incluso acerca del nacimiento del sistema solar. El campo magnético de Mercurio forma alrededor del planeta una magnetosfera que resguarda parcialmente la superficie del potente viento de protones que emana del Sol. La tenue atmósfera está hecha de partículas del viento solar, recicladas, o arrancadas de la superficie. Pese a su desconcertante naturaleza, sólo una nave espacial, Mariner , ha volado hasta Mercurio. —R.M.N
TAMAÑOS RELATIVOS DE LOS CUERPOS CELESTES MERCURIO VENUS
TIERRA
LUNA
MARTE
ORBITAS RELATIVAS DE LOS CUERPOS TERRESTRES (grado de inclinación respecto a la eclíptica)
SOL
D
34
MARTE (1,85)
MERCURIO (7,0) VENUS (3,39)
TIERRA (0)
TEMAS 15
LA MAGNETOSFERA DE MERCURIO
FRENTE DE CHOQUE
VIENTO SOLAR
LINEA DEL CAMPO MAGNETICO
DENSIDAD DE CUERPOS TERRESTRES ) O C I 6 B U C MERCURIO O R5 T E D A M I D I T 4 N S E N C E D R O3 LUNA P S O M A 2 R 0 1 2 3 G (
TIERRA VENUS
MARTE
4
5
6
7
RADIO (MILES DE KILOMETROS)
MISIONES A OBJETOS TERRESTRES 40
30
S E N O I S I M E 20 D O R E M U N
10
SISTEMAS SOLARES
TRIPULADA
SONDA ORBITAL
SONDA DE ATERRIZAJE
VUELO DE APROXIMACION
0 LUNA
MARTE
VENUS MERCURIO
35
trastaría con la abundancia que se fuese de hierro puro, como indican el nuir el punto de congelación del hiecree existe en el interior. Ha y hierro fuerte campo magnético y la gran den- rro de modo que permaneciese líquido en la corteza de la Tierra y la e spec- sidad, hace eones que se habría incluso a temperaturas bastante troscopía lo ha detectado también enfriado y solidificado. Pero un núcleo bajas. El azufre, un elemento abunen las rocas de la Luna y de Marte. sólido no puede generar una dínamo dante en el cosmos, es un posible Por tanto, Mercurio podría ser el magnética autosuficiente. candidato. En los modelos de Mercurio único planeta del sistema solar inteEsta contradicción induce a pensar recientes, en efecto, aunque el núcleo rior en el que el hierro se conce ntre que existan otros materiales en el esté compuesto de hierro sólido, lo en sus profundidades mientras que núcleo. Tales aditivos podrían dismi- rodea una capa líquida de hie rro y de en la corteza se acumulan los azufre cuya temperatura es de livianos silicatos. Puede que 1300 grados kelvin. Esta permaneciera fundido tanto solución so lución de la paradoja sigue MATERIAL tiempo tiem po que las sustancias siendo, con todo, una conjeDESPEDIDO pesadas se asentasen en su tura. MANTO centro, lo mismo que el hierro Cuando una superficie plase deposita bajo la escoria en netaria se ha solidificado, puede un horno de fundición. que se combe, si está sometida El Mariner 10 también desa tensión de forma constante y N O cubrió que Mercurio tiene un durante largos períodos pe ríodos de S E campo magnético bastante tiempo, o que se resquebraje, ONDAS R P intenso, el más potente de los como lo haría un trozo de cristal SUPER M FICIALES planetas terrestres, excep O cuando recibe un golpe. Poco C E tuada la propia Tierra. El camdespués de su nacimiento, hace D D A po magnético de la Tierra está 4000 millones de años, Mercurio N O generado por los metales funsufrió el bombardeo de enormes didos, conductores de la elecmeteoritos que penetraron en tricidad, que gracias a un prosu frágil epidermis externa y ceso de “dínamo autosuficiente” liberaron ingentes torrentes de circulan por su núcleo. Si la lava. En tiempos más recientes fuente del campo magnético de ha habido colisiones menos vioTERRENO Mercurio fuese similar, su intelentas, que de todas formas han ACCIDENTADO rior estaría líquido. generado ríos de lava. Tales Esta hipótesis presenta un impactos tuvieron que liberar 2. EL CRATER CALORIS problema. Mercurio es relatisuficiente energía como para se formó cuando un proyectil gigantesco embistió vamente vam ente peq pequeñ ueño, o, sie siendo ndo su derretir la superficie o hacer contra Mercurio hace 3600 millones de años (arriba (arriba). ). área superficial grande con Las ondas de choque sacudieron el planeta y crearon que brotasen capas líquidas respecto a su volumen. En más profundas. La superficie terrenos abruptos y rayados en la cara opuesta. El igualdad de circunstancias, un de Mercurio está marcada por borde de Caloris (abajo (abajo ) es una serie de ondas concuerpo pequeño irradiará enerfenómenos que ocurrieron descéntricas “congeladas” después del impacto. Desde gía al espacio a un ritmo mucho pués de que su capa externa se entonces su base llana, de más rápido que un cuerpo solidificara. 1300 kilómetros de ancho, se ha ido cubriendo mayor. Si el núcleo de Mercurio Los geólogos planetarios han de cráteres menores. I
esbozado la historia de Mercurio basándose en esas huellas, pese a que no se dispone de datos precisos sobre las rocas que forman su corteza. El único modo de determinar una edad absoluta es mediante la datación radiométrica de muestras extraídas del planeta (de las que tampoco se dispone hasta la fecha). Pero los geólogos tienen maneras ingeniosas de asignar edades relativas, en su mayor parte basadas en el principio de superposición: una formación que esté superpuesta o corte a otra es menos antigua que ésta. Dicho principio resulta particularmente útil para establecer las edades relativas de los cráteres.
M
ercurio presenta varios cráteres grandes, rodeados por múltiples anillos concéntricos de colinas y valles que probablemente se originaron tras el impacto de un meteorito. Sus ondas de choque se propagarían —como al lanzar una piedra a un estanque— desde el lugar del impacto hasta que se quedaran “congeladas”. Caloris, un monstruo de 1300 kilómetros de diámetro, es el mayor de estos cráteres. El impacto que lo creó formó una cuenca llana —donde lo dejó todo como la palma de la mano— sobre la que nuevos impactos más pequeños han ido marcando su huella. Dada una estimación del número de proyectiles que se estrellan contra el planeta por unidad de tiempo, la distribución de tamaños de estos cráteres indica que el impacto de Caloris seguramente ocurrió hace unos 3600 millones de años; este dato nos sirve como punto de referencia temporal. La colisión fue tan violenta que rajó la superficie del extremo opuesto del planeta; en los antípodas de Caloris hay numerosas grietas y fallas. La superficie de Mercurio está cruzada también por formaciones rectilíneas de origen desconocido, orientadas principalmente de norte a sur, de nordeste a sudoeste y de noroeste a sudeste; dibujan la “red mercuriana”. Una explicación de su existencia sería que la corteza se solidificara cuando la rotación del planeta era mucho más rápida, quizá con un día de sólo veinte horas. Con estas vueltas tan veloces el planeta tendría un bulbo ecuatorial; al ralentizarse hasta alcanzar su período actual la gravedad le conferiría una forma más esférica. Es probable que las líneas surgiesen cuando la superficie se acomodara a este cambio. No cruzan el cráter Caloris, lo que indica que son anteriores al impacto que lo creó.
SISTEMAS SOLARES
3. LOS ANTIPODAS DE CALORIS son unos terrenos caóticos, con colinas y fracturas generadas por el impacto en el lado opuesto del planeta. El cráter Petrarca (centro ) lo abrió un impacto mucho más reciente, como evidencia la escasez de cráteres secundarios en su lecho liso. Pero fue lo bastante violento como para fundir las rocas, que fluyeron por un canal de cien kilómetros de longitud y anegaron un cráter cercano.
Mercurio se iba enfriando mientras das. Todos esos cuerpos rocosos tenían se frenaba su rotación, por lo que se que provenir de una misma familia, iban solidificando las partes externas originada en el cinturón de asteroides. de su núcleo. La contracción que Las lunas de Júpiter presentan, por acompañó a estos fenómenos segura- contra, una distribución diferente de mente redujo el área superficial del tamaños de cráteres, lo que indica que planeta en alrededor de un millón de chocaron con objetos de otro tipo. kilómetros cuadrados, con lo que se El campo magnético de Mercurio es generaría una red de fallas que se lo bastante intenso para atrapar las manifestaría en forma de los largos partículas cargadas que arrastra el escarpes curvos que surcan la super- viento solar (un torrente de protones ficie. liberado por el Sol). El campo magnéEn comparación con la Tierra, tico forma una pantalla, o magnetosdonde la erosión ha alisado la mayoría fera, una versión en miniatura de la de los cráteres, las superficies de que rodea a la Tierra. Las magnetosMercurio, de Marte y de la Luna mues- feras cambian sin cesar en respuesta tran nítida su frecuente incidencia. a la actividad solar; al ser más La distribución de tamaños es similar pequeña, la pantalla magnética de en los tres, con la salvedad de que en Mercurio cambia mucho más deprisa Mercurio tienden a ser algo mayores. que la de la Tierra y reacciona con Los objetos que se precipitaron sobre rapidez al viento solar, cuya densidad Mercurio viajaban casi con toda segu- en Mercurio decuplica la registrada ridad a velocidades superiores que los en la Tierra. que chocaron contra los otros planeEl viento solar bombardea implatas. Es lo que cabe esperar si los pro- cable el lado iluminado de Mercurio. yectiles describen órbitas elípticas El campo magnético es justo lo basalrededor del Sol, porque en la región tante potente como para impedir que de la órbita de Mercurio se mueven el viento llegue a la superficie del más deprisa que en zonas más aleja- planeta, salvo cuando la actividad del
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Sol es más intensa o cuando Mercurio ESCARPE DISCOVERY está en el perihelio. En esos casos, los protones de gran energía que componen el viento solar arrancan materia de la corteza del planeta y la magnetosfera puede atrapar las partículas así liberadas. Pero un cuerpo tan caliente como Mercurio no retiene una atmósfera considerable, ya que las moléculas de gas se desplazan por lo normal a mayor velocidad que la de escape del planeta. Cualquier cantidad significativa de material volátil que haya en Mercurio no tardará en disiparse hacia el espacio, razón por la que la opinión generalizada fue durante 4. EL ESCARPE DISCOVERY mucho tiempo que el planeta carecía (el surco que se observa en el dibujo de arriba y en la foto de la página de atmósfera. Pero el espectrómetro siguiente ) mide 500 kilómetros de largo y en algunos lugares alcanza una altitud ultravioleta instalado en el Mari ner de dos kilómetros. La superficie de Mercurio está plagada de fallas inversas 10 detectó hidrógeno, helio y oxígeno. como ésta, que seguramente se originaron cuando ciertas zonas del núcleo de Observaciones realizadas posteriorMercurio se solidificaron y se encogieron. Como consecuencia la corteza tuvo mente desde la Tierra hallaron trazas que contraerse para adaptarse a una superficie más reducida. La compresión de sodio y de potasio. se produce mediante el deslizamiento de una sección de la corteza sobre No se ha acallado el debate sobre otra: se genera así una falla inversa. la fuente y el destino final de este material atmosférico. En contraste con la capa gaseosa que recubre la Tierra, la atmósfera de Mercurio se Otra posible fuente de agua residiría de recortes presupuestarios, las proevapora y se regenera constante- en los cometas que se precipitan sin puestas más ambiciosas que la NASA mente. Es probable que en gran parte cesar sobre él. El hielo que cayese puede tener en cuenta para la explosea creada, directa o indirectamente, sobre los polos podría quedar a la som- ración del espacio remoto son las del por el viento solar; algunos de los com- bra y se evaporaría muy despacio; programa Discovery . Para proponer ponentes podrían provenir de la mag- estos depósitos de agua podrían ser tal o cual misión los científicos intenetosfera o del flujo de material come- una de las fuentes del oxígeno y el resados han de asociarse con empretario. Cuando un átomo es arrancado hidrógeno que detectamos en la sas, y a veces esos proyectos conjuntos de la superficie por la acción del viento atmósfera de Mercurio. Por otra parte, son seleccionados y financiados por la solar puede incorporarse a la tenue astrónomos de la Universidad de NASA . Hasta el momento se han lleatmósfera. Es incluso posible que el Arizona han propuesto que las regio- vado a cabo cuatro misiones de estas planeta continúe deshaciéndose de los nes polares en sombra podrían conte- características. Se supone que el coste últimos restos de su repertorio inicial ner otra especie volátil, el azufre, que de una misión del programa Discovery de sustancias volátiles. imita la reflectividad radárica del no ha de superar los 226 millones de hielo, pero tiene un punto de fusión dólares. Como contrapunto, las misioecientemente un equipo de astró- superior. nes Galileo, a Júpiter, y Cassini, a nomos del Instituto de Tecnología ¿Por qué es Mercurio el gran ausente Saturno, costarán ambas más de mil de California y del Laboratorio de de los esfuerzos que llevan haciéndose millones de dólares. Propulsión a Chorro (JPL), ambos en un cuarto de siglo para explorar el Pasadena, observaron la polarización sistema solar? Una posible respuesta oner un satélite en órbita alredecircular de un haz de radar reflejado es la similitud existente entre las dor de Mercurio plantea dificulen una zona cercana a los polos de superficies de Mercurio y de la Luna. tades técnicas especiales. La nave Mercurio, lo que apunta a la presencia Otro factor, más sutil, se esconde en tendría que estar protegida contra la de hielo. No deja de ser interesante el modo en que se plantean las misio- intensa energía que emite el Sol e la posibilidad de que un planeta tan nes planetarias. Los miembros de los incluso contra la energía solar que se caliente como Mercurio muestre capas grupos de especialistas de la NASA se refleja en la superficie de Mercurio. de hielo de agua (o simplemente agua). hallaban involucrados en las misiones Puesto que la sonda estaría cerca del Pudiera ser que el hielo subsistiese más recientes, dirigidas casi todas planeta, en ocasiones la luz “mercuen regiones de sombra perpetua cerca hacia otros planetas, por lo que sus riana” supondría una mayor amenaza de los polos, como remanente del agua conocimientos e intereses se centra- que la luz solar directa. La NASA reciprimordial que se condensase durante ban en ellos, mientras que Mercurio bió en 1994 una propuesta de misión el nacimiento del planeta. cuenta con pocos abogados. a Mercurio, dentro del programa De ser cierto esto, Mercurio tendría Y está la economía. Los jerarcas de Discovery , y dos en 1996. que haber permanecido en una orien- la NASA exigen que los investigadores La primera, o Hermes 94, utilizaba tación muy estable desde que existe propongan misiones “mejores, más un sistema de propulsión tradicional, el sistema solar, sin que ninguno de rápidas y más baratas”, con un con- de hidracina-tetróxido de nitrógeno, los polos se hubiera inclinado en direc- jun to limi tado de obj etivos, y que que requería una carga de combustición al Sol, pese a fenómenos devas- transijan en perder un poco de valor ble de 1145 kilogramos, destinada en tadores como el impacto de Caloris. científico a cambio de un menor coste su mayor parte a reducir la velocidad Tal estabilidad sería más que notable. total. En un ambiente como el actual de la nave a medida que se fuera
R
P
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TEMAS 15
proporciones de los elementos más abundantes en las rocas de la corteza. Pese al interés científico que revisten ambos instrumentos, su masa adicional obliga a que la nave se aproxime dos veces a Venus y tres a Mercurio antes de entrar en la órbita de éste. Esta trayectoria hará que el viaje a Mercurio dure más de cuatro años (el doble, más o menos, de lo que tardaría Hermes 96). Messenger es la más costosa de las misiones Discovery que están sobre la mesa; su presupuesto actual gira en torno a los 211 millones de dólares. Los responsables de asignar los contratos para las misiones Disco very hacen hincapié en el hecho de que su criterio se basa en la opinión de evaluadores externos a la NASA . Al tomar decisiones estos comités se esfuerzan por llegar a un consenso, lo que les inclina a favorecer técnicas contrastadas y a ser poco receptivo s a las más innovadoras.
A
aproximando al Sol. La cantidad de ria. Se trataba de un propulsor iónico combustible no hubiese podido redu- movido por energía solar que no cirse más que aumentando el número requeriría más que 295 kilogramos de encuentros planetarios (que irían de combustible. Este revolucionario restando energía gravitatoria). Por motor impulsaría la nave sirviéndesgracia tales maniobras habrían dose de la energía solar para ionizar incrementado el tiempo de permanen- átomos de xenón y acelerarlos a cia de la nave en el espacio, donde la grandes velocidades mediante un exposición a las radiaciones reduce la campo eléctrico dirigido hacia el vida de ciertos componentes de estado exterior por la parte trasera de la sólido imprescindibles. nave. Con esta inno vación el viaje El instrumental habría permitido interplanetario de Hermes 96 habría que se cartografiase la totalidad de la durado un año menos que el de superficie de Mercurio con una reso- Her mes 94 . Pero la NASA no recolución de un kilómetro, si no mejor. mendó el estudio detallado del proEstos mapas topográficos podrían yecto porque, en opinión de sus haberse correlacionado con las cartas es pecialistas, no podía confiarse de los campos magnético y gravitato- plenamente en la propulsión elécrio de Mercurio. La NASA , aunque en trica solar sin el respaldo de un disun principio admitió a trámite la positivo químico de emergencia. misión para un estudio más detallado, Dentro del ciclo de misiones terminó por rechazarla debido a su Discovery de 1996 la NASA seleccionó, elevado presupuesto y a la magnitud en cambio, una propuesta para poner del riesgo. en órbita alrededor de Mercurio una En 1996 el equipo del Hermes , el nave, el proyecto Messenger . Lo elaJPL y la empresa Spectrum Astro, boró un grupo de ingenieros del de Gilbert (Arizona), propusieron Laboratorio de Física Aplicada de una técnica novedosa que permitiría Maryland. Al igual que Hermes 94, se llevar la misma carga útil con una basa en la propulsión química tradireducción drástica de la cantidad de cional y prevé un equipo similar de combustible, del coste y de la dura- sensores, aunque se añaden dos disción de la navegación interplaneta- positivos capaces de determinar las
SISTEMAS SOLARES
fortunadamente la NASA ha establecido un programa independiente dedicado a las ideas futuristas. En él se enmarca la misión Espacio Remoto del Nuevo Milenio I ( New Millennium Deep Space One ), cuyo propósito es llevar al espacio todas las técnicas de vanguardia propuestas hasta la fecha. El 24 de octubre de 1998 despegó Espacio Remoto I , nave impulsada por un motor iónico solar, que emprendía un viaje de tres años a un asteroide, a Marte y al cometa West-Kohoutek-Ikamura. Puede que este vehículo demuestre que la propulsión por energía eléctrica solar funciona tan bien como esperan sus promotores. Si es así, los motores solares podrían propulsar durante la primera parte del próximo siglo numerosos vuelos por el sistema solar interior, en cuyo caso es indudable que revelarían los olvidados misterios de Mercurio.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA OF MERCURY. Dirigido por M. E. Davies, D. E. Gault, S. E. Dwornik y R. G. Strom. NASA Scientific and Technical Information Office, Washington DC, 1978. MERCURY. Dirigido por F. Vilas, C. R. Chapman y M. S. Matthews, University of Arizona Press, 1988. THE NEW SOLAR SYSTEM. Dirigido por J. K. Beatty y A. Chaikin. Cambridge University Press y Sky Publishing Corporation, 1990.
ATLAS
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Misión Pioneer a Venus Janet G. Luhmann, James B. Pollack y Lawrence Colin
Los ingenios que la componían escudriñaron la atmósfera, las nubes y el espacio circundante del planeta. Los resultados aclaran la singular historia evolutiva de Venus
S
e dice a menudo que Venus y la Tierra son planetas “gemelos” porque tienen un tamaño y guardan una distancia al Sol similares. A lo largo de los catorce años que duró la misión Pioneer se descubrió, sin embargo, que la relación entre estos dos mundos ofrecía escaso parentesco. La superficie de Venus se cuece bajo una densa atmósfera de dióxido de carbono, las nubes que la cubren son de ácido sulfúrico y, al no haber campo magnético, las porciones superiores de su atmósfera permanecen expuestas al continuo bombardeo de partículas cargadas procedentes del Sol. La oportunidad de explorar medio tan hostil terminó bruscamente en octubre de 1992, cuando el Pioneer Venus ardió como un meteoro en la atmósfera del planeta. La información reunida por la misión Pioneer complementa las imágenes de radar que luego envió la sonda Magallanes , que se centró en el estudio geológico de la superficie de Venus y de la estructura interna del planeta; la Pioneer , en cambio, recogió información sobre la composición y dinámica de la atmósfera del planeta y de los alrededores interplanetarios. Estos datos ponen de relieve la forma en que diferencias en apariencia insignificantes de las condiciones físicas han conducido a Venus y a la Tierra por caminos evolutivos dispares y permitirán evaluar los modos en que la actividad humana modifica el medio terrestre. La misión Pioneer Venus constaba de dos componentes: el vehículo orbital y la multisonda. Portaba ésta cuatro sondas, una grande y tres menores e idénticas, proyectadas para internarse en la atmósfera e ir transmitiendo datos sobre las condiciones locales que se encontrasen por el camino. El vehículo orbital iba cargado con una docena de instrumentos para examinar la composición y naturaleza física de la atmósfera supe-
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rior de Venus y de la ionosfera, la ca- se quedaron sin combustible, el Piopa cargada eléctricamente que se en- neer se fue hundiendo, con cada órbicuentra entre la atmósfera y el ta, en la profundidad de la atmósfera espacio exterior. venusina, hasta que le llegó su vioLa multisonda, lanzada en agosto lento final. de 1978, llegó a Venus el 9 de diciemucho antes de la llegada de la bre de ese mismo año. Veinticuatro días antes de su arribada, el transmisión, se sabía que el planeta portador de la multisonda, o “bus”, li- no hacía justicia a su fama de gemeberaba la sonda mayor. Unos cinco lo de la Tierra. En ésta se dan las condías más tarde, el bus se desprendía diciones ideales para que existan el de las otras tres, para que empren- agua líquida y la vida. Venus es, por diesen su camino a solas. Las sondas contra, un infierno planetario. La temse aproximaron al planeta por latitu- peratura de su superficie alcanza los des altas y bajas y por las caras os- 450 grados Celsius. La presión atmoscura e iluminada. Así se pudo, con la férica superficial multiplica 93 veces información que transmitieron du- la existente al nivel del mar en la Tierante sus descensos, construir una rra. Aun dejando de lado la temperatuimagen global de la estructura atmosférica de Venus. ra y la presión, el aire de Venus sería El vehículo orbital abandonó la Tie- irrespirable para el hombre. La atrra en mayo de 1978, pero siguió una mósfera de la Tierra está compuesta trayectoria algo más larga que la mul- por un 78 % de nitrógeno y un 21 % tisonda, por lo que su llegada se pro- de oxígeno; la de Venus, mucho más dujo tan sólo cinco días antes, el 4 de densa, es, casi en su totalidad, de CO2, diciembre. En este momento tomó una seguido en abundancia por el nitrógeórbita muy excéntrica, que descendía no, con sólo el 3,5 %. Ambos planetas hasta una altura entre 150 y 200 ki- presentan parecida cantidad total de lómetros sobre la superficie del pla- nitrógeno gaseoso, pero la atmósfera neta y llegaba a alejarse hasta 66.900 de Venus contiene 30.000 veces más kilómetros. En los momentos de ma- dióxido de carbono que la terrestre. yor aproximación, los instrumentos La Tierra contiene una cantidad de tomaban muestras de la ionosfera y CO2 comparable a la de la atmósfera de la atmósfera superior. Doce horas venusina, pero el dióxido de carbono más tarde, el vehículo orbital estaba terrestre permanece confinado en roya lo suficientemente lejos para que cas carbonatadas. De tan importante los equipos sensores a control remo- divergencia derivan muchas de las dito pudiesen tomar imágenes globales ferencias ambientales que existen endel planeta y efectuar mediciones en tre ambos planetas. La sonda grande llevaba a bordo el medio lindante con el espacio exterior. un espectrómetro de masas y un croEl arrastre gravitacional del Sol matógrafo de gases para medir la modificaba la órbita de la sonda y fue composición exacta de la atmósfera. haciendo que el vehículo orbital pa- Uno de los aspectos más asombrosos sase cada vez más cerca del planeta de la atmósfera venusina es su exdesde 1986. Cuando sus impulsores tremada sequedad. No dispone más
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1. VEHICULO ORBITAL DE LA MISION PIONEER, que pasó con regularidad a menos de 200 kilómetros por encima de las densas nubes de ácido sulfúrico que cubren el planeta. La sonda dio 5055 vueltas alrededor de Venus durante sus catorce años de vida, recogiendo abundante información sobre su atmósfera y su entorno.
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2. LOS RAPIDOS VIENTOS que tienen lugar en las cimas de las nubes de Venus se mueven sesenta veces más deprisa que el propio planeta. Estas imágenes ultravioletas en falso color tomadas por Pioneer (derecha) muestran la estructura nubosa y su veloz desplazamiento. La circulación atmosférica está impulsada por la radiación solar, que produce un flujo norte-sur, la célula de Hadley. La rotación de la atmósfera transforma las células de Hadley en vientos zonales de dirección predominante oeste, que los remolinos pueden intensificar.
que de una cienmilésima parte del agua contenida en los océanos de la Tierra. Si se condensara toda el agua de Venus en su superficie, se formaría un charco de dos centímetros escasos de profundidad. A diferencia de la Tierra, Venus alberga cantidades mínimas, si es que
tiene alguna, de oxígeno molecular en su atmósfera inferior. El abundante oxígeno de la atmósfera terrestre es un producto secundario de la fotosíntesis de las plantas. Si no fuera por
la actividad de los seres vivos, la atmósfera de la Tierra también sería pobre en oxígeno. La atmósfera de Venus es mucho más rica que la terrestre en gases azufrados, sobre todo dió-
Atmósfera de Venus, tórrida y tóxica
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as nubes opacas y la densa atmósfera de Venus atrapan y reemiten la radiación térmica, haciendo que la temperatura superficial sea de unos abrasadores 450 grados. La convección no amortigua tal calor. Las nubes son el producto de un ciclo químico en el que participa azufre elemental (S). A través de un proceso de tampón, el azufre depositado en las rocas superficiales reacciona con el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2) atmosféricos para producir sulfuro de carbonilo (COS), que a su vez reacciona con gases en los que abunda el oxígeno
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(O) para producir dióxido de azufre (SO2). En la zona fotoquímica situada por encima de las nubes, el dióxido de azufre reacciona con el agua (H2O) y con los rayos solares ultravioletas, originando gotas de ácido sulfúrico (H2SO4). Estas gotas van penetrando en la zona de condensación y van creciendo conforme avanzan, debido a que chocan entre sí y a que absorben los vapores de ácido sulfúrico y de agua presentes en el aire. Las partículas se vaporizan en las zonas calientes próximas a la superficie, disociándose para formar dióxido de azufre y vapor de agua.
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xido de azufre, que en la Tierra son eliminados por la lluvia. Otros constituyentes menores detectados en la atmósfera venusina ofrecen pistas sobre la historia interna del planeta. El gas inerte argón 40 se origina por desintegración del potasio 40 radiactivo, presente en casi todas las rocas. La circulación que se produce en el interior de los planetas permite que el argón 40 que se encuentra atrapado en las rocas profun- dad de luz solar absorbida por la su- limita el calentamiento que experidas encuentre vías de salida hacia la perficie y la cantidad de calor emiti- menta la Tierra. superficie y hacia la atmósfera, don- da hacia el espacio. La presencia de La misión Pioneer mostró que, en de se va acumulando durante millo- una atmósfera complica la situación, Venus, el efecto invernadero resulta nes de años. La misión Pioneer halló ya que impide que parte de la luz so- mucho más eficaz. Con los datos remenos argón 40 en la atmósfera de lar llegue a la superficie, mientras cogidos por las cuatro sondas atmos Venus que en la terrestre. Esta dis- que ayuda al transporte calórico en féricas se construyó un modelo mateparidad refleja profundas diferencias dirección ascendente. Mayor impor- mático que genera unos valores que en el modo en que se transportan la tancia reviste que los gases de la at- andan muy cerca de las temperatumasa y el calor desde el interior pla- mósfera absorban radiación infrarro- ras observadas a varias alturas. A netario hasta la superficie. La sonda ja (térmica) procedente de la superfi- partir de este modelo se dedujo que el Magallanes descubrió indicios de vul- cie y la reemitan otra vez hacia abajo. CO2 es allí el más importante de los canismo generalizado en el pasado ve- El subsiguiente calentamiento super- gases de invernadero, aunque su acnusino, pero ningún rastro de las pla- ficial se denomina “efecto invernade- ción se vea reforzada por la presencia cas tectónicas gracias a las cuales la ro” porque la atmósfera funciona a de vapor de agua, nubes, dióxido de superficie de la Tierra se mantiene modo de un gigantesco hibernáculo azufre y monóxido de carbono. La mezactiva y joven geológicamente. en el que penetra la luz solar, pero del cla de gases y partículas que se proLa misión Pioneer Venus detectó que los rayos infrarrojos no pueden duce en la atmósfera venusina obsotros aspectos en los que Venus es salir, lo que causa un aumento de tem- truye la radiación térmica en casi tomás primitivo que la Tierra. Su at- peratura. das las longitudes de onda; impide mósfera contiene mayores concentraque el calor se escape hacia el espaa intensidad del efecto inverna- cio, lo que produce temperaturas suciones de los gases inertes o nobles — especialmente neón y otros isótopos dero depende de la capacidad que perficiales elevadas. de argón— que han acompañado a los los gases atmosféricos tengan de capLos astrónomos se han venido preplanetas desde su nacimiento. Nos se- tar la radiación infrarroja. Los prin- guntando desde hace tiempo por qué ñala esta disparidad que Venus ha cipales gases causantes del efecto en es Venus tan caliente y seco en comconservado una fracción mucho ma- la Tierra —dióxido de carbono y va- paración con la Tierra, si, además, yor de su atmósfera original. La Tie- por de agua— absorben partes com- parece verosímil que ambos iniciarra podría haberse visto privada de plementarias del espectro infrarrojo. ran sus días con una composición gebuena parte de su atmósfera primi- En teoría, al añadir mayor cantidad neral parecida. Según la teoría acgenia —perdida en el espacio— por la de estos gases al aire debería aumen- tual, la formación de los dos planeembestida de un cuerpo celeste del ta- tar la intensidad del efecto inverna- tas se produjo por colisión con cuerpos maño de Marte. dero. La atmósfera de la Tierra es muy más pequeños y su subsiguiente abLa densa atmósfera de Venus, do- transparente para los rayos infrarro- sorción. En este proceso, cada protominada por CO2, es la responsable di- jos cuya longitud de onda esté entre planeta dispersaría otros cuerpos merecta de las inhóspitas condiciones ocho y trece micrometros (si bien el nores, cuyas órbitas se cruzarían en reinantes en la superficie. En un cuer- ozono, el metano, el freón y otros ga- el camino del otro protoplaneta. De po celeste que carezca de aire, como ses absorben rayos en franjas estre- este modo, la Tierra y Venus debela Luna, la temperatura superficial chas de esta banda). Esta “ventana” rían haber incorporado una cantidad depende del equilibrio entre la canti- abierta del invernadero atmosférico parecida de cuerpos que tuviesen mu-
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cha agua, aunque inicialmente el ra de la superficie de Venus fue suagua estuviera distribuida de forma biendo gradualmente hasta superar irregular por el sistema solar pri- la de ebullición del agua. Desde ese mitivo. Que los dos planetas tengan momento, el CO2 que emanaba de los cantidades más o menos iguales de volcanes o el generado por los impacdióxido de carbono y de nitrógeno re- tos sufridos no pudo ser eliminado de fuerza la idea de que hubieron de te- la atmósfera por medio de la erosión ner también cantidades comparables química de las rocas. A medida que el de agua. CO2 se acumulaba en la atmósfera, el efecto invernadero fue alcanzando una a Tierra y Venus desarrollaron, intensidad cada vez mayor. El resulen sus primeros tiempos, densas tado final es la situación actual: un atmósferas con los gases que emer- planeta sofocante y dominado por el gían de sus interiores y con los restos dióxido de carbono. vaporizados de los cuerpo s helados Tras la ebullición de los océanos, la que chocaban contra ellos. El agua de atmósfera de Venus tendría que hala atmósfera terrestre se condensó pa- berse llenado de vapor de agua, en ra formar lagos y océanos, que ten- claro contraste con los datos. ¿Adóndrían una importancia crucial en el de ha ido a parar toda esa agua? desarrollo climático del planeta. PronLa misión Pioneer ha ayudado a reto quedó secuestrado gran parte del solver este enigma. Ha dejado sentaCO2 del aire en carbonatos sólidos, do que Venus sigue perdiendo agua. proceso éste que se produjo por ero- Las moléculas de agua, que vagan por sión química de las rocas en presen- encima de las nubes, reaccionan con cia del agua líquida. la radiación solar y con otras molécuEs posible que Venus también tu- las; durante ese proceso se dividen en viera vastos océanos durante su ju- sus componentes, en oxígeno e hidró ventud. El Sol recién na cido tenía un geno. Los átomos de hidrógeno se piertreinta por ciento menos de lumino- den en el espacio por la influencia ejersidad que hoy; las temperaturas rei- cida sobre ellos en los niveles supenantes en Venus estarían bastante riores de la atmósfera por otros por debajo del punto de ebullición del átomos, por iones de gran energía y agua. (Venus describe su órbita a 0,72 por el viento solar, el flujo de partícu veces la distancia de la Tierra al Sol.) las cargadas proveniente del Sol. En Sin embargo, a medida que aumentó la superficie, los átomos de oxígeno la luminosidad del Sol, la temperatu- sobrantes se combinan con minerales
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3. INFLUENCIA DIRECTA DEL VIENTO SOLAR sobre las capas superiores de la atmósfera de Venus, debida a que el planet a carece de campo magnético apreciable. Allí donde el viento solar se desvía para circundar el planeta, se forma una onda de choque en arco. Algunos átomos neutros (violeta) de la zona superior de la atmósfera venusina se convierten en iones, eléctricamente cargados (naranja), que son arrastrados por el viento solar. La radiación solar origina también una capa permanentemente cargada, la ionosfera ( zona azul).
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o escapan del planeta por la influencia del viento solar. Las zonas superiores de la atmósfera de Venus contenían mucha más agua hace miles de millones de años que actualmente. El Sol, en su etapa temprana, también emitía mayor cantidad de rayos ultravioletas de gran energía. Ambos factores aceleraron el ritmo de pérdida de agua hacia el espacio. Los cálculos indican que a lo largo de la historia del sistema solar, 4500 millones de años, Venus pudo haber perdido tanta agua como la que contienen los océanos terrestres.
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racias a la moderada temperatura de la superficie, la Tierra nunca ha experimentado semejante merma hídrica. El agua de nuestro planeta permanece en la superficie o en las zonas inferiores de la atmósfera, no llegando a las superiores más que pequeñas cantidades, que desaparecen para siempre. Una vez empezaron a bullir los océanos de Venus, la temperatura atmosférica fue aumentando progresivament e, con lo que ascendió cada vez más vapor de agua hacia las capas superiores de la atmósfera. A pesar de lo cual todavía le que da algún resto de agua. Las observaciones de la atmósfera superior realizadas por el vehículo orbital señalan que pierde 5 10 25 átomos y iones de hidrógeno por segundo. A ese ritmo, la totalidad del agua presente en la atmósfera se desvanecería en unos 200 millones de años. La edad de Venus multiplica por más de 20 veces esa cifra; por tanto, tiene que existir algún mecanismo capaz de reponer el agua que constantemente se pierde, mecanismo que consiste, casi con seguridad, en una mezcla de fuentes externas (impacto de los cometas y asteroides helados) e internas (erupciones superficiales de volcanes y fumarolas). Pese a su escasez de agua, Venus está cubierto de densas nubes que ocultan su superficie a los telescopios tradicionales. Los astrónomos se han sentido intrigados por la naturaleza de estas nubes durante siglos. Cuando se puso en marcha la misión Pioneer había ya todo un cúmulo de indicios de que se componían de soluciones concentradas de ácido sulfúrico y de agua fundamentalmente. Pero no se había podido determinar la fuente del azufre. La misión Pioneer aclaró la cuestión. Cuando el vehículo orbital rodeó el planeta, examinó atentamente las cimas de las nubes con su espectrómetro ultravioleta, que identifica el
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patrón característico de emisión y de absorción de átomos y moléculas. El cromatógrafo de gas de la sonda mayor midió también la composición de la región que se encuentra bajo la capa nubosa principal. Los resultados demuestran que su ácido sulfúrico proviene del dióxido sulfúrico presente en la atmósfera. Cerca de la cima de las nubes, a unos 60 o 70 kilómetros de la superficie, los rayos ultravioletas procedentes del Sol dividen el dióxido sulfúrico en fragmentos moleculares, los radicales, que experimentan reacciones químicas con los radicales derivados del agua, lo que termina por producir minúsculas gotas de ácido sulfúrico. La gravedad y las corrientes de aire hacen que las gotas emigren hacia abajo. A medida que descienden, van aumentando de tamaño al chocar entre sí e ir acumulando vapor de ácido sulfúrico del aire. En la base de las nubes, e incluso por debajo, las partículas de ácido sulfúrico se disocian en dióxido sulfúrico y vapor de agua.
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e detectaron partículas finísimas (de menos de una milésima de milímetro de diámetro) a altitudes entre 48 y 30 kilómetros, justo por debajo de la base de la capa de nubes. Los movimientos atmosféricos arras- 4. AURORA DE LA CARA NOCTURNA, resaltada en una imagen ultravioleta en tran las partículas, junto con el vapor falso color tomada por la sonda espacial Pioneer . La media luna brillante corresponde al lado iluminado del planeta, que refleja los rayos ultravioletas solares. Las de ácido sulfúrico, hacia altitudes ma- auroras a parches que se observan en la cara oscura de Venus se producen por el yores y más frías. Allí el ácido sulfú- choque de partículas de gran energía contra la atmósfera venusina. rico se condensa en torno a esas partículas, que así adquieren mayor tamaño y se concentran hacia la base Pioneer ha proporcionado muchos de- cido como superrotación. La atmósfede las nubes. La densidad de estas talles interesantes sobre la circula- ra de Venus experimenta esta supepartículas varía según los lugares en ción de la atmósfera venusina, infor- rrotación en todas sus latitudes y a la región inferior de la nube, por cul- mación que constituye un regalo pa- cualquier altura, desde la vecindad pa quizá de las irregularidades de los ra cuantos se aprestan a desentrañar de la superficie hasta 90 kilómetros movimientos ascendentes y descen- la dinámica atmosférica, ya que mues- por encima de la misma. Los vientos dentes que atraviesan la atmósfera. tra de qué manera actúan los patro- alcanzan su velocidad máxima cerca Cierta observación, relacionada con nes climáticos sobre un planeta que de las cimas de las nubes, donde sola anterior, ha producido gran conmo- difiere de la Tierra en aspectos deci- plan a 100 metros por segundo, unas ción y generado controversia. Mien- sivos. 60 veces la rotación de la superficie. tras exploraba la química del azufre Los vientos de la Tierra son impulde Venus, el vehículo orbital detectó a rotación de Venus es lentísima; sados por los desequilibrios locales una disminución, clara y continua, de la Tierra completa 243 rotaciones entre la cantidad de energía solar rela concentración de dióxido sulfúrico diarias en el tiempo que tarda Venus cibida y la de calor irradiado. En gecerca de las cimas de las nubes. Para en girar una vez con respecto a las es- neral, las bajas latitudes, que reciben algunos, eso probaba que una erup- trellas. Además, debido a la densidad mayor cantidad de luz solar, experición volcánica gigante había arrojado de su atmósfera, la temperatura de la mentan un calentamiento neto, mienazufre a la atmósfera coincidiendo con superficie de Venus es casi constante tras que las latitudes más altas, que la llegada de la nave (lo que indicaría desde el ecuador hasta los polos. Por reciben menos energía solar, experila existencia de vulcanismo activo en tanto, se podría pensar ingenuamen- mentan un enfriamiento neto. La atel planeta). Una vez concluida la e rup- te que los vientos de Venus llevan muy mósfera desarrolla en consecuencia ción, los niveles de azufre tenían que poca velocidad. una estructura de circulación a gran descender, como efectivamente se obLa misión Pioneer demostró que tal escala denominada célula de Hadley: servó. Según otros, los cambios en la suposición es falsa. Los vientos que cerca del ecuador, el aire caliente sucomposición podrían ser consecuen- se producen a latitudes terrestres ba- be y viaja en dirección a los polos, doncia de variaciones normales de la cir- jas se mueven más despacio que la ro- de desciende y regresa al ecuador. culación atmosférica. tación del planeta, mientras que los Sin embargo, la rotación de un pla Aunque no pudo resolver el proble- de latitudes más altas superan la ve- neta sobre su eje desvía lateralmenma del dióxido sulfúrico, la misión locidad de la superficie, estado cono- te los vientos norte-sur (meridiona-
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5. HISTORIA EVOLUTIVA de Venus. Durante los primeros cientos de millones de años de su existencia obtuvo agua y gases congelados de sus choques con cuerpos gélidos procedentes del sistema solar (a). Los volcanes hicieron surgir agua
y gases del interior del planeta. El Sol, todavía débil en sus fases iniciales, permitió la existencia de océanos calientes (b). A medida que aumentó la intensidad del brillo solar, los océanos se fueron evaporando, llenando la atmósfera de vapor de
les) para generar vientos este-oeste nes a pequeña escala que se asemeLas imágenes de las radiaciones ul(zonales). Los vientos zonales casi jan a remolinos. travioletas del planeta, obtenidas grasiempre acaban siendo mucho más Mucho más allá de las capas super- cias al espectrómetro ultravioleta, dan fuertes que los vientos norte-sur a rotantes de la atmósfera venusina se fe de una aurora discontinua en el hepartir de los que se originan. La cir- encuentra la ionosfera, una zona ex- misferio oscuro de Venus, desconociculación de Hadley es la predominan- tensa de átomos y moléculas dotados da hasta ese momento. Se atribuye a te en los movimientos atmosféricos de carga eléctrica. Los iones se gene- partículas de gran energía, posibleterrestres a bajas latitudes. Los vien- ran cuando los rayos ultravioletas de mente electrones, que se mueven a tos zonales cercanos al ecuador se gran energía, procedentes del Sol, mucha velocidad y que chocan contra mueven a menor velocidad que la ve- arrancan electrones de los gases at- las moléculas atmosféricas gaseosas locidad de rotación de la Tierra y son mosféricos. La misión Pioneer siguió de la cara oscura, excitándolas y io vientos del este; los que están más el paso de las ondas de radio a través nizándolas, lo que intensifica la ionoscerca de los polos proceden del oeste de la ionosfera y, en los momentos de fera nocturna. Las moléculas excitay son superrotantes, que culminan en mayor aproximación al planeta, mi- das vuelven a su estado normal, de la corriente en chorro. Lo que resul- dió directamente su temperatura, baja energía, por medio de la emisión ta tan extraño en los vientos zonales densidad y composición. Tal como ca- de radiación, cuya manifestación es de Venus es que la superrotación se bría esperar, la ionosfera de Venus es la aurora. produzca a todas las latitudes de la más densa en el centro del hemisfeo mismo que acontece en las auatmósfera inferior. rio diurno, cerca del ecuador, donde la luz solar incide directamente. Deroras terrestres, las partículas i siquiera se comprende todavía bido a las abundantes reacciones quí- que generan las venusinas obtienen la razón por la que toda la at- micas que tienen lugar entre las par- su energía de los vientos solares. El mósfera inferior de Venus presente tículas, esa ionosfera está formada so- viento solar es la atmósfera externa, superrotación. Es probable que la bre todo por iones de oxígeno, aunque rarificada y extensa del astro, hecha gran cantidad de energía solar ab- el dióxido de carbono no deja de ser de plasma —partículas cargadas, sosorbida en las capas superiores, cer- el gas dominante a niveles inferiores. bre todo protones y electrones— que ca de las cimas de las nubes, contri A diferencia de la Tierra, Venus ca- sale despedido del Sol a velocidades buya a formar estos vientos veloces. rece de un campo magnético global supersónicas. El viento solar tiene Y cabe que el calentamiento de la at- apreciable. Esa ausencia afecta bas- una densidad de 15 protones y elecmósfera a grandes alturas instaure tante a la estructura de su ionosfera. trones por centímetro cúbico y una vesistemas de circulación a los que afec- El vehículo orbital detectó una débil locidad de 400 kilómetros por segunte mucho menos la influencia del ro- ionosfera que se extiende más allá de do en la órbita de Venus. Este soplo zamiento con la superficie que en el la frontera entre la cara oscura y la interplanetario extiende el campo caso de la Tierra. La atmósfera de iluminada. Este descubrimiento es magnético solar. Venus podría ser, por tanto, muy pro- desconcertante: en la oscuridad, los Los campos magnéticos intrínsecos pensa a la formación de remolinos iones y los electrones libres deberían que rodean a la Tierra se oponen a la que transportasen bien el momento recombinarse muy deprisa y formar carga eléctrica del viento solar, que angular. Los remolinos neutraliza- átomos neutros. Uno de los instru- fluye alrededor de ellos por una surían la capacidad que tiene la circu- mentos de a bordo descubrió que, en perficie (la magnetopausa) en la que lación de Hadley de impedir la supe- Venus, los iones de la cara iluminada se igualan las presiones magnéticas rrotación a bajas latitudes. En las emigraban a la cara nocturna. El cam- de ambos. El grado de desviación deimágenes de las nubes hay indicios po magnético de la ionosfera terres- pende de la fuerza del campo magnéde que los vientos padecen variacio- tre inhibe tales flujos horizontales. tico planetario. Venus, carente de
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agua y provocando un gran calentamiento por efecto invernadero. El agua depositada en la atmósfera superior se disoció en oxígeno e hidrógeno, que escaparon hacia el espacio (c). Ante la ausencia de océanos, el CO2 emanado de los volcanes
se fue acumulando en la atmósfera, intensificando el efecto invernadero. El azufre generado en la superficie formó ácido sulfúrico en las nubes. Así adquirió Venus sus características actuales (d).
campo magnético casi por completo, y 12.500 kilómetros en el mínimo sono crea por esta vía un obstáculo ma- lar. La expansión y la contracción son yor que el propio planeta. las consecuencias probables de los A pesar de lo cual el explorador es- cambios que se producen en la atmóspacial detectó que el plasma del vien- fera superior de Venus, asociados con to solar se desviaba alrededor de Ve- las variaciones del flujo de radiación nus. Se confirmaron así las prediccio- solar. nes teóricas según las cuales es Conforme va deslizándose por el arposible que la ionosfera de un plane- co de la onda de choque, el viento sota impida el paso del viento solar, aun lar se hace cada vez más denso, se frecuando no haya campos magnéticos na y cambia de dirección. Las líneas potentes. La ionosfera ejercería pre- del campo magnético interplaneta rio, sión contra el viento a la manera de mantenidas fijas por la ionización del éstos, pero siendo la presión térmica viento solar, se comprimen cuando ésdel gas cargado la que neutralizaría te atraviesa la onda de choque. la potencia del viento solar. El punto La sonda espacial levantó un made equilibrio promedio se encuentra pa de los rasgos geométricos generaa una altitud de 300 kilómetros cer- les del campo magnético que rodea a ca del ecuador de mediodía de Venus, Venus. Las líneas del campo magnéestando entre 800 y 1000 kilómetros tico terminan por deslizarse alredepor encima del límite entre el día y la dor del obstáculo y por dentro de la noche. estela que éste abre en el viento solar y que recibe el nombre de cola maga desviación del flujo del viento nética inducida; la razón de esta desolar alrededor de obstáculos de nominación es que deriva del campo cierto tamaño (como los planetas) vie- magnético interplanetario y no del ne precedida por una onda de choque campo del propio planeta, como ocu“en arco”, frontera limpia muy pare- rre con la cola magnética de la Tiecida a la que se forma delante de un rra, que es mucho mayor. avión supersónico. La nave atravesó Debido a que carece de un campo la onda de choque en arco dos veces interno importante, el influjo del vienen cada ciclo orbital durante casi to- to solar sobre Venus es más directo da su existencia, lo que le permitió que sobre la Tierra, y ese influjo ha realizar un seguimiento de los conti- afectado a la atmósfera de Venus. Sus nuos cambios que tienen lugar en el capas superiores, en las que predomiambiente magnético que rodea a Ve- na el oxígeno atómico, se extienden nus. Se descubrió así que la onda de muy por encima de la zona donde el choque se expande y se contrae coin- viento solar se desvía alrededor del cidiendo con el ciclo de actividad so- planeta. El plasma del viento solar lar de once años. El tamaño del radio afecta muy poco al oxígeno siempre y del frente en el plano del límite entre cuando se mantenga eléctricamente el día y la noche varía entre unos neutro. Es posible que un átomo de 14.500 kilómetros en el máximo solar oxígeno se ionice, si le da un rayo ul-
travioleta o si choca con una partícula del viento solar. El ion resultante podría acoplarse entonces al flujo de plasma, que lo arrastraría lejos del planeta y más allá del sistema solar. El viento solar limpia los niveles superiores de la atmósfera de Venus. Las medidas de la densidad de la ionosfera venusina indican que las capas superiores —las que superan la altura que se le calcula al obstáculo del viento solar— parecen haber desaparecido. Está claro que los iones creados por encima del obstáculo han sido retirados del modo descrito anteriormente. La sonda espacial también detectó los iones de oxígeno que se escapan en la cola del viento solar. En esencia, Pioneer tomó una instantánea de uno de los procesos por medio de los cuales Venus evolucionó hasta convertirse en un mundo diferente de la Tierra.
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BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA Número monográfico sobre los resultados de la misión Pioneer Venus. Journal of Geophysical Research, vol. 5, n.o A13, 30 de diciembre, 1980. VENUS. Dirigido por D. M. Hunten et al., University of Arizona Press, 1983. THEORY OF PLANETARY ATMOSPHERES: AN INTRODUCTION
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La exploración de Marte Matthew P. Golombek
El vehículo Pathfinder recorrió por vez primera su superficie. Según los datos que obtuvo in situ , puede que hace tiempo hubiese vida en el planeta rojo
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ocas, rocas, mirad esas rocas”, exclamé en voz alta a todos los que estábamos reunidos en la sala de control del Mars Pathfinder cerca de las 16:30 horas del 4 de julio de 1997. Se recibían las primeras imágenes de la superficie de Marte con nuestras miradas fijas sobre las pantallas de televisión. La excurs ión a Marte se hizo para estudiar sus rocas, pero lo que nadie sabía a ciencia cierta era si se encontraría alguna, ya que el lugar elegido para el aterrizaje se seleccionó sobre la base de imágenes orbitales cuya resolución era de un kilómetro aproximadamente. El vehículo pudiera haber ido a caer sobre un terreno llano y
carente de ellas. La primera conexión por radio indicó que la sonda estaba en posición casi horizontal, cosa que resultaba preocupa nte para los que estábamos interesados en el asunto, puesto que la mayoría de los presentes sostenía que una superficie rocosa haría que la sonda estuviera en posición inclinada. Las primeras imágenes no mostraron más que la propia sonda, por lo que seguía sin saberse en qué circunstancias se encontraba. Tuvieron que pasar varios minutos de enorme tensión hasta que las primeras imágenes de la superficie dejaron ver el terreno rocoso que esperábamos (véase la figura 2 ).
1. EL CREPUSCULO EN EL VALLE DE ARES, lugar donde se produjo el aterrizaje del Pathfinder , se evoca en esta visión panorámica, una composición que recoge una puesta de sol real (inserto de la izquierda ) y otras imágenes. El vehículo todoterreno está analizando la roca Yogui, situada a la derecha de la rampa posterior de la sonda. Hacia la derecha se encuentran las zonas de tierra rosa claro conocidas como Scooby Doo (las más cercanas a la sonda ) y Baker’s Bench. El vehículo móvil intentó arañar la superficie de Scooby Doo sin éxito, lo que indica que la tierra está allí completamente solidificada. La rocalla, harto estudiada, se encuentra a la izquierda del centro. La roca achatada que aparece en la zona anterior a la rocalla está cubierta de polvo, pero las caras más empinadas de las rocas mayores están impolutas; el vehículo las analizó todas. (En esta simulación se manipularon por ordenador partes del cielo y del terreno para completar la imagen. Durante un crepúsculo real, las sombras tendrían una mayor amplitud y la superficie sería más oscura.)
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2. LAS PRIMERAS IMAGENES del Mars Pathfinder se ensamblaron y ofrecieron esta visión panorámica de rocas oscuras, polvo rojo y un cielo mostaza. Muchas rocas, especialmente las que configuran la rocalla (centro ), yacen apiladas e inclinadas, señal de que fueron depositadas por rápidos torrentes de agua. Un kilómetro más allá de la rocalla, hacia el horizonte oeste-suroeste, encontramos los picos gemelos, que sirvieron para identificar el lugar de aterrizaje en las imágenes del Viking . Al día siguiente de la toma de tierra, la sonda retiró la cubierta neumática protectora y desplegó dos rampas; el vehículo móvil descendió por la rampa trasera para iniciar su estudio de la superficie. (Los pequeños trazos de color verde y rojo son artefactos debidos a la compresión de los datos. )
3. ESTA ROCA, cincelada por la arena y bautizada Moe, se parece a las rocas terrestres conocidas como ventifactos. La textura estriada se produce a medida que las partículas de arena arrastradas por el viento erosionan las piedras que encuentran en su camino. La arena terrestre resulta de la disgregación de las rocas por el agua. Los canales que aparecen en la faz de Moe apuntan, sin excepción alguna, en dirección al sudoeste, prácticamente la misma orientación que los senderos causados por el viento perceptibles en otros puntos de la misma zona.
¿Por qué nos interesaba tanto había sido cálido y húmedo con las células solares y las reacciones encontrar rocas? Cada roca lleva gra- anterioridad. del equipo a su entorno. bado, en los minerales que la compoLos posibles cauces de antiguos Por poner una comparación, la nen, el mensaje sobre la historia de lagos se encuentran en terrenos que, misión orbital Viking, que comprendía su formación, motivo por el que con- a juzgar por la densidad de cráteres dos pares de sondas orbitales, se efecfiábamos en que nos proporcionarían de impacto, tienen la misma edad tuó hace más de veinte años con un indicios sobre el medio ambiente mar- aproximadamente que las rocas más coste unas veinte veces superior. ciano en sus orígenes. La carga útil antiguas que encontramos en la Viking tuvo un enorme éxito y recogió del Path finder , que consistía en una Tierra, en las que se encuentran prue- más de 57.000 imágenes, que los sonda principal equipada con una bas claras de vida que datan entre investigadores llevan estudiando cámara multiespectro y un vehículo 3,9 y 3,6 miles de millones de años. desde entonces. Las sondas llevaban todoterreno móvil provisto de un anaSi la vida pudo desarrollarse en la a bordo elaborados instrumentos que lizador químico, se proyectó especial- Tierra por esa época, ¿por qué no realizaron pruebas para detectar la mente para estudiar las formaciones habría de surgir también en Marte, presencia de organismos en dos rocosas. Aunque no pudiera identifi- dada la similitud de las condiciones emplazamientos diferentes, pero no car los minerales de forma directa reinantes en ambos planetas? Esto es se encontró nada. —el analizador no medía más que los lo que hace que la investigación de La parte más difícil de la misión elementos químicos constituyentes—, Marte sea tan importante. La explo- Pathfi nder consistía en los cinco nuestro plan consistía en identificar- ración de nuestro planeta vecino minutos durante los cuales la nave los de forma indirecta, por su compo- puede ayudarnos a encontrar res- tenía que pasar de la relativa calma sición elemental y las formas, textu- puesta a algunos de los interrogantes del crucero interplanetario a las tenras y colores que tuvieran. El más significativos de la ciencia: ¿esta- siones de su entrada en la atmósfera aterrizaje del Pathfinder a la entrada mos solos en el universo? ¿Podrá sur- marciana, el descenso y el aterrizaje de un gigantesco barranco —por el gir la vida en cualquier lugar donde ( véase la figura 7 ). En tan corto espaque antaño fluyó una enorme canti- el agua líquida sea estable? O, por el cio de tiempo tenían que efectuarse dad de agua— permitía la búsqueda contrario, ¿se requiere algún otro ele- con precisión más de cincuenta opede rocas que en teoría hubieran podido mento adicional? Si la vida llegó efec- raciones decisivas para que la nave ser transportadas desde las zonas tivamente a desarrollarse en Marte, consiguiera tomar tierra correctamás altas, donde aún perduran crá- ¿qué ha sido de ella? Y si nunca la mente. Unos treinta minutos antes teres antiquísimos. Estas piedras hubo, ¿cuál fue la causa? de su entrada en la atmósfera, una podrían dar pistas sobre el clima que de las piezas se separó del resto de reinaba en Marte hace mucho tiempo la sonda. Cuando se encontraba a y permitirían averiguar si las condi“Pathfinding”, 130 kilómetros por encima de la buscando caminos ciones fueron alguna vez propicias superficie, una coraza aérea la propara el desarrollo de la vida ( véase la tegió durante su entrada en la atmósl Path finder fue una misión de fera. Un paracaídas se abría 134 figura 5 ). El requisito indispensable para tipo “ Discovery ” —que es como segundos antes del aterrizaje, que exista vida en la Tierra (la única la Administración estadounidense momento en el que salía despedida forma de vida que conocemos) es la NASA denomina a sus misiones “bue- la coraza. La sonda colgaba durante presencia de agua en estado líquido. nas, bonitas y más baratas”— pro- el descenso de un cable de veinte El agua líquida no es estable en las yectada para demostrar la existencia metros de longitud. condiciones que actualmente reinan de alternativas de coste reducido que A med ida que el Pathfi nde r se en Marte. Como la temperatura y la permitiesen el aterrizaje en Marte aproximaba a la superficie, su radarpresión son sumamente bajas, no hay de una pequeña carga útil y de un altímetro se encargó de disparar tres agua más que en forma de hielo o de veh ícul o móvil . El desarr ollo, el lan- pequeños cohetes para reducir aún vapor; la fase líqu ida no duraría más zamiento y la operación de la misión más su marcha. Por los lados de la que el breve período de tiempo nece- se llevaron a cabo con un presu- sonda tetraédrica se proyectaron enorsario para congelarse o vaporizarse. puesto fijo comparable al de una mes colchones neumáticos y, mientras Pero las imágenes tomadas por el gran producción cinematográfica se seccionaba el cable, el conjunto Viking dos decenios atrás muestran (entre 200 y 300 millones de dólares), entró en contacto con la superficie la existencia de barrancos de drenaje lo que no representa más que una marciana a 50 kilómetros por hora, y ofrecen pruebas de que existieron pequeña parte del monto total que dando algún que otro bote. Las medilagos en las zonas más ele vadas . se asigna normalmente a una misión das del acelerómetro indican que Estas características apuntan a que espacial. Construido y lanzado en rebotó al menos quince veces sin que Marte fuese en un pasado remoto un tiempo sumamente corto (tres los colchones neumáticos perdieran más cálido y más húmedo, de modo años y medio), el Path finder incluía presión. Tras dar varias vueltas, se que pudiera existir agua sobre su tres instrumentos científicos: el detuvo completamente, se desinflaron superficie [ véase “Cambio climático detector de imagen del Ma rs los colchones y la sonda quedó al desglobal en Marte”, por Jeffrey S. Pa th fi nd er , el espectrómetro de cubierto para iniciar las operaciones Kargel y Robert G. Strom; IN VESTI - rayos X Alfa Protón y el instrumento en la superficie. GACIÓN Y C IENCIA , enero de 1997]. destinado a la estructura atmosfé Aunqu e el propósito principal del También se han propuesto otras posi- rica y a la metrología. El vehículo Pathf inder era demostrar la efectivibilidades, como serían los procesos también actuaba como un instru- dad de esta novedosa secuencia de de supuración causados por el calen- mento más; se le utilizó para realiza r aterrizaje, el resto de la misión tamtamiento geotérmico de un medio diez experimentos técnicos destina- bién cumplió con las expectativas. La frígido y seco. Una de las metas cien- dos a estudiar la abrasión de pelícu- sonda sobrevivió durante un espacio tíficas del Pathfinder fue la búsqueda las de metal en las ruedas del todo de tiempo tres veces superior a lo de indicios que probaran que Marte terreno, la adherencia del polvo a esperado y el vehículo todoterreno
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doce veces más. La misión proporcionó gran cantidad de bits de información sobre Marte, incluyendo más de 16.500 imágenes tomadas por la sonda, 550 por el vehículo móvil y más o menos ocho mil millones y medio de medidas de temperatura, presión y viento. El todoterreno anduvo cien metros en total, realizando 230 maniobras, gracias a lo que cubrió un total de 200 metros cuadrados de superficie. Obtuvo 16 análisis químicos de rocas y de tierra, realizó experimentos de mecánica del suelo y completó con éxito numerosos experimentos técnicos. También logró captar la imaginación del público, copando los titulares de la prensa durante una semana, convirtiéndose en el mayor acontecimiento seguido por Internet en toda su historia, con un total de 566 millones de conexiones durante el primer mes de la misión (el 8 de julio ya llevaba 47 millones de consultas).
4. LAS DUNAS DE ARENA constituyen pruebas incidentales que refuerzan la hipótesis de un pasado más húmedo. Estas dunas, situadas en la depresión que se encuentra detrás de la rocalla, se formaron cuando la arena, arrastrada por el viento, superó el montículo que antecede a la cresta de la duna, cayendo en cascada por el lado más inclinado (que en esta imagen está situado en dirección opuesta al vehículo ). Las observaciones realizadas en órbita muestran dunas de dimensiones superiores, pero ninguna se encuentra cerca del emplazamiento del Pathfinder . El hallazgo de estas dunas más pequeñas indica que la arena abunda más en Marte de lo que se había sospechado. La formación de arena en la Tierra se debe principalmente a los movimientos del agua.
aproximadamente está cubierto de rocas), que parece haberse formado como consecuencia de inundaciones Etapa de inundaciones de carácter catastrófico ( véase la figura 2 ). Esta hipótesis coincide con l mosaico de los parajes marcia- nuestras predicciones, realizadas nos que se elaboró a partir de las según la información recogida por primeras imágenes, reveló una lla- detectores que operaban por control nura pedregosa (cuyo veinte por ciento remoto y la localización precisa del
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5. UN POSIBLE CONGLOMERADO ROCOSO podría ser la mejor prueba de que Marte fuese antaño cálido y húmedo. La roca conocida como “Ender ” presenta hoyos y piedras incrustadas. Rocas como ésta podrían ser conglomerados, piedras que, para formarse, necesitan estar en contacto con agua en movimiento. La sonda puede verse al fondo de la imagen; la antena reticulada sostiene una cámara y la antena de la derecha contiene los sensores meteorológicos.
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lugar de aterrizaje (19,13 grados norte y 33,22 grados oeste), corriente abajo desde la boca del Valle de Ares en la zona baja conocida como Chryse Planitia. En las imágenes tomadas por el Viking, la zona se asemejaba a una localidad situada al este del centro del estado de Washington y conocida como Channeled Scabland, una formación geológica causada por inundaciones de glaciares en el Pleistoceno. Esta analogía hizo pensar que el Valle de Ares se formase cuando un volumen de agua parecido al de los Grandes Lagos (es decir, cientos de kilómetros cúbicos) quedase liberado en forma de caudales imparables, esculpiendo en pocas semanas el canal observado. La densidad de los cráteres de impacto que se aprecia en la zona indica que se formó en una época intermedia de la historia de Marte, en algún momento situado entre los mil ochocientos y los tres mil quinientos millones de años. Las imágenes del Pathfinder apoyan esta interpretación, ya que muestran guijarros redondeados y cantos rodados semejantes a los que se depositan tras las inundaciones de gran calibre. Las piedras situadas en la zona que denominamos “rocalla”, un conjunto de rocas situadas al sudoeste de la sonda y que apodamos co n los nombres de Tiburón, “media cúpula” y Moe, están inclinadas y apiladas, como si hubieran sido depositadas por grandes torrentes de agua. Las mayores rocas que aparecen en las imágenes (de medio metro
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y más) suelen ser achatadas y están superficie y cuyo tamaño (menor de tos— es el más común de la Tierra y situadas en posiciones elevadas, lo un milímetro) no superaría el de un también se ha encontrado en la Luna. que parece coherente con la hipótesis grano de arena ( véase la figura 3 ). La Dada la composición de los meteode deposición por inundación. Los cámara del todoterreno también ritos marcianos y la presencia de “picos gemelos” —un par de colinas captó imágenes de las dunas de arena llanuras y montañas parecidas a las que aparecen en el horizonte al situadas en la depresión que se formaciones producidas por el vulsudoeste— son aerodinámicos. Las encuentra más allá de la rocalla canismo basáltico terrestre, los geóimágenes del Viking indican que la ( véase la figura 4 ). La tierra recubre logos esperaban encontrar basaltos sonda está posada en el costado de varios centímetros de la parte inferior en Marte. un suave acantilado que se extiende de las piedras, lo que parece indicar Pero las rocas analizadas por el al nordeste desde los “picos gemelos”; que hubieran sido desenterradas por Path find er no son basaltos. Si son este acantilado podría ser una cola el viento. Pese a estos signos de lenta vol cánicas, como parece indicar la de restos depositados como conse- erosión por el viento, ni las rocas ni textura vesicular de su superficie, cuencia de la formación de esas coli- la superficie parecen haber cambiado seguramente se formaron cuando los nas. Los pequeños canales que apa- mucho desde la época de la inun- gases atrapados durante el proceso recen por doquier se asemejan a los dación. de enfriamiento produjeron pequeños que se aprecian en el Channeled agujeros en la piedra, y su contenido Scabland, donde el desagüe que tuvo de silicio las clasifica como andesitas. lugar en la última etapa de la inun¿Existen rocas Se forman cuando el líquido fundido sedimentarias en Marte? dación arrastró los materiales formabasáltico de la superficie se introduce dos por los granos más finos. bajo la corteza, sumergiéndose hasta Las piedras que se observan en esta l espectrómetro de rayos X Alfa alcanzar grandes profundidades. Se zona presentan una coloración gris Protó n, situado a bordo del todo- forman entonces cristales en los que oscura y están recubiertas de canti- terreno, midió la composición de ocho abundan el hierro y el magnesio, que dades variables de polvo de color mos- rocas. El contenido de silicio de se sumergen, dejando tras de sí un taza. Este polvo parece ser el mismo alguna de ellas es muy superior a la líquido fundido sumamente rico en material que se observa en la atmós- de los meteoritos marcianos que silicio, que sigue su camino hasta fera, cuyos granos son extremada- constituyen las únicas muestras adi- hacer erupción sobre la superficie. mente finos, de tan sólo una micra cionales disponibles de Marte. Estos Las andesitas constituyeron una (como muestran las imágenes to madas meteoritos se denominan rocas gran sorpresa, pero como se descoa través de varios filtros y en distintos ígneas máficas, piedras volcánicas noce su procedencia y el porqué de puntos del cielo). El polvo también con un contenido en silicio relativa- su presencia en la superficie marestá acumulado tras las rocas, for- mente bajo, pero con grandes dosis ciana, no se sabe a ciencia cierta mando montones alargados produci- de hierro y magnesio. Tales rocas se cuáles sean las verdaderas implicados por el viento. forman cuando el manto superior de ciones de este descubrimiento . Si las Algunas de las rocas, que tiene n un planeta se funde. El líquido fun- andesitas fuesen representativas de un aspecto acanalado y estriado, pre- dido asciende a través de la corteza las zonas altas, su presencia indicasentan signos de erosión causada y se solidifica sobre la superficie o ría que la antigua corteza de Marte presumiblemente por finas partícu- muy cerca de ella. Este tipo de rocas tendría una composición parecida a las, que el viento arrastraría por la —denominadas generalmente basal- la corteza continental de la Tierra,
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ZONA SELECCIONADA PARA EL ATERRIZAJE
V D A E L L A E R E S
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PUNTO EXACTO DE ATERRIZAJE
6. EL LUGAR DE ATERRIZAJE es un canal de desagüe producido hace miles de millones de años por inundaciones gigantescas. Fue elegido como punto de toma de tierra del Pathfinder por tres razones: parecía seguro, sin que hubiera fuertes pendientes ni superficies abruptas como las detectadas por Viking y los radares terrestres; su escasa elevación aseguraba la densidad de aire suficiente para activar los paracaídas; y además las rocas del suelo deberían ser muy variadas. La región de cráteres situada al sur se encuentra entre los terrenos más antiguos de Marte. Las elipses marcan la zona seleccionada para el aterrizaje, que se fue reajustando durante la aproximación final al planeta; la flecha del recuadro principal indica el lugar donde tomó tierra y la del cuadro pequeño indica la dirección en la que se cree fluirían los torrentes de agua.
similitud que sería difícil de conciliar con las historias geológicas tan dispares de ambos planetas. Otra posibilidad es que las rocas no representen más que una pequeña po rción de rocas silíceas en una llanura fundamentalmente basáltica. Resulta muy sorprendente que no todas las piedras parezcan ser volcánicas. Algunas presentan capas como las de las rocas sedimentarias terrestres, que se forman por deposición de fragmentos más pequeños de roca en el agua. Las imágenes del todoterreno muestran que la superficie está repleta de numerosos guijarros redondeados. También se observan rocas algo mayores que parecen tener piedras más pequeñas incrustadas en su superficie ( véase la figura 5 ) y pequeñas muescas brillantes (como si los fragmentos que quedaran incrustados durante su formación se hubiesen desprendido, dejando huecos). Estas rocas podrían ser conglomerados formados por torrentes de agua. El agua sería la responsable de la forma redondeada de los guijarros y los habría depositado en una matriz
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de arena y arcilla, matriz que posteriormente sufriría un proceso de compresión, formando así una roca que vendría transpo rtada a su posició n actual por las inundaciones. Debido a que los conglomerados se forman durante largos períodos de tiempo, si estas rocas marcianas fueran conglomerados reforzarían la hipótesis de que el agua en estado líquido fue estable en alguna época y que el clima marciano tuviese que ser, en consecuencia, más templado y más húmedo que el actual. Las muestras de tierra recogidas en la zona del aterrizaje son muy variadas: desde un polvo con coloraciones de diversa tonalidad —desde el rojo brillante al rojo oscuro— a materiales de color gris oscuro. El contenido de silicio de los suelos es, en general, inferior al de las rocas, mientras que tienen más azufre, hierro y magnesio. La composición de la tierra es generalmente igual a la que se midió en las zonas examinadas por el Viking, situadas en hemisferios opuestos (Viking 1 se situó a 800 kilómetros al oeste de Path finder ;
Viking 2 a miles de kilómetros de distancia en la cara opuesta, al este del hemisferio norte). Parece, por lo tanto, que la deposición de estos suelos se realizó de la misma manera en todo el planeta. La semejanza de sus composiciones implica que los distintos colores pudieran ser el resultado de ligeras variaciones del contenido de hierro o del tamaño y forma de las partículas ( véase la figura 9 ). Parte del lugar de aterrizaje estaba recubierto por materiales de color rosa o rojo vivo. Aunque parecidos a las otras muestras en cuanto a composición se refiere, parecían haber sufrido un proceso de induración o de cementación, puesto que su superficie no se alteró con el paso de las ruedas del todoterreno. El Pathfinder también investigó el polvo presente en la atmósfera de Marte mediante observaciones de su deposición sobre una serie de objetivos magnéticos dispuestos en la nave. Resultó que el polvo es magnético en grado sumo. Podría estar compuesto de pequeñas partículas de silicato —arcilla quizá— ligadas por un mine-
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ral muy magnético al que se denomina maghemita. Este dato también sería consistente con un pasado acuoso del planeta. El hierro podría haberse disuelto de los materiales de la corteza presentes en el agua, mientras que la maghemita sería un precipitado seco por congelación. El cielo de Marte mostró el mismo color mostaza que revelaron las imágenes del Viking , tonalidad que se explica por la presencia de finos granos de polvo que se encuentran suspendidos en la atmósfera. Las imágenes del telescopio espacial Hubble habían hecho pensar en una atmósfera clara y nítida; hubo quien hasta llegó a imaginar que se vería de color azul desde la superficie del planeta. Pero el Pathfi nder descubriría algo bien distinto, lo que indica que o bien la atmósfera, alimentada por tormentas locales de polvo, contiene polvo de forma permanente, o bien que la opa-
FIN DE LA ETAPA DE CRUCERO
cidad atmosférica registra variaciones grados kelvin (–10oC) todos los días a apreciables durante cortos espacios las 14:00 de la hora local solar, y un de tiempo. El tamaño de las partículas mínimo de 197 grados kelvin (–76 oC) de polvo (aproximadamente una justo antes del amanecer. El mínimo micra) y la cantidad de vapor de agua de presión, de sólo 6,7 milibares, cerca (equivalente a tan sólo una centésima del 0,67 por ciento de la presión terresde milímetro de precipitación) calcu- tre a nivel del mar, se alcanzó en sol lados son consistentes con las medidas 20, el vigésimo día marciano después realizadas por el Viking . Aunque del aterrizaje. La presión del aire Marte tuviera un aspecto exuberante varía según las estaciones: durante el en algún tiempo pasado, actualmente invierno hace tanto frío que entre el es más seco y polvoriento que cual- veinte y el treinta por ciento de toda quiera de los desiertos de la Tierra. la atmósfera se congela cerca de los polos, formando una gigantesca masa de dióxido de carbono sólido. El Aire helado mínimo de presión registrado por Pathfinder indica que la atmósfera os sensores meteorológicos pro- pasaba entonces por su punto más porcionaron informaciones adi- tenue y que el casquete polar del sur cionales sobre la atmósfera. En con- estaba en su punto álgido. traron pautas diurnas y de períodos Las temperaturas matinales flucmás amplios en las fluctuaciones de tuaban de forma abrupta con el tiempo la temperatura y la presión. La tem- y la altura; los sensores situados a peratura alcanzó un máximo de 263 0,25, 0,5 y 1 metro sobre la nave toma-
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ENTRADA
APERTURA DE PARACAIDAS
SEPARACION DE LA SONDA
SEPARACION DE LA PANTALLA TERMICA
INFLADO DE LA CUBIERTA NEUMATICA ENCENDIDO DE COHETES
7. LA SECUENCIA DE ATERRIZAJE fue el mayor desafío técnico de la Pathfinder . Tras siete meses de viaje desde la Tierra, la sonda finalizó su etapa de crucero interplanetario treinta minutos antes de producirse su entrada en la atmósfera. Su paso por la atmósfera, que duró cinco minutos, comenzó a una altitud de 130 kilómetros y a una velocidad de 27.000 kilómetros por hora. Una sucesión de carcasas aéreas, pantallas térmicas, paracaídas, cohetes y colchones neumáticos gigantes intervinieron en el aterrizaje. A continuación se desinflaron los colchones, el ingenio abrió sus pétalos y, a las 16:35 hora solar local (11:34 hora del Pacífico) del 4 de julio de 1997, realizó su primera transmisión por radio.
CORTE DEL CABLE
ATERRIZAJE
DESINFLADO
APERTURA DE PETALOS
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8. LAS NUBES AZULADAS que aparecen en el cielo al amanecer, mostradas en esta imagen coloreada tomada el día sol 39 (el trigésimo noveno día marciano tras el aterrizaje), probablemente sean de agua helada. El vapor de agua se congela durante la noche alrededor de finas partículas de polvo, evaporándose el hielo tras la salida del sol. La cantidad total de vapor de agua que se detecta actualmente en la atmósfera marciana es baladí; de convertirse toda en precipitaciones, el recubrimiento acuoso de la superficie del planeta tendría una centésima de milímetro de profundidad. El aspecto de la atmósfera es, en general, parecido al observado por Vi- king hace más de veinte años.
9. LAS TIERRAS MULTICOLORES del planeta fueron removidas por el paso de las ruedas del todoterreno. Aquí el vehículo explora la “duna de la Sirena”, una pila de material cubierta por gránulos oscuros. Las huellas del vehículo desvelaron también un suelo de color granate y polvo rojizo (parte inferior izquierda ). Se han podido deducir las propiedades de los materiales de la superficie al estudiar el efecto que tenían sobre ellos las ruedas del artefacto.
ron registros dispares. Si nos encon- tran, en cambio, estas trásemos sobre la superficie de Marte, variaciones. tendríamos la nariz 20 grados centíRemolinos de polvo grados más fría que los pies. El frío barrieron una y otra vez aire matinal se calienta por contacto la zona donde estaba con la superficie, ascendiendo en situada la sonda al principio de la forma de pequeños remolinos, cosa tarde. Se manifestaron como cambios muy distinta de lo que sucede en la de presión rápidos y seguramente se Tierra, donde no se registran tales parecían a los fenómenos detectados disparidades de temperatura. A media por las sondas orbitales Viking ; tarde, después de que el aire se haya podrían constituir un importante calentado, las temperaturas no mues- mecanismo para provocar la suspen-
sión del polvo en la atmósfera marciana. El resto de los vientos predominantes fueron suaves (nunca superiores a 36 kilómetros por hora) y variables. El Pathfinder midió las condiciones atmosféricas a altitudes superiores
Pruebas de un Marte más húmedo y cálido Durante los treinta últimos años se han acumulado pruebas en favor de la hipótesis de que Marte se pareció mucho al planeta Tierra, con precipitacio-
nes, ríos, lagos e incluso un océano. El Pathfinder ha añadido pruebas que refuerzan esta teoría (rojo ).
RASGO GEOLOGICO
POSIBLE ORIGEN
IMPLICACIONES
Cadena de valles fluviales
Torrentes de agua procedentes del interior o de precipitaciones
Atmósfera más densa (que hiciese posibles las precipitaciones) o calentamiento geotérmico más intenso (causa de los flujos subterráneos)
Canal central ( thalweg ) en los valles más anchos
Flujo de agua descendente por el centro del valle
Formación de valles por torrentes de agua, no por aludes ni por fuentes
Depresiones parecidas a los lagos, con redes de drenaje; depósitos estratificados dentro de los cañones
Agua que fluye a través de los canales desembocando en los lagos
Presencia de agua en la superficie por tiempo desconocido
Posibles líneas de ribera, playas y terrazas producidas por erosión
Posible línea de costa
Posible existencia de un océano en el hemisferio norte
Cráteres sin borde y terrenos antiguos muy erosionados
Ritmos de erosión grandes
Superficie erosionada por el agua, incluso por precipitaciones
Guijarros redondeados y posibles conglomerados rocosos
Formación de rocas en torrentes de agua
Estabilidad del agua líquida; la atmósfera tenía que ser más densa y más caliente
Abundante arena
Acción del agua sobre las rocas
Abundancia de agua
Polvo muy magnético
Cemento o trazas de maghemita sobre pequeños granos de silicio (1 micra de tamaño)
Estabilidad del agua líquida; la atmósfera tenía que ser más densa y más caliente
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10. LAS PIEZAS DEL Pathfinder aparecen como puntos brillantes en estas imágenes de gran aumento. Las pantallas térmicas se desprendieron a unos dos kilómetros al sudoeste de la sonda (izquierda ), mientras que la coraza lo hizo como un kilómetro hacia el sudeste (derecha ). Estas localizaciones y la de la sonda indican que soplaba un viento del sudoeste.
durante su descenso. La atmósfera momento de inercia realizada por superior (situada por encima de los Pathfinder , ahora sabemos que Marte 60 kilómetros) estaba más fría de lo posee un núcleo central de gran conque midió en su día el Viking . El dato tenido metálico, cuyo radio está compudiera ser consecuencia de simples prendido entre los 1300 y los 2400 va ri ac io ne s es ta ci ona le s y de l kilómetros. Partiendo de presunciomomento concreto de la entrada del nes sobre la composición del manto, Pathfinder , las 3:00 hora local solar, derivadas de la composición de los mientras que Viking protagonizó su meteoritos y de las rocas de Marte inmersión a las 16:00, cuando la analizadas por el vehículo móvil, pueatmósfera es más cálida. La tempe- den empezar a fijarse límites a las ratura mínima fue similar a la regis- temperaturas internas del planeta. trada por Viking y sus condiciones Ant es de la mis ión Pat h fin der , la son atribuibles a la mezcla uniforme composición de los meteoritos marde polvo en un aire comparativa- cianos apoyaba la hipótesis de que mente más caliente. hubiera un núcleo, pero su tamaño Esta misión contó con la ventaja era completamente desconocido. La adicional de que se pudieron usar las nueva información sobre el interior señales de radio para medir la rota- del planeta ayudará a los geofísicos ción de Marte. Un seguimiento o ras- a comprender la evolución de Marte treo Doppler diario de alcance bidi- a través del tiempo. Además de la reccional, realizado a frecuencias precesión a largo plazo, Path finder inferiores durante las sesiones de detectó también una variación anual comunicación, determinó la posición en la velocidad de rotación del plade la sonda con una precisión de cien neta, justo la que cabría esperar del metros. La última medida de posición intercambio estacional de dióxido de fue realizada por Viking hace más de carbono que se produce entre la veinte año s. Desd e ento nces se ha atmósfera y los casquetes de hielo. producido una precesión en el polo Si examinamos conjuntamente de rotación del planeta, esto es, la todos los resultados, parece razonable dirección de la inclinación de Marte afirmar que Marte tuvo que ser muy ha cambiado, del mismo modo que parecido a la Tierra en alguna etapa una peonza se bambolea ligeramente. de su historia, mucho más de lo que La diferencia entre las dos medidas se había supuesto hasta ahora. de posición nos da la velocidad de Algunos materiales de la corteza de precesión. Esta velocidad viene deter- Marte se asemejan a la corteza contiminada por el momento de inercia nental terrestre por su contenido en del planeta, en función de su distri- silicio. Los guijarros y los posibles bución de masa. El momento de iner- conglomerados, así como la presencia cia era el único parámetro de impor- de abundantes y diminutas partículas tancia de Marte que no se conocía de arena, corroboran además la hipóhasta ahora. tesis de que el planeta dispusiese A partir de la determinación del antaño de abundante agua. El
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ambiente primigenio sería más cálido y más húmedo, quizá parecido al de los comienzos de la Tierra. En cambio, desde que las inundaciones originaron la zona elegida para el aterrizaje — hace entre 1,8 y 3,5 mil millones de años—, Marte ha sido un planeta muy distinto al nuestro. El lugar parece haber permanecido inalterado desde que se produjeron las deposiciones, lo que indica ritmos de erosión muy bajos y carencia de agua en las épocas recientes. Aunque no pueda estarse seguro de que Marte se pareciese más a la Tierra en sus orígenes que ahora, los datos recogidos por Pathfinder son muy estimulantes. La información que proporcione el Mars Global Surveyor , que actualmente orbita el planeta rojo, podría ayudarnos a responder a las decisivas cuestiones que siguen subsistiendo sobre este mundo tan cercano al nuestro.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA MARS .
Dirigido por Hugh H. Kieffer, Bruce M. Jakosky, Conway W. Snyder y Mildred S. Matthews. University of Arizona Press, 1992. WATER ON MARS. Michael H. Carr. Oxford University Press, 1996. ARS P ATHFINDER MISSION AND ARES VAL M
. Matthew P. Golombek et al., en Journa l of Geoph ysical Research, vol. 102, n. o E2, pág. 3951-4229; 25 febrero 1997. ARS P ATHFINDER. Matthew P. Golombek M et al. En Science, vol. 278, pág. 17341774; 5 diciembre 1997. LIS LANDING SITE
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La misión Galileo Torrence V. Johnson
Desde su órbita alrededor de Júpiter la nave espacial Galileo observa el planeta y sus satélites naturales, al tiempo que da cuenta de un mundo desconocido
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l 7 de diciembre de 1995 el breve resplandor de una estrella fugaz de nueva factura iluminó el cielo de Júpiter. El cuerpo que se precipitó a casi 50 kilómetros por segundo en los tenues gases de la atmósfera superior joviana no fue un meteoro ni un cometa, sino un ingenio creado en la Tierra. A los pocos minutos se abrió un paracaídas, para frenar el proyectil, y se desprendió lo que quedaba de la cubierta protectora contra el calor. La sonda descendió y envió a la nave nodriza, el satélite artificial Galileo , situado unos 200.000 kilómetros más arriba, datos sobre estructuras nebulares, composiciones, temperaturas y presiones. La nave almacenó las señales para su posterior transmisión a los investigadores que se mantenían expectantes en la Tierra. Cuando terminó el proceso, entró en funcionamiento un cohete que, durante casi una hora, situó la nave en una gran órbita alrededor del planeta. Tras visitar dos planetas y otros tantos asteroides en un viaje de seis años —durante los que realizó además otros descubrimientos inesperados—, Galileo había llegado finalmente a su destino: Júpiter. Trescientos ochenta y cinco años después de que Galileo Galilei descubriera las lunas de Júpiter, un satélite artificial bautizado con su nombre se sumaba a la interminable circulación de éstas. El proyecto Galileo vio la luz a mediados de los años setenta, tras las aproximaciones a Júpiter de los Pioneer 10 y 11, cuando ya habían comenzado las ambiciosas misiones Voyager hacia los confines del sistema solar. Estaba claro que Júpiter y sus satélites peculiares —que forman una especie de sistema solar en miniatura— merecían algo más que una mirada furtiva. Un equipo dirigido por James Van Allen, de la Universidad de Iowa, presentó a la
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en 1976 el proyecto de una misión doble: una sonda de entrada que estudiara la atmósfera de Júpiter y un complejo aparato que describiese unas doce órbitas alrededor del planeta en dos años con el fin de transmitir información sobre Júpiter, sus lunas y su poderosísimo campo magnético. El Congreso aprobó la misión. Galileo estaba destinado a convertirse, en enero de 1982, en la primera nave planetaria lanzada por un transbordador espacial. Pero el programa de la lanzadera sufrió reveses técnicos, como le pasó al cohete de tres fases propulsado con combustible sólido necesario para que Galileo llegara a Júpiter. Después de considerar y descartar varios procedimientos distintos, se eligió como sistema de propulsión un cohete único, de gran potencia, alimentado con hidrógeno líquido. Se retrasó hasta mayo de 1986 la nueva fecha de lanzamiento. En enero de 1986, poco después del traslado de Galileo desde el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de Pasadena hasta el Centro Espacial Kennedy de Cabo Cañaveral, sucedió el trágico accidente del Challenger , en el que perecieron sus siete tripulantes. Los siguientes lanzamientos de transbordadores se pospusieron indefinidamente. El cohete de hidrógeno líquido de la nave Galileo se consideraba además demasiado peligroso para llevarlo en la bodega de carga del transbordador, por lo que se desechó la idea. El único sistema de propulsión que le quedaba al satélite, un cohete de dos fases alimentado con combustible sólido, no generaba la energía suficiente para impulsarlo hasta Júpiter. Por suerte, a un equipo de proyecto de misiones del JPL se le ocurrió una solución novedosa. Venus y la Tierra podrían empujar la nave; la energía que ésta tomaría NASA
del movimiento de los planetas alrededor del Sol complementaría la de un cohete inadecuado. Terminaría por llegar a Júpiter, ofreciendo además de paso más datos científicos de los inicialmente considerados. Galile o y sus propulsores de combustible sólido se internaron en el espacio, dentro de la bodega de carga del Atlantis , el 18 de octubre de 1989. Una vez estuvo en posición de emprender su viaje fuera del transbordador espacial, se encendieron los cohe tes de forma que, paradójicamente, cayese hacia el centro del sistema solar. La nueva trayectoria VEEGA (Venus Earth Earth Gravity Assist , o contribución gravitatoria Venus Tierra Tierra) portaría la nave hasta Venus y la haría pasar dos veces por la Tierra antes de tomar el rumbo de Júpiter. Aparte de los encuentros planetarios, esta sinuosa ruta incluía dos incursiones a través del cinturón de asteroides, con particular acercamiento a dos de esos miembros de la familia solar, que nunca se habían observado de cerca.
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1. GALILEO se aproximó a Io, la luna volcánica de Júpiter, el 7 de diciembre de 1995. La acción conjunta de sus propulsores y el arrastre gravitatorio de Io lo situó en órbita alrededor de Júpiter. El daño sufrido por la grabadora impidió desgraciadamente que se realizasen observaciones desde tan favorable proximidad.
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En el camino hacia Venus y, en realidad, durante toda la larga travesía algunos instrumentos instalados a bordo de la nave no dejaron de escrutar el espacio interplanetario. El magnetómetro vigilaba el campo magnético interplanetario y el viento solar, constituido por partículas cargadas que manan del Sol y cubren distancias colosales. El instrumento dedicado al ultravioleta lejano también tuvo una utilidad inmediata. Las mediciones tomadas por Galileo sirvieron para calcular la variación de la radiación del Sol según la latitud de la zona de emisión, lo que permitió actualizar los modelos de dinámica solar.
Los transmisores de radio, de uso en las comunicaciones, también proporcionaron datos científicos de gran valor. Desde el lado opuesto del Sol, Galileo envió ondas de radio al JPL que rozaron apenas la superficie solar visible. Gracias a los efectos que causaban sobre ellas, pudieron medirse los procesos turbulentos que acontecen en el Sol y los modos diversos en que se expulsa el material que pasa a ser parte del viento solar. La nave debía cubrir la primera etapa de su misión con su antena principal, una suerte de paraguas cerrado y oculto tras una lámina que la protegía de los rayos directos del Sol. Pero
Equipo instrumental de
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a nave Galileo cuenta con dos segmentos, rotatorio el uno y estacionario el otro. La rotación confiere estabilidad y permite que la antena de comunicaciones, dispuesta a lo largo del eje de rotación, apunte siempre hacia la Tierra. Los instrumentos escrutadores que barren la totalidad del cielo están instalados en la parte principal, la rotatoria. Los aparatos que hay que apuntar a un objeto
sin abrirse no sirve para nada tan importante instrumento, diseñado para transmitir los datos muy velozmente. Porta también el satélite sendas anténulas en cada extremo, aunque carentes de la potencia necesaria para enviar información a semejantes distancias. Por eso se programó la grabadora de cinta magnética de Galileo con el fin de que registrara la información de Venus durante las primeras horas del acercamiento, datos que se enviaron a la Tierra por medio de una de las antenas de baja ganancia —la que apuntaba a nuestro planeta— durante la primera visita de la nave, en
Galileo
concreto durante un tiempo largo están colocados en la plataforma estacionaria de “barrido”. La sonda entró en la atmósfera de Júpiter justo cuando Galileo llegó al planeta, el 7 de diciembre de 1995, fecha en que los cohetes propulsores pusieron la nave en órbita alrededor de Júpiter, con la ayuda de la gravedad de Io. Desde esa posición ha transmitido muchos datos desde entonces y seguirá haciéndolo por algún tiempo. —T. V. J.
LOS SENSORES DEL MAGNETOMETRO miden la fuerza y la dirección del campo magnético. EL DETECTOR DE PLASMA mide las partículas de baja energía y dotadas de carga de magnetosfera joviana.
LA ANTENA DE ONDAS DE PLASMA detecta ondas electromagnéticas y electrostáticas de la magnetosfera de Júpiter. EL DETECTOR DE PARTICULAS DE GRAN ENERGIA mide las partículas con carga y de alta energía de la magnetosfera de Júpiter. EL CONTADOR DE IONES PESADOS mide las partículas de energía muy alta, similares a los rayos cósmicos. LA ANTENA PRINCIPAL, concebida como el dispositivo básico de comunicación, sólo se ha abierto parcialmente y no funciona. LA ANTENA DE BAJA GANANCIA se utiliza en las comunicaciones y en los experimentos en radio.
EL ESPECTROMETRO PARA EL ULTRAVIOLETA LEJANO detecta radiación de alta energía procedente del toro de Io o de las auroras de Júpiter.
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EL DETECTOR DE POLVO cuenta los granos microscópicos y mide su tamaño y velocidad. LA PLATAFORMA DE BARRIDO contiene el espectrómetro ultravioleta, el espectrómetro de cartografiado en el infrarrojo cercano, la cámara de imagen de estado sólido y el radiómetro fotopolarímetro que analiza la radiación de distintas longitudes de onda. LA SONDA ATMOSFERICA JUPITER
alberga siete instrumentos que miden la temperatura, la presión y la velocidad del viento, así como los relámpagos y su composición. LA ANTENA REPETIDORA PARA LA SONDA recibe los datos procedentes de la sonda. LOS PROPULSORES queman propelente para modificar la velocidad y orientación de la nave espacial. LOS GENERADORES TERMOELECTRICOS RADIOISOTOPICOS proporcionan energía nuclear a la nave espacial y a sus instrumentos.
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diciembre de 1990. en las que se discuAPROXIMACION LANZAMIENTO La proximidad gatió mucho, el equipo A LA TIERRA 18 OCT. 1989 8 DIC. 1990 rantizaba la recepde planificación 8 DIC. 1992 ción nítida de las llegó al convenciseñales, pese a la miento de que gran APROXIMACION CINTURON A VENUS escasa potencia de parte de los objetiDE ASTEROIDES 10 FEB. 1990 su emisión. Las vos científic os poGASPRA imágenes infrarrodrían alcanzarse IDA 29 OCT. 1991 jas tomadas proce28 AGO. 1993 con la anténula. dían del interior de Había que estar MISION la atmósfera de atentos al inmiBASICA COMPLETA; EMISION DE Venus y proporcionente encuentro LOS DATOS naron una visión con Gaspra, el pri7 DIC. 1997 de tallada de la mero que una nave estructura y de la espacial tendría con dinámica de sus un asteroide. Los GALILEO LLEGADA IO A JUPITER VENUS capas inferiores de planes para su obGANIMEDES 7 DIC. 1995 TIERRA CALISTO nubes. servación estaban JUPITER EUROPA muy adelantados y Galileo también pudo observar a la se basaban en la Tierra desde la 2. EL SINUOSO CAMINO hacia Júpiter de Galileo le ha hecho pasar por Venus, comunicación veloz dos veces por la Tierra y otras tantas a través del cinturón de asteroides. Una perspectiva de un por medio de la vez en órbita alrededor de Júpiter, se acercará mucho a las cuatro lunas maexplorador inter- yores del planeta. antena principal, planetario, produtanto para acercar ciendo un impresioel satélite al astenante reportaje de roide como para nuestro acuoso planeta. La nave exa- ido al traste. Los datos de la nave enviar la información a la Tierra. minó los confines exteriores del campo podrían llegar a la Tierra gracias a la Trabajando sin descanso, los ingemagnético terrestre y tomó las prime- pequeña antena con la que se habían nieros calcularon cómo sustituir las ras mediciones de la cara oculta de la mantenido las comunicaciones desde veinte o más imágenes que se habían Luna desde los tiempos del programa el lanzamiento. Pero los planes para considerado necesarias para el pilo Apolo . Estas imágenes descubrieron la toma de datos en órbita dependían taje por sólo cinco. (El obturador de antiguos procesos volcánicos en regio- fundamentalmente de la antena prin- la cámara se mantuvo abierto, con lo nes no visitadas por los astronautas cipal, diseñada para transmitir 134.000 que las estrellas aparecieron como y confirmaron la existencia de una bit por segundo. Tras varias reuniones rayas; y así una imagen valió por cuenca de impacto, antigua y varias.) Se disponía del tiempo enorme, en la cara oculta, la justo para recibir de la antena cuenca Polo Sur-Aitken. de baja ganancia esas imágenes Poco después de su último imprescindibles que servirían paso por la Tierra, Galileo hubo para determinar la posición de de enfrentarse a un grave proGalileo . La comunidad astronóblema técnico. Como la nave mica internacional contribuyó estaba ya a una distancia razocon una campaña de observanable del Sol, quienes la dirigían ciones de la órbita de Gaspra, desde tierra ordenaron la aperelemento vital para determinar tura de la antena principal. Los la situación de la nave con resmotores no funcionaron ni diez pecto al asteroide. segundos antes de detenerse. El A la grabadora de cinta mages tudio de la contrariedad nética, cuya capacidad de almareveló que no se habían desplecenamiento era muy grande y gado algunas varillas de la que ya se había utilizado durante antena, probablemente tres; el el acercamiento a Venus, se le instrumento se había convertido asignó la tarea de guardar las en pura chatarra. Ningún imágenes de Gaspra. Debido a esfuerzo, de los muchos empeque el Galileo aún debía visitar ñados, consiguió abrirla. Parece la Tierra una última vez, la graque las varillas se atascaron bación podría recuperarse con la debido a la pérdida de lubriantena de baja ganancia, miencante producida durante los tras la nave estuviera cerca. largos viajes en camión que hizo Gracias a este ardid se salvaron la nave: de la costa del Pacífico los principales experimentos, a la atlántica en 1986, de vuelta pese a la pérdida de las transal Pacífico cuando se retrasó el misiones inmediatas de la lanzamiento y otra vez a la costa antena principal. 3. LA CARA NOCTURNA DE VENUS, fotografiada en atlántica en 1989. Se recuperaron algunas imáluz infrarroja por la nave durante su paso cerca del Durante unos meses desola- planeta. La radiación térmica se origina a gran pro- genes inmediatamente después dores, se pensó que buena parte fundidad dentro de la atmósfera; gracias a ello se del encuentro para comprobar de la misión, si no toda, se había observó la capa interna de nubes. si tantos esfuerzos habían ser-
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vido de algo. La navegación se había desarrollado con extraordinaria precisión. Era la primera vez que se veía a un asteroide de cerca. Su aspecto era el de una roca irregular con muchos cráteres de impacto pequeños, pero con menos cráteres grandes de lo esperado. Muchas de las partículas
que componen el cinturón de asteroides eran, por lo visto, menores de lo que se había estimado. Y parecía que Gaspra se hubiese separado de otro cuerpo rocoso mayor recientemente, entre 300 y 500 millones de años aproximadamente. El resto de los datos se recuperó
cuando Galileo vol vió a cas a por última vez, a finales de 1992. Se descubrió con sorpresa el cambio de dirección del campo magnético interplanetario cerca de Gaspra, como si encontrara un obstáculo magnético. Si Gaspra poseyese un campo magnético, afectaría al campo del viento
¿Por qué Júpiter?
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os vuelos de aproximación de Voyager I en 1979 convencieron a los astrónomos de que Júpiter y sus lunas encierran un interés muy superior al que se había imaginado. El sistema joviano, con sus lunas de tamaño planetario, que describen órbitas circulares coplanares, se parece mucho a un pequeño sistema solar. Júpiter recuerda a una estrella. Contiene un 70 por ciento de la masa de todos los planetas de nuestro sistema solar juntos y consta principalmente de hidrógeno y helio. La energía gravitatoria que se desprendió al formarse el planeta hace 4500 millones de años, atrapada aún en sus profundidades, se va liberando paulatinamente, de modo que el planeta irradia casi el doble de la energía que recibe del Sol. Su atmósfera es el mejor exponente de la nebulosa origina l, de la que surgió el sistema solar. La nebulosa contiene elementos ligeros, sobre todo hidrógeno y helio, que los planetas rocosos como la Tierra no poseyeron nunca o perdieron hace mucho tiempo. Los gases del mismísimo Sol han sufrido modificaciones debidas a la combustión termonuclear. Pero en el planeta gigante todo se ha conservado como fue en un principio, mantenido por la gigantesca gravedad. La sonda de Galileo , al revelar los datos relativos a la composición del gas y del polvo, mejora nuestro conocimiento de cómo nació el sistema solar. Júpiter no tiene superficie en el sentido habitual de la palabra. El hidrógeno se hace más denso con la profundidad y a niveles bastante someros se condensa formando un líquido caliente. A través de este océano de hidrógeno cae una lluvia perpetua de helio. Más abajo el hidrógeno se comporta como un metal y proporciona quizá la gran conductividad eléctrica necesaria para generar el poderoso campo magnético de Júpiter. Con su elevada gravedad, su rápida rotación y una química poco habitual, Júpiter constituye un banco de pruebas único. Muchas de las mediciones acometidas por la sonda están pensadas para proporcionar “una base sólida” que facilite la calibración de los modelos atmosféricos, gracias a los cuales terminaremos por conocer la Tierra. Se piensa que los dieciséis satélites de Júpiter se formaron a partir de una nube de gas, de polvo y de hielo que rodeaba el planeta, del mismo modo que los planetas se formaron alrededor del Sol. Las grandes lunas
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JUPITER CON DOS DE SUS SATELITES, IO ( IZQUIERDA) Y EUROPA (DERECHA)
EUROPA
CALISTO
GANIMEDES
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solar. Estaba claro que las propiedades magnéticas de los asteroides encerraban enorme interés. El segundo encuentro con la Tierra brindó la ocasión de realizar calibraciones sumamente útiles, proporcionó vistas excelentes de las regiones del polo norte de la Luna y,
TORRENTES ATMOSFERICOS DE JUPITER
a modo de despedida, nos regaló una película hermosísima de la Luna y la Tierra juntas. El impulso gravitatorio de la Tierra envió a la nave hacia su destino f inal el 8 de diciembre de 1992. Se ajustó la trayectoria para que Galileo arribara a Júpiter el 7 de diciembre de
ERUPCION VOLCANICA EN IO
EL VIENTO SOLAR SE DESVIA ALREDEDOR DE LA MAGNETOSFERA
VIENTO SOLAR
JUPITER
MAGNETOSFERA
LA MAGNETOSFERA INTERIOR CON EL TORO DE PLASMA DE IO LINEAS DEL CAMPO MAGNETICO JUPITER
TORO DE IO
ORBITAS DEL SATELITE
SUPERFICIE DEL PLASMA
SISTEMAS SOLARES
1995. En su camino se encontraría con el asteroide Ida el 28 de agosto de 1993. Esta cita presentaba nuevas dificultades. Para esquivar el cuello de botella en las comunicaciones se habían descartado la utilización de la antena principal, que seguía atascada, y la realización de más pasos
rocosas, Io y Europa, están más próximas a Júpiter, igual que Mercurio y Venus son los planetas más internos del sistema solar. Más lejos, Ganimedes y Calisto poseen un mayor número de elementos ligeros, como el hidrógeno (en forma de hielo). Con un tamaño parecido al de la Luna, Io es el cuerpo de mayor actividad volcánica de todo el sistema solar. La lava renueva su superficie cada pocos cientos de años. Al contrario de lo que sucede en la Tierra, cuyos volcanes reciben la energía del cal or de los radioisótopos, los de Io se calientan por las distorsiones de marea que producen Júpiter y los demás satélites. Las nubes volcánicas crean una atmósfera no uniforme de dióxido de azufre, parte del cual se escapa del planeta; el resto se congela sobre la superficie. Europa, del tamaño de nuestra Luna, tiene una extraña superficie fracturada y helada que hace que sea diez veces más brillante en luz refleja. Ganimedes y Calisto, lunas envejecidas y cubiertas de cráteres, tienen grandes cantidades de hielo; su tamaño es el de Mercurio. Los once acercamientos de Galileo a estos cuatro satélites revelarán numerosos detalles, como el espesor de la corteza de Io, la composición de las rocas de Calisto y el espesor del recubrimiento helado de Europa. La zona que rodea a un planeta dominada por su campo magnético se denomina magnetosfera. Júpiter tiene la mayor magnetosfera del sistema solar. Si pudiéramos ver el espacio que abarca, se presentaría en el cielo nocturno con un tamaño mayor que el de la Luna llena. La magnetosfera forma una barrera que se levanta ante las partículas cargadas eléctricamente del viento solar, al que fuerza a desviarse y a fluir alrededor del obstáculo invisible. Una onda de choque se forma en dirección contraria al flujo, en el borde de la magnetosfera que se orienta hacia el Sol; en la misma dirección del flujo, el campo magnético se alarga y dibuja una “magnetocola”. La magnetosfera alberga partículas cargadas de gran energía, corrientes inmensas y una gama abrumadora de ondas electromagnéticas. Un enorme anillo en rotación, o toro, compuesto de iones de oxígeno y de azufre, rodea a Júpiter y constituye la parte interna de la magnetosfera. Este material proviene de Io, que ha de proporcionar aproximadamente una tonelada del mismo por segundo. T.V.J.
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4. LOS BARROTES CARCELARIOS, cortes de las imágenes que se tomaron del asteroide Ida, se transmitieron a la Tierra a fin de localizar las secciones de interés sin tener que enviar las imágenes completas. (El fallo de la antena principal hizo necesaria tanta austeridad en la transmisión de los datos.) Los
barrotes descubrieron una pequeña mancha a uno de los l ados de Ida (izquierda); al recuperar la imagen completa (derecha), se determinó que se trataba de una roca de un kilómetro, situada en órbita alrededor de Ida, con lo que pasó a ser la primera luna asteroide conocida.
por las cercanías de la Tierra. La decir, mediante secuencias en las que velocidad de transmisión de los datos se transmitía un barrido de unas de Ida no superaría los 40 bit por cuantas líneas, se saltaban muchas, segundo. Sin embargo, se quería se emitían unas pocas más y así hasta observarlo a la mitad de distancia del el final de la imagen. Se localizaron avistamiento de Gaspra. Como Ida las secciones que contenían datos de es unas dos veces mayor que Gaspra, Ida para recuperarlos más adelante. su retrato tendría una superficie cuatro veces mayor. uando se estudiaron los “barrotes”, Para obtener de Ida datos mejores Ann Harch detectó una extraña que los recabados de Gaspra, hubo mancha a un lado de Ida. Se examinaque afinar las técnicas de navegación. ron, una a una, las fuentes astronómiSe desarrollaron también mejores cas que pudieran haber salido en el métodos de búsqueda en la cinta gra- fondo de la imagen inadvertidamente. bada para que no se mandasen a la Al no encontrar ninguna, se llegó a la Tierra imágenes del “cielo negro”, de conclusión de que se había dado con un modo que la antena se limitase a pequeño asteroide cercano a Ida, segutransmitir los datos esenciales. La ramente una luna suya. naturaleza ayudó, pues Ida tiene un El equipo encargado de la zona período de 4,65 horas, unos dos tercios infrarroja confirmó la presencia del del período de Gaspra, y Galileo asteroide. Ambos grupos se percataobservaría todos sus lados más de ron de que trabajaban con imágenes del mismo objeto, aunque un poco cerca. Las primeras imágenes mostraron diferentes. Un cálculo rápido de los que era un objeto extremadamente ángulos de paralaje mostró que la roca irregular, de unos 56 kilómetros de estaba a unos 100 kilómetros del cenlargo y con una superficie sembrada tro de Ida y que no se había movido de cráteres. Pertenece a la familia mucho en los minutos que mediaron Koronis, grupo de asteroides cuya exis- entre una ob servación y la siguiente. tencia parece deberse a la desintegra- Un cuerpo pequeño, moviéndose tan ción de un cuerpo progenitor mayor, despacio y situado tan cerca de un que mediría unos 100 kilómetros de asteroide de mayores dimensiones, diámetro. Algunos teóricos aducían era casi con total seguridad un satéque la desintegración se produciría no lite. La Unión Astronómica hace más de algunas decenas de millo- Internacional lo bautizó con el nombre nes de años, pero la superficie de Ida, de Dáctilo (“Dactyl”), en honor a los marcada por los cráteres, muestra Dáctilos, hijos mitológicos de Ida y signos de envejecimiento e induce a Júpiter. pensar que la familia Koronis, y puede En casi todas las imágenes de Ida que otras, cuenten con edades de mil aparecía Dáctilo. Las de gran resolución revelaron que tenía forma de millones de años o más. Aún nos aguardaba otra sorpresa. patata y que estaba marcado de En febrero de 1994 se empezó a exa- hoyuelos. No se trataba, en efecto, de minar el resto de la cinta que contenía un fragmento reciente producido por las imágenes de Ida. Pequeñas partes una colisión. Su órbita tiene un de algunas de ellas se habían obte nido período de 24 horas o más. La gama en forma de “barrotes carcelarios”, es de órbitas que casan con las observa-
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ciones ayuda a acotar la masa y, por tanto, la densidad de Ida, que resulta ser parecida a la de los meteoritos rocosos. El descubrimiento de la luna de Ida generó un sinfín de interrogantes. Por ejemplo, el de su origen. Una colisión podría haber puesto en órbita un pedazo de la propia Ida (una variante de esta idea es la de que nuestra propia Luna se formó cuando un impacto descomunal arrancó de la superficie de la Tierra una gran cantidad de materia, que se amalgamó con los restos del objeto causante del impacto). Pero en ese caso el fragmento tendría que haber chocado contra otro residuo situado estratégicamente; de no haber sido así, hubiera vuelto a caer sobre Ida. Lo probable es que Dáctilo e Ida nacieran de la fragmentación de un cuerpo de la familia Koronis. Si ambos pedazos permanecieron cercanos, pudieron quedar vinculados gravitatoriamente. Hay diversas opiniones sobre la probabilidad de que un asteroide adquiera un satélite y sobre la duración de éste. Desde principios de siglo han venido sucediéndose indicios, de dispar origen, de que algunos asteroides podrían ser binarios, dos cuerpos que describen órbitas uno alrededor del otro en un espacio reducido. Pero las rocas pequeñas salen de su órbita con mucha facilidad debido a los efectos perturbadores del Sol y de otros planetas, sobre todo de Júpiter. Dáctilo, que gira a unos pocos radios de Ida, cae dentro de la influencia de ésta, pero queda por ver cuánto tiempo logrará permanecer así. En julio de 1994, cuando aún faltaba año y medio para llegar a Júpiter, Galileo contempló todo un espectáculo: el impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 en la cara oscura del
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planeta. Pero había que programar el débiles señales procedentes de la ordenador de la nave meses antes del antena de baja ganancia. La DSN es acontecimiento, cuando aún se descoun grupo de tres instalaciones de nocía el instante exacto de los impacseguimiento situadas en Goldstone, tos. Para obviar ese inconveniente, Madrid y Canberra. Separadas por debían registrarse muchas más imá120 grados de longitud, aseguran la genes de las que podían enviarse a la visibilidad de cualquier nave espacial Tierra por medio de la antena de baja en todo momento. ganancia. Para ello se utilizaron técLas antenas se utilizan por sepanicas de búsqueda en las cintas de rado para seguir diferentes naves grabación como las empleadas durante espaciales. Pero cuando se requiere el encuentro con Ida. El análisis de los gran sensibilidad se sintonizan elecfenómenos que se habían observado trónicamente y se crea una suerte de desde la Tierra y desde el telescopio antena receptora mucho mayor. espacial Hubble ayudó también a locaVoyager hizo uso de esta posibilidad lizar y a no recuperar más que las en su visita a los planetas Urano y secciones de la grabación que conteNeptuno, mientras que Galileo la nían datos sobre el impacto. empleará de forma habitual mientras observe Júpiter. Galileo observó la luz visible y la infrarroja cercana producidas por la Estas mejoras, en combinación entrada y la explosión de varios fragcon otros cambios en el modo en que mentos del cometa. Destacan las imá- 5. LA SONDA ATMOSFERICA de Júpiter las naves espaciales codifican los genes del último suceso. Tomadas en descendió sobre el planeta el 7 de di- datos, hacen que la capacidad de luz verde a intervalos de 2,33 segun- ciembre de 1995. Durante el descenso se información del enlace de telecomuquemó gran parte de la cubierta protecdos, muestran un planeta giboso con tora (abajo); el resto se desprendió des- nicaciones alcance los mil bit por un punto incandescente en la parte pués de que un paracaídas redujese la segundo, suficiente para que puedan oscura, cuyo brillo crece y luego se cumplirse los objetivos primarios de velocidad de la sonda, dejando los insapaga, la señal de la violenta muerte trumentos al descubierto, que midieron Galileo , la obtención de datos muy la velocidad del viento, la composición del fragmento W . detallados de los objetos a los que se También se registraron datos de de las nubes, la frecuencia de los relám- aproxima y el estudio de los campos vital importancia sobre el gran suceso pagos y otros aspectos de la atmósfera. magnéticos. Galileo observará los satélites jovianos con la resolución G mediante experimentos llevado s a cabo en el ultravioleta e infrarrojo y con la que el LANDSAT , por ejemplo, con el radiómetro fotopolarímetro. perfección, tuvo problemas de rebobi- toma imágenes de la Tierra, aunque Gracias a ellos se calcularon de forma nado, quedando también fuera de ser- haya otros proyectos que se hayan directa el tamaño, la temperatura y vicio. La nave toda vía cuen ta con tornado imposibles en ausencia de la la altitud de la bola de fuego. Apareció cierta cantidad de memoria de estado antena de ganancia elevada y de la como un globo de unos ocho kilóme- sólido, que puede aprovecharse para grabadora magnética, entre los que tros de diámetro y 7500 grados kelvin almacenar y transmitir imágenes de se encuentran la observación de Io de temperatura que, a medida que alta resolución, puede que aproxima- en el primer encuentro, la medición ascendió en la atmósfera, se expandió damente la mitad de las que hubiera de los fenómenos magnetosféricos con y se enfrió rápidamente. El análisis admitido la grabadora. gran resolución temporal o la realide esa avalancha de datos durará La llegada de la sonda a Júpiter el zación de un reportaje de la gran años. 7 de diciembre de 1995 marcó el prin- mancha roja. El detector de polvo de la nave, que cipio de su misión central. La inforEs imposible adivinar lo que se mide los impactos de micrometeoritos mación aportada por la nave, un breve hubiese descubierto si hubiese podido no mayores que las partículas del humo conjunto de datos que puede almace- realizarse la amplia exploración del del tabaco, ha venido registrando los narse en un disco flexible, pero valio- sistema joviano que se había planeado flujos de polvo procedentes de Júpiter sísimo, se recuperó íntegramente. A originalmente. Pero el equipo invesdesde mediados de 1994. En agosto, a partir de ese momento, Galileo se tigador ya ha demostrado su capaci62 millones de kilómetros del planeta concentró en la realización de un sin- dad para realizar descubrimientos todavía, Galileo se fue abriendo camino fín de medidas del planeta gigante, impresionantes mediante el uso intea través de una tormenta de polvo muy de sus cuatro lunas mayores y de su ligente de flujos de información muy intensa. El detector fue embestido colosal campo magnético. reducidos. durante un mes por hasta 20.000 para capacidad de la nave se ha mejotículas que se movían a velocidades de entre 40 y 200 kilómetros por segundo. rado considerablemente. Cuando Los granos de polvo, demasiado peque- se programaron inicialmente sus ordeños para dañar la nave, pudieran tener nadores, las técnicas de compresión BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA su origen en los anillos de Júpiter o en de datos eran aún primitivas. Un THE N EW S OLAR S YSTEM. J. Kelly Beatty los volcanes de Io. Seguramente son paquete de programas completamente y Andrew Chalkin. Sky Publishing, granos con carga eléctrica que el campo nuevo permite que los datos se proce1990. magnético de Júpiter acelera y arroja sen, se editen y se compriman a bordo, JUPITER: THE GIANT PLANET. Reta Beebe. Simon & Schuster, 1994. hacia el espacio. lo que decuplica por lo menos el conLa última información disponible y mucha Los responsables de la misión sufrie- tenido de información de cada bit. de la obtenida durante la misión puede ron un sobresalto más en octubre de La modificación de la Red del consultarse en la dirección de Internet ese mismo año. La grabadora, que Espacio Remoto ( Deep Space Network, http://www.jpl.nasa.gov/galileo. había funcionado hasta entonces a la DSN) permite recoger además las
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El enigma del anillo de Júpiter Gregor Morfill
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esde hace más de trescientos años se conoce a las imágenes de los Voyager . Ambas están localizadas Saturno como “el planeta de los anillos” (en gran cerca del borde externo del anillo. Suponiendo entonces medida gracias al trabajo del astrónomo Christiaan que esas dos lunas representasen “la punta del iceberg”, Huygens), mientras que la existencia de anillos alrededor por ser las mayores de un grupo ubicado a unos 1,8 radios de los otros planetas gigantes gaseosos —Júpiter, Urano de Júpiter, tendríamos la fuente de material requerido y Neptuno— es el resultado de observaciones relativa- para poblar el anillo visible. mente recientes. La razón primordial es la visibilidad: los Pero ¿de dónde vienen los proyectiles? Se propusieron anillos de Saturno, observados a través de un telescopio dos posibilidades. Podía tratarse de partículas procedentes moderno de gran resolución, aparecen majestuosos y de la nube interplanetaria responsable de la luz zodiacal gigantescos, mientras que el anillo de Júpiter impone (una extensa y tenue luz difusa que puede verse una hora mucho menos. De hecho su descubrimiento se efectuó tras la puesta del Sol o una hora antes del amanecer). gracias a las imágenes tomadas en las proximidades de También podrían ser pequeñas partículas de polvo inyecJúpiter por las cámaras de los vehículos espacialesVoyager tadas en la magnetosfera de Júpiter por la actividad volhace unos veinte años. Su tamaño es de unas veinte veces cánica del satélite Io. Parece fácil, a primera vista, contrasel diámetro terrestre y su anchura tar la hipótesis de la nube radial es del orden del radio interplanetaria como fuente de terrestre, proporciones semejanproyectiles, puesto que se conotes a las de la llanta de una rueda cen su distribución de masa y sus de bicicleta. A diferencia de los flujos, la física de los impactos a anillos de Saturno, que están forgrandes velocidades ha sido bien mados por “cantos” como de un estudiada en el laboratorio y puemetro de diámetro, el anillo visiden calcularse las propiedades ble de Júpiter es “un anillo de ópticas de las partículas, compapolvo”, constituido en gran rándolas con las observaciones medida por partículas micromédel anillo efectuadas porVoyager . tricas cuyo tamaño típico es el del Pero aquí es donde empiezan diámetro de un cabello humano. los problemas. No resulta de gran El anillo es tan tenue que, si todo ayuda el conocimiento de los flusu contenido se acumulase y com jos de las partículas proyectil si no primiese en un bloque cúbico, el se conoce el área que los pequelado del cubo resultante mediría El tenue anillo de Júpiter fotografiado en 1979 ños satélites presentan como unos 40 metros. blanco. Peor aún es que, para calpor la sonda Voyager 2 El tenue anillo de Júpiter ha cular la estructura espacial del sido en cierto modo un enigma. anillo y poder compararlo con las Tras todos estos años de investigación seguimos sin cono- observaciones, necesitamos saber la distribución de tamacer su origen ni su funcionamiento. M. Horányi y T. E. ños de las partículas inyectadas y los mecanismos más Cravens propusieron una solución muy prometedora. Para importantes que rijan su transporte y destrucción. Mientras apreciar el avance que supone y comprender el rompeca- que los efectos de la presión de la radiación se conocen bezas, retrocedamos al tiempo en que los Voyager sobre- razonablemente bien, no pasa lo mismo con la intensidad volaron Júpiter y dieron un gran impulso a la ciencia de de las fuerzas electromagnéticas y con el efecto del dralos anillos planetarios. gado de las partículas por el plasma magnetosférico de Poco después de que se descubriese el anil lo de Júpiter Júpiter. Lo mismo acontece con las pérdidas por procesos ya resultó evidente que su estructura no podría ser esta- de “salpicadura” (o sputtering, erosión por el bombardeo ble. Las órbitas seguidas por unas partículas tan pequeñas de iones), con las colisiones con otras partículas de polvo son fácilmente perturbables, incluso por la presión de la y con su absorción por la parte alta de la atmósfera del radiación y por las fuerzas electromagnéticas, de forma planeta. que el planeta mismo las barre, perdiéndose en el espaA medida que se iba avanzando en el conocimiento de cio. Esto implica que tiene que haber una fuente que fenómenos complejos, como es que las partículas se carproporcione partículas al anillo. Se propuso que Júpiter guen eléctricamente y puedan ser transportadas en las tendría otro anillo mayor de pequeños satélites, como magnetosferas planetarias, el progreso en el análisis de de un kilómetro de tamaño, que se verían continuamente los datos transmitidos por los Voyager revelaba que el bombardeados por pequeños proyectiles submicrométri- anillo de Júpiter está estructurado: consiste en un anillo cos. Las diminutas partículas que los impactos arrancarí an principal, que es el que hemos descrito, de unos 300 km de la superficie de esas pequeñas lunas serían las que de altura (espesor), cuyo borde interno se convierte en alimentasen al anillo. Al tiempo que se formulaban estas otro anillo toroidal, aún más débil, de unos 10.000 km de ideas se descubrieron dos pequeñas lunas de Júpiter, espesor. Al llegar aquí, la mayoría de los investigadores posteriormente bautizadas como Adrastea (cuyo radio teóricos arrojaron la toalla. es de unos 10 kilómetros) y Metis (con un radio de unos El aspecto nuevo y excitante del trabajo de Horányi y 20 kilómetros), gracias a un análisis pormenorizado de Cravens es que, comenzando con el modelo básico de
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impacto desarrollado en los años ochenta, han mejorado la modelización dinámica de las trayectorias de las partículas. Proponen que la composición del plasma ambiente de la región del anillo de Júpiter está dominada por fotoelectrones y iones ionosféricos, lo que les conduce al sorprendente resultado de que las partículas expulsadas e inyectadas tienen una vida menor de un año. Su duración precisa es de t ≈100a3 días, en donde a es el radio de la partícula en micrometros. Los cálculos previos basados en la erosión por salpicadura arrojaban tiempos de vida de 100 años o más. Esto les permite deducir la distribución de tamaños de las partículas expulsadas y encontrar que su ritmo de producción es proporcional a a , siendo = –5,5 si se quiere conseguir un buen ajuste con el espesor óptico del anillo principal y con el espesor de la región toroidal. La distribución de densidad del anillo concuerda también bastante con las observaciones de dispersión luminosa que produce. Es así como se explican todos los detalles conocidos del anillo de Júpiter. Horányi y Cravens no analizan, sin embargo, una consecuencia lógica de sus resultados. Cada impacto originado por proyectiles moviéndose con una hipervelocidad pro-
duce una dispersión de las partículas expulsadas con una distribución de tamaños característica que depende de la masa y velocidad de la partícula impactante. Si el espectro de masas de las partículas impactantes sigue una ley de potencias, la misma ley debe obedecer entonces la fuente de partículas expulsadas que alimenta el anillo. Esto significa que el espectro de tamaños de los proyectiles tiene una pendiente aguda, proporcional a a–5,5. Las observaciones y las leyes físicas de los impactos a gran velocidad indican que el margen de tamaño de los proyectiles es de 0,01 ≤ a ≤ 10 m. Pero en este rango de tamaños las distribuciones del tamaño de los granos interplanetarios siguen una ley de potencias proporcional a a–2,5. No resulta fácil compatibilizar esto con los refinados y cuidadosos análisis de los autores. Salvo que se invoquen procesos aún no conocidos, esto no dejaría otra alternativa que retornar a la propuesta de que las cenizas volcánicas expulsadas por la luna Io son la fuente de las partículas proyectil responsables del tenue anillo de Júpiter. Si así fuese, el espectro de pendiente aguda estaría relacionado con el del flujo de partículas procedentes de los penachos volcánicos, que se sabe tiene un máximo alrededor de 0,01 micras. Sería una deducción fascinante.
Saturno blanco Corey S. Powell
E
n septiembre de 1990 astrónomos aficionados descubrieron la Gran Mancha Blanca, una violenta y descomunal tormenta en Saturno. Luego el fenómeno fue creciendo y se propagó hasta cubrir casi un hemisferio completo del planeta. A partir del 9 de noviembre, los astrónomos dirigieron la cámara de campo ancho del telescopio espacial Hubble hacia Saturno, para observarlo con mayor definicion. Imágenes anteriores recogidas por el Hubble habían permitido establecer que el procesamiento de las mismas en el ordenador capacitaba al telescopio para lograr la resolución buscada de una décima de segundo de arco, en imágenes brillantes y de gran contraste. Muchos astrónomos se encontraron con la agradable sorpresa de comprobar que las técnicas informáticas funcionaban con idéntica eficacia para objetos del tamaño de Saturno. La imagen resultante muestra los primeros momentos de una transformación en el planeta, cuyos rastros turbulentos se asemejan a los que las sondas Voyager nos han traído de Jupiter. El color blanco de la mancha se debe, presumiblemente, a nubes altas de cristales de amoníaco. Ignoramos, sin embargo, la causa de los movimientos atmosféricos verticales que dan origen a las nubes. Manchas parecidas, aunque menores, habían aparecido antes, con intervalos de 27 a 30 años. Se atribuían a fenómenos estacionales ligados a los veintinueve años y medio que dura la órbita del planeta alrededor del Sol. La fotografía en falso color que se acompaña se ha obtenido combinando dos imágenes, en el azul y en el infrarrojo. El color azul indica nubes de baja altitud; el
SISTEMAS SOLARES
rojo, nubes de alta altitud. El telescopio Hubble ha sacado más de 400 imágenes, que se utilizarán para crear una película donde contemplaremos el comportamiento, a lo largo del tiempo, de la Gran Mancha Blanca.
El Hubble capta una gran mancha blanca.
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Urano Andrew P. Ingersoll
El gigantesco planeta verde-azulado tiene un polo dirigido hacia el Sol. Su campo magnético está inclinado, su atmósfera es densa y gélida y sus vientos se asemejan a los de la Tierra
U
rano, en contraste con todos los demás planetas del sistema solar, gira de lado, es decir, su eje de rotación casi descansa en el plano de su órbita; los ejes de rotación de los demás planetas son todos aproximadamente perpendiculares al plano orbital. ¿Cómo se produjo la anómala orientación en Urano? ¿De qué modo afecta ello a la circulación atmosférica? ¿Tiene el planeta campo magnético? Si es así, ¿cuál es su orientación? Estas son algunas de las preguntas a las que pretendía dar respuesta la misión del Voyager 2, durante los meses inmediatos al punto de máxima proximidad de Urano, el día 24 de enero de 1986 [véase “Encuentro del Voya ger 2 con Urano”, por Richard P. Laeser, William I. McLaughlin y Donna M. Wolf; I NVESTIGACIÓN Y CIENCIA , enero de 1987]. El encuentro planteó más preguntas nuevas que respuestas ofreció, aunque suministró, por fortuna para nosotros, abundancia de ambas. A veces es difícil llevar al ánimo de un público impaciente la idea de que así es como deben suceder las cosas. Durante la jubilosa conferencia de prensa que los investigadores del Voyager mantuvieron el día 27 de enero de 1986, uno de los reporteros se mostró preocupado por el hecho de que los científicos estuvieran todavía perplejos ante los nuevos descubrimientos, y preguntó por qué se tardaba tanto en explicarlos. Edward C. Stone, del Instituto de Tecnología de California, científico jefe del proyec to de la misión Voyager, replicó por todos nosotros. “Estamos felizmente perplejos”, dijo. “Cuando más aprendemos es cuando vemos cosas que no podemos explicar fácilmente. Si uno ve co sa s que pued e ex plicar en seguida, probablemente no ha aprendido mucho. Ello significa que, seguramente, ya las sabía.” En el tiempo transcurrido desde entonces, parte de la confusión inicial sobre los datos
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del Voyager, aunque por supuesto no horaria (que, en Urano, al revés que toda, cedió su lugar a interpretaciones en la Tierra, es el polo sur) está coherentes. inclinado 98 grados respecto al polo Si hablamos de la apariencia de la órbita antihoraria del planeta externa de Urano, lo observemos en torno al Sol. En el momento predesde la Tierra o desde la atalaya del sente, el polo Sur apunta casi direcVoyager 2 , lo que más llama nuestra tamente hacia el Sol y la Tierra. atención es su presencia anodina: La masa, radio, temperatura y comconstituye una esfera verde-azulada, posición atmosférica de Urano se conosin apenas rasgos destacables. Cuan do cían también antes de la misión el Voyager 2 detectó, finalmente, cier- Voyager . La masa se había inferido tas configuraciones en las nubes de de los períodos orbitales de los satéUrano, las figuras resultaron ser lites: equivale a unas 14,5 masas mucho menores que el diámetro del terrestres. El radio, de unos 25.600 planeta y sólo un cinco por ciento más kilómetros (cuatro veces el de la brillantes que sus alrededores. Visto Tierra), se había determinado desde la Tierra, el diámetro angular midiendo el tiempo que las estrellas de Urano es sólo de unos cuatro segun- permanecen ocultadas por el planeta. dos de arco. Como la atmósfera terres- A poca distancia de las cimas de las tre hace imperceptibles las configu- nubes y a una presión de 0,4 veces la raciones de un tamaño inferior al registrada en la atmósfera terrestre, segundo de arco, cualquiera que sea la temperatura se había calculado el poder del telescopio, las observa- observando las emisiones infrarrojas ciones desde la superficie terrestre no (térmicas) de Urano: resultó ser de 59 permiten discernir nada en Urano. Ni grados Kelvin (–214 grados Celsius). siquiera puede verse si está girando. Finalmente, la composición de la No obstante, mucho antes de que el atmósfera a la altura de las cimas de Voyager 2 pasara a 80.000 kilómetros las nubes se había deducido del especde Urano, los investigadores conocían tro infrarrojo, que denunciaba la preya la extraña orientación del eje de sencia de hidrógeno molecular (H 2) y rotación del planeta. A ello se llegó de metano (CH4). La absorción selectras la observación de las órbitas de tiva de la luz rojiza del Sol por el los satélites importantes y de los ani- metano confiere a Urano su color verllos. Las órbitas son todas casi circu- de-azulado. lares y descansan, por decirlo así, en i bien la capa superior de su a tmósun plano. Esta observación sugería que, en la historia temprana del sisfera está constituida, principaltema uraniano, éste había adoptado mente, por hidrógeno gaseoso, el un estado de mínima energía, en el grueso de Urano está formado de que los satélites y anillos describen material más pesado. Afirmación que sus órbitas en el plano ecuatorial del se funda en la densidad del planeta, planeta. Diversas fuerzas conspiran que es de 1,27 gramos por centímetro para impulsar un sistema planetario cúbico. (La densidad del agua líquida, a ese estado; entre ellas se cuentan en las mismas unidades, vale 1.) Esa las interacciones gravitatorias entre densidad nos sugiere un planeta conssus componentes, los choques con res- tituido, sobre todo, por “hielos”, esto tos interplanetarios y el rozamiento es, sustancias que se hallarían en con el gas residual de la formación del estado de congelación en la superficie planeta. de Urano. Predominarán el agua, el Observaciones precisas han mos- amoníaco y el metano, que, por ser trado que el polo de la rotación anti- compuestos de los cuatro elementos
S
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reactivos más abundantes (hidrógeno, den apreciar las de amoníaco y agua y el helio (Júpiter y Saturno) y los del oxígeno, carbono y nitrógeno), son los subyacentes, lo que explica por qué sistema solar interno, ricos en oxígeno hielos habituales en el sistema solar. no se observan las marcas de esas y en materiales rocosos y metálicos. A las bajas temperaturas existentes sustancias en el espectro infrarrojo Vale la pena advertir que la clasificacerca de la cima de la atmósfera ura- del planeta. ción no es la que cabía esperar basánniana, estos productos se condensan El cuadro que emergía de las obser- dose en el modelo más sencillo de la y forman nubes de cristales de hielo. vaciones realizadas desde la Tierra formación del sistema solar. De Por congelarse a temperatura inferior, situaba a Urano, junto con Neptuno, acuerdo con el mismo, la prepondeel metano ocupa la capa de nubes en una categoría aparte: entre los pla- rancia de los elementos ligeros, hidrósuperior. Las nubes de metano impi- netas en los que abundan el hidrógeno geno y helio, debería aumentar pro-
1. URANO aparecería virtualmente uniforme ante los ojos de un observador del espacio, si las imágenes del Voyager , cuyo contraste ha sido muy realzado, no revelaran bandas nubosas. Las imágenes en blanco y negro de la figura se obtuvieron a través de tres filtros: violeta (superior izquierda ), anaranjado (superior derecha ) y anaranjado de metano (color selectivamente absorbido por el gas metano) (inferior
SISTEMAS SOLARES
izquierda ); la imagen de falso color es una composición de las tres. La red de longitudes y latitudes de la imagen de falso color muestra que las ban das nubosas se centran en el polo y no en el punto directamente situado bajo el So l pun( to blanco). El círculo blanco indica el punto que estaba directamente bajo el vehículo espacial cuando tomó las imágenes.
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gresivamente con la distancia a la fuente del calor solar, causante de la evaporación. Sin embargo, Urano, con su concentración de hielos, contiene más elementos relativamente pesados que Júpiter y Saturno, y Neptuno resulta ser más pesado todavía. Los componentes congelados de Urano y Neptuno pueden proceder de los cometas, que son más estables en el sistema solar externo, pero la cuestión está sin resolver. Urano llena un segundo hueco entre los planetas jovianos y los terrestres. Parece haber perdido la mayor parte del calor interno que tenía cuando se TIERRA
formó, aunque no todo. Hasta un fera sea calentada por debajo. La treinta por ciento del calor irradiado misión Voyager 2 contaba, entre sus por el planeta pudiera provenir de su objetivos, refinar la incierta estima interior y no del Sol. La cifra corres- del calor interno de Urano. pondiente para la Tierra es de 0,01 uve a mi cargo la planificación y por ciento; para Júpiter y Saturno, que poseen una masa mucho mayor el análisis de las observaciones y, por tanto, han retenido una mayor atmosféricas de esta misión, en parproporción de su calor interno, la cifra ticular de las referentes a nubes y es, al menos, del setenta por ciento. vientos. Comenzó siendo un trabajo La intensidad de la fuente de calor desmoralizador, tal era la uniformiinterno de un planeta constituye un dad del planeta. Las órdenes enviadas factor valioso para acercarnos a su al vehículo espacial habían de prograevolución. Las características de la marse mucho antes de ver nada de circulación atmosférica dependen Urano. Con otros investigadores intetambién de la cuantía en que la atmós- resados en la atmósfera del planeta
CORTEZA ROCOSA
T
JUPITER
0,1
LIQUIDO MOLECULAR
110o K
MANTO ROCOSO NH3
LIQUIDO METALICO
NUCLEO DE ROCA Y HIELO
NUCLEO DE HIERRO
1
) R A B (
NH4HS
N O I S E R P
H2O 10
100
ATMOSFERA GASEOSA
URANO
0,1
URANO
OCEANO LIQUIDO
ATMOSFERA SUPERDENSA
) R A B (
NUCLEO ROCOSO
~600o K 52o K
NUCLEO ROCOSO
1
N O I S E R P
CH4
NH3 10
NH4HS
100
2. COMPARACION DE LAS ESTRUCTURAS INTERNAS de la Tierra, Júpiter y Urano. (Se han modificado los tamaños relativos: Urano es unas cuatro veces, y Júpiter más de once veces, mayor que la Tierra.) La Tierra, igual que Mercurio, Venus y Marte, es un planeta denso y rocoso, constituido por metales y sus óxidos. Júpiter, como Saturno, consta principalmente de hidrógeno y de helio, que forman un líquido molecular en la capa más externa y otro metálico (una mezcla de protones y de electrones libres) bajo las int ensas presiones que dominan a mayores profundidades. Urano, como Neptuno, intermedios entre los planetas terrestres y los jovianos, está constituido principalmente por “hielos” de agua, amoníaco (NH3) y meta-
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H2O ~300o K
no (CH4). En el modelo de tres capas de Urano (izquierda), los hielos fundidos forman un “octano” entre el núcleo rocoso y la atmósfera de hidrógeno y helio. Los datos del Voyager favorecen, sin embargo, un modelo de dos capas (derecha), en el que los gases y los hielos estén mezclados en una densa atmósfera. Se cree que, cerca de las capas superficiales visibles de la atmósfera de Júpiter y de Urano, el amoníaco, el hidrosulfuro amónico (NH4HS) y el agua se condensan (en u na secuencia determinada por sus temperaturas de condensación) para formar nubes de hielo. Urano es un planeta lo suficientemente frío para que el metano se condense por encima de las otras nubes.
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2 propusimos, sin embargo, que la sonda tomara muchas imágenes del mismo. S N Nuestros colegas del grupo de imáge24 ENERO 1986 nes (al que entonces llamábamos con cierta sorna “grupo de imaginaciones”) 1 3 estuvieron de acuerdo, en parte por S N S N deseo de ayudar y en parte porque, hasta el día anterior al del encuentro, el planeta era el único objeto suficien4 temente grande para llenar el campo de visión de la cámara del Voyager 2. S N La imagen de Urano creció sin cesar durante los últimos meses de 1985, pero seguía siendo igualmente aburrida. El problema era que las variaECUADOR ciones de la luz solar dominaban sobre la variación de brillo entre unos y N O I otros puntos del disco planetario: las R C A A configuraciones atmosféricas reales L N I O quedaban enmascaradas por la rever S M U L beración de la luz solar. Afortuna I damente, la distribución de la luz 4 1 2 3 4 solar es regular: Urano presenta su máximo brillo en el punto subsolar, POLO SUR cerca del polo sur, y adquiere progre N siva obscuridad a medida que se O I R C avanza hacia el ecuador; es decir, A A L N admite un tratamiento matemático. I O S M Charles Avis, Robert H. Brown y U L I Torrence Johnson, del Laboratorio de Propulsión a Chorro, elaboraron una 4 1 2 3 4 expresión matemática para la variaPOLO NORTE ción de brillo de un planeta hipotético, similar a Urano, pero sin rasgos dis N O I tintivos. Cuando se restó el modelo R C A A de la variación de brillo observada en L N I O Urano, aparecieron algunas débiles S M U L configuraciones nubosas. I Como he indicado antes, estas con4 1 2 3 4 figuraciones no son más que unos cuantos puntos porcentuales más brillantes que los alrededores, pero 3. LOS CAMBIOS ESTACIONALES de la iluminación solar de Urano difieren ampliamente de los de otros planetas, porque el primero gira de lado. El año de Urano dura el contraste se puede exagerar y unos 84 años terrestres. En este momento, el polo sur está apuntando hacia el Sol y representar en falso color. Las imá- el norte queda en constante oscuridad; dentro de treinta años se invertirá la situación. genes realzadas revelaron una serie El ecuador, ahora en crepúsculo, tiene dos inviernos y dos veranos cada año. de bandas nubosas concéntricas con el polo de rotación. Superpuestas a las bandas, y entre ellas, había configuraciones menores que giraban en Tierra, Júpiter y Saturno. Antes del atmosférica de un planeta, el Sol no torno al polo en sentido antihorario, encuentro del Voyager 2 con Urano, determina la configuración de la circada una a latitud constante. Las podría haberse imaginado que su cir- culación. Por el contrario, ésta se halla configuraciones de diferentes latitu- culación atmosférica fuese diferente. dominada por los efectos de la rotación des se movían a distintas velocidades, En Urano, como en los demás planetas, planetaria. La rotación induce la con períodos que variaban de 14 a 17 el Sol suministra la mayor parte de la fuerza de Coriolis, que gobierna la horas. Estaba claro, pues, que las energía que impulsa la circulación. En circulación de los vientos en zonas de nubes no se dejaban sólo arrastrar la época del encuentro, el Sol caía, casi latitud constante. Si una partícula por la rotación del planeta. Se obser- directamente, encima del polo sur; el atmosférica curva su trayectoria, vaban vientos genuinos. polo norte había estado en la oscuridad saliendo de su zona de latitud, la Por fin, tras meses de espera, se durante 20 años y el ecuador se encon- fuerza de Coriolis la devuelve a ella. tenía un resultado científico y, además, traba en permanente crepúsculo. La Las observaciones de los planetas, en importante. En primer lagar, no había distribución de la energía solar difería particular de Urano, desde sondas razón para que las bandas nubosas completamente, pues, de la que se da espaciales han mostrado cuán imporfueran concéntricas con el polo, pero en los otros planetas, cuyos ejes están tante es esa fuerza. Hoy sabemos que lo eran. En segundo lugar, los vientos mucho menos inclinados. Pese a ello, las circulaciones atmosféricas están no tenían por qué soplar en dirección la circulación atmosférica era seme- más influidas por su propia inercia de este a oeste, pero lo hacían. Bandas jante. que gobernadas por la distribución de y vientos de este a oeste son semej anParece ser que, aunque proporcione la energía solar. tes a lo que se encuentra en Venus, la la energía que impulsa la circulación Hacia principios de enero de 1986,
SISTEMAS SOLARES
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4. CONFIGURACIONES NUBOSAS BRILLANTES observadas en Urano por el vehículo espacial Voyager 2 en el interior de cada banda concéntrica de nubes y entre distintas bandas. Las nubes se mueven en sentido antihorario alrededor del polo de rotación; las configuraciones de latitudes diferentes se mueven a distintas velocidades, indicando que son arrastradas por vientos que soplan de este a oeste, con una intensidad que varía con la latitud. La configuración que se ofrece en el primer plano (arriba) es, probablemente, el penacho de una ascendencia convectiva. Siguiéndolo en instantáneas tomadas a intervalos constantes de tiempo, se puede medir la velocidad del viento. En la fotografía central, el penacho está en la posición de las dos en la esfera del reloj; en la de abajo, se ha movido hasta la posición horaria de las once.
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establecidas ya las observaciones de las configuraciones nubosas de Urano, los investigadores responsable s de los experimentos de campo magnético y partículas cargadas del Voyager 2 esperaban con evidente afán los primeros resultados. Si Urano careciese de campo magnético, no tendrían nada que observar, salvo el viento solar de partículas cargadas a su paso junto al planeta; éste se limitaría a crear una estela en la corriente. Nada habría que decir acerca de efectos de dínamo y acerca de regiones conductoras de electricidad en el interior del planeta, salvo que, al parecer, no habría ninguna. Además, y esto también interesaba a los estudiosos de la atmósfera, no habría manera de determinar la velocidad interna de rotación del planeta. En planetas gigantescos, y Urano es uno de ellos, carentes de corteza sólida, el campo magnético generado internamente proporciona el único sistema de referencia con respecto al cual se miden los movimientos atmosféricos. La desmoralización cundió entre los miembros del equipo del Voyager 2 cuando el vehículo espacial superó el punto en el cual los modelos teóricos habían predicho que comenzarían a observarse los efectos del campo magnético. Sólo cinco días antes de alcanzar el punto de máxima proximidad, el vehículo espacial detectó señales de radio y chorros de partículas cargadas que emanaban de Urano. Por analogía con otros planetas, las emisiones de radio tenían forzosamente que provenir, directa o indirectamente, de partículas cargadas que describieran trayectorias helicoidales alrededor de las líneas de fuerza del campo magnético. La modulación de las emisiones sugería que el campo magnético de Urano estaba inclinado respecto al eje del planeta y, por tanto, oscilaba al girar éste. En ese momento el Voyager 2 no había penetrado todavía en el campo magnético. En la parte del planeta que mira al Sol, el campo está confinado a una región bastante pequeña por el viento solar, que lo deforma y lo “peina”, creando una larga cola detrás del planeta. Inmediatamente fuera de esta región (la magnetosfera), allá donde el campo magnético compensa el viento solar, se forma una onda de choque en arco (esta onda es análoga a la onda de choque que precede a un avión que vuela a velocidad supersónica, pero es una perturbación electromagnética y no hidrodinámica). El Voyager 2 cruzó el arco de choque el día 24 de enero, sólo 10 horas antes de alcanzar el punto de máxima proxi-
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5. VIENTOS DE ESTE A OESTE dominan la circulación at mosférica del planeta Urano; ocurre lo mismo en la Tierra y en Júpiter, si bien la distribución de la luz solar de Urano resulta ser única en virtud del ángulo de inclinación, anormalmen-
midad al planeta. El equipo magnetométrico, dirigido por Norman F. Ness, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard, comenzó en seguida a cartografiar la forma e intensidad del campo magnético de Urano. No era un campo tan sencillo como se había esperado. En todos los demás planetas, el campo está dominado por una componente dipolar, el equivalente a una pequeña y potente barra magnética situada en el centro del planeta. En la Tierra, Júpiter y Saturno, la hipotética barra es casi paralela al eje de rotación. (El ángulo de inclinación del campo magnético terrestre, de 11,7 grados, es el mayor de ellos.) Las componentes cuadripolar y octopolar, que describen las irregularidades del campo dipolar, adquieren especial importancia en el interior de los tres planetas, cerca del núcleo eléctricamente conductor cuyos movimientos fluidos parecen generar el campo. En Urano, por el contrario,
TIERRA
te grande, de su eje de rotación. La semejanza eólica sugiere que la denominada fuerza de Coriolis, causada por la rotación de un planeta, tiene una influencia dominante sobre la configuración de su circulación atmosférica.
la barra magnética está inclinada 60 grados respecto al eje de rotación, siendo las otras componentes del campo casi tan intensas como el dipolo. Para eliminarlas y hacer que un modelo dipolar puro se ajustase a los datos, sería preciso alejar el dipolo respecto al centro en un treinta por ciento del radio del planeta.
¿P
odría estar la anormal inclinación del eje magnético de Urano relacionada con el ángulo, mucho mayor de lo común, entre el eje de rotación y el eje de la órbita? Para que así fuera, el interior de Urano, donde reside la dínamo magnética, tendría que “saber” dónde se halla el Sol, porque éste define la órbita. Cabe la posibilidad de que el interior se vea afectado por la atracción gravitatoria diferencial del Sol: la atracción es mayor sobre el hemisferio iluminado que sobre el nocturno. David J. Stevenson, del Instituto de
JUPITER
N
Tecnología de California, ha mostrado, no obstante, que este efecto de marea es demasiado débil para que influya de modo apreciable sobre la región de la dínamo, situada en el interior del planeta (la distancia de Urano al Sol es diecinueve veces mayor que la de la Tierra). Ness y sus colaboradores han especulado sobre la posibilidad de que Urano esté sufriendo una inversión magnética, lo que explicaría tanto el ángulo de inclinación del eje magnético como la distancia del dipolo al centro. (En la Tierra hay indicaciones geológicas de numerosas inversiones del campo magnético, aunque el intervalo de tiempo que se tarda en cambiar de polaridad es pequeño.) Por otra parte, la separación con respecto al centro puede manifestar simplemente que la región de la dínamo en Urano esté más cerca de la superficie que en otros planetas. Urano contiene mucha agua y amoníaco, que se hacen buenos con-
URANO
N
11,7o
10,8o
S
S
N
N
ECLIPTICA S N
S
N
60o S
6. INCLINACION DEL CAMPO MAGNETICO de Urano en sesenta grados respecto al propio eje de rotación del planeta; asimismo, el hipotético dipolo magnético que mejor se ajusta al campo observado está descentrado respecto al planeta. (Por
SISTEMAS SOLARES
S
polo sur de un dipolo se entiende aquel hacia el cual apuntar la aguja magnética.) Ocurre, sin embargo, que el campo dipolar de la Tierra y el de Júpiter, aunque ligeramente inclinados, no se encuentran descentrados.
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ductores eléctricos a presiones más bajas (y, por tanto, a profundidades menores) que el hidrógeno y el helio que predominan en Júpiter y Saturno. Sin embargo, ni la inclinación del eje magnético de Urano ni la separación del dipolo con respecto al centro han recibido una explicación satisfactoria. No obstante, conviene recordar que ninguna dínamo planetaria, ni siquiera la de la Tierra, se conoce bien, por la razón principal de que los datos de observación relativos al interior de un planeta son extremadamente difíciles de obtener. El campo magnético de Urano presenta un aspecto raro; por otra parte, es posible que, si se dispusiera de una muestra mayor de planetas, un número sustancial de ellos tuviera campos magnéticos inclinados se senta o más grados.
L
a magnetosfera de Urano se extiende hasta una altura de, al menos, 590.000 kilómetros por el lado iluminado del planeta y hasta unos seis millones de kilómetros en el noc-
turno. Igual que las magnetosferas de otros planetas, está llena de un gas ionizado (plasma), compuesto del mismo número de iones positivos (principalmente, protones) que de electrones. Las partículas se encuentran atrapadas en el campo magnético y oscilan entre los polos magnéticos norte y sur. La energía media aumenta a medida que nos aproximamos al planeta. En relación con ello, el equipo de partículas cargadas del Voyager 2 , encabezado por Stamatios M. Krimigis, de la Universidad Johns Hopkins, halló que Urano tiene cinturones de radiación (regione s de partículas de alta energía) similares a los cinturones de Van Allen que ciñen a la Tierra. La radiación en los cinturones de Urano, intensísima, puede causar, en pocos millones de años, daños apreciables en las superficies expuestas a ella. Este efecto explicaría quizás el color oscuro de los anillo s y las manchas oscuras de los satélites. Lo s satélites y los anillos describen órbitas dentro de los cinturones de radia-
ción y, en consecuencia, quedan expuestos a las partículas de alta energía. Si, como se cree generalmente, sus superficies están constituidas, en parte, por metano congelado, los protones de los cinturones de radiación podrían romper el metano y convertirlo en hidrocarburos complejos de color oscuro y mate. El Voyager 2 pasó más de dos días uranianos en la magnetosfera. Como el campo magnético está fijo respecto al planeta, la velocidad de rotación de éste podía determinarse a partir de las fluctuaciones periódicas de la intensidad del campo. Se podía también calcular mediante las radioemisiones que habían dado el primer indicio de la existencia de un campo magnético en Urano. Las emisiones provienen de la vecindad de los polos magnéticos y, por tanto, fluctúan periódicamente al describir el eje magnético su precesión en torno al eje de rotación. El equipo de radioastronomía planetaria, dirigido por James W. Warwick, de la empresa Radiophysics, de Boulder, Colorado, observó más de
EJE MAGNETICO
CINTURONES DE RADIACION
VIENTO SOLAR
E U Q O H
CAPA DE PLASMA
C E D O
C
R
A
C I O N O TA D E R E J E
SATELITE
7. MAGNETOSFERA de Urano, producida por las influencias entre su campo magnético y el viento solar. Un arco de choque, análogo a la onda de choque que precede a un avión supersónico, se forma “corriente arriba” del campo magnético. La magnetosfera, que comienza ligeramente adentrada del frente de choque, contiene un plasma de protones y de electrones, algunos de los cuales provienen, probablemente, del viento solar y otros del hidrógeno que contiene la atmósfera del pla-
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neta. Las partículas que portan carga eléctrica están atrapadas en el campo magnético; las de gran energía oscilan adelante y atrás, entre los polos magnéticos, formando cinturones de radiación tóricos. Las partículas de poca energía son las más abundantes en la hoja de plasma que separa el hemisferio magnético norte del meridional. A medida que los satélites describen órbitas en torno al planeta en el plano ecuatorial, van barriendo “caminos” libres de partículas (líneas blancas).
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diez ciclos de radioemisiones. De acuerdo con los cálculos de esos investigadores, que concuerdan con los que se basan en la intensidad del campo magnético, Urano gira una vez cada 17,24 horas. La mejor estimación anterior a la llegada del Voyager 2 había predicho una rotación algo más rápida. La velocidad interna de rotación de un planeta gigante, junto con su tamaño ecuatorial, constituye una sonda sensible de su estructura interna. Cuanto más rápida sea la rotación, tanto mayores serán la fuerza centrífuga del planeta y la masa que se va desplazando hacia el ecuador, así como el abultamiento ecuatorial. El tamaño de este abultamiento depende también de la distribución de la masa en el interior del planeta. Si dos planetas tienen iguales masa, radio y velocidad de rotación, el que posea mayor proporción de su masa concentrada cerca del centro ofrecerá menor abombamiento. Este puede medirse visualmente; su tamaño puede deducirse de su efecto gravitatorio sobre las órbitas de los satélites y de los anillos del planeta. En el caso de Urano, el diámetro ecuatorial del planeta es aproximadamente 2,4 por ciento mayor que el diámetro polar.
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ntes incluso de la visita del Vo yager , William B. Hubbard y Joseph J. MacFarlane, de la Uni versidad de Arizona, habían usado esta cifra y la mejor estima de la velocidad de rotación para evaluar distintos modelos de la estructura interna de Urano. Los modelos difieren en las proporciones relativas y el grado de mezcla de los tres principales componentes: rocas (metales y óxidos metálicos), hielos (de agua, metano y amoníaco) y gases (hidrógeno, helio y neón). Un modelo muy popular tenía los tres componentes completamente separados: una atmósfera gaseosa yacía sobre un profundo “océano” de hielos fundidos por las altas temperaturas en el interior del planeta, mientras que el océano rodeaba un núcleo rocoso. Hubbard y MacFarlane hallaron que esta distribución de masa quedaba demasiado concentrada en torno al centro para dar lugar al abombamiento ecuatorial de Urano, bastante pronunciado. Cuando el valor de la rotación obtenido por el Voyager 2 , más bajo que el anterior, se introduce en el cálculo, el abombamiento producido por el modelo de tres capas se hace todavía meno r y la discrepancia con las observaciones crece aún más. Por el contrario, los
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datos del vehículo espacial favorecen un modelo de dos capas, en el que los hielos y los gases están mezclados en una densa atmósfera que se extiende desde el núcleo hasta las capas visibles del planeta. La mayoría de esa atmósfera es probablemente agua. Hacia la cima de la atmósfera, donde la temperatura disminuye bruscamente hasta un mínimo de 52 grados Kelvin, el agua, el amoníaco y el metano se condensan (en ese orden) para formar capas nubosas, espesas y heladas. La capa más alta, la de metano, es visible en las imágenes del Voyager. Encima de ella queda una delgada atmósfera superior, mezcla gaseosa constituida sobre todo por hidrógeno, con un poco de helio y de neón.
estar dominada por gradientes de densidad, asociados con la condensación y la precipitación, y no por gradientes de temperatura. Cuando el vapor de agua se condensa en una zona de la atmósfera terrestre, la densidad en ella varía en menos de un dos por ciento. La densa atmósfera de Urano, sin embargo, podría estar constituida por agua hasta en un cincuenta por ciento. Si, por alguna razón, se condensara una parte importante del agua cerca del ecuador de Urano, el gradiente de densidad resultante podría imitar al gradiente de temperatura terrestre e impulsar una corriente hacia el polo. (La contrapartida terrestre serían las corrientes oceánicas, impulsadas por gradientes de salinidad y no por graa velocidad interna de rotación dientes de temperatura.) deducida del campo magnético de Por otro lado, los polos de Urano Urano constituyó una sorpresa para podrían no estar más calientes que su los meteorólogos, pues el período de ecuador, aun cuando reciban más luz. rotación de 17,24 horas es más largo El equipo de espectrometría infrarroja que los que caracterizan a las confi- del Voyager 2 , dirigido por Rudolph guraciones nubosas que se ven en las A. Hanel, del Centr o de Vuelos imágenes del Voyager . Dicho de otra E s p a c i a l e s Goddard de la manera, la atmósfera gira más deprisa Ad mini stra ción Nacional de Aeroen las cimas de las nubes que el inte- náutica y del Espacio ( NASA ), midió la rior de Urano, al menos en la banda temperatura de un polo a otro, inmesituada entre 25 y 70 grados de lati- diatamente por encima de las cimas tud, donde se observaron las configu- de las nubes, a una presión constante raciones. La diferencia se hace de unas 0,6 atmósferas terrestres. (La máxima a latitudes grandes, donde presión en la cima de las nubes es, las configuraciones describen un cír- más o menos, de una atmósfera terresculo en torno al polo en 14 horas, tre.) El equipo halló la misma tempedecreciendo progresivamente hacia el ratura, 64 grados Kelvin, tanto en los ecuador. Cerca del ecuador, la relación polos como en el ecuador; en las latiparece invertirse: allí la atmósfera tudes medias de ambos hemisferios, la temperatura era entre uno y dos gira más despacio que el interior. La distribución de intensidades del grados más baja. viento es sorprendente por la misma os modelos teóricos habían prerazón que lo es el predominio de los vientos de este a oes te: porque se dicho que la temperatura de parece mucho a la circulación en la ambos polos tenía que ser la misma o Tierra. En las latitudes me dias de la muy parecida. La luz solar es tan débil Tierra la circulación está dominada en Urano que las variaciones estaciopor la presencia de corrientes en cho- nales de temperatura no deberían rro del oeste, a gran altitud. Ello es superar los dos grados Kelvin. consecuencia directa de que el ecuador Adem ás, James Frie dson, del Insesté más caliente que los polos: el gra- tituto de Tecnología de California, y diente latitudinal de temperatura yo calculamos que los vientos podrían crea un gradiente de presión en altura limitar las variaciones estacionales que se equilibra con la fuerza de transportando calor de un hemisferio Coriolis, lo que da por resultado vien- a otro; el enfriamiento del polo en tos que soplan hacia el este. Como sombra puede equilibrarse también Urano está de lado, habría que espe- mediante una convección más activa rar que sus polos estuvieran más del calor interno. Sin embargo, nincalientes que su ecuador y no más guno de los modelos puede explicar fríos. Sin embargo, la rápida rotación por qué el ecuador está a la misma de las configuraciones nubosas en las temperatura que los polos. Al parecer, latitudes grandes indica que Urano el calor circula por la atmósfera de tiene vientos como las corrientes en Urano de manera más compleja que la representada en los modelos. chorro. Hay dos maneras de explicar esta La atmósfera de Urano no acaba en aparente contradicción. En primer la superficie visible del planeta. lugar, la circulación de Urano pudiera Encima de las nubes hay una tenue
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atmósfera superior, compuesta sobre todo por moléculas de hidrógeno. (La rotura de estas moléculas por la luz solar y por las partículas cargadas puede ser la principal fuente de los protones y electrones que forman los cinturones de radiación.) La temperatura de la atmósfera superior llega a alcanzar 750 grados Kelvin, provocando el ascenso de ésta hasta 6000 kilómetros sobre la cima de las nubes. La luz solar, por sí sola, resulta incapaz de explicar las elevadas temperaturas; debe haber alguna otra fuente de energía. Cualquiera que sea, encierra probablemente la razón de las curiosas emisiones que observó el equipo de espectrometría ultravioleta, bajo la dirección de Lyle Broadfoot, de la Universidad de Arizona. Las emisiones no se detectaron más que en el lado iluminado de Urano, lo que indica que la luz solar es necesaria para estimularlas. En Júpiter y Saturno se han observado
fenómenos parecidos. Han recibido el nombre de electroluminiscencia, por suponerse que los electrones podrían excitar los átomos de hidrógeno de la atmósfera superior de los tres planetas. No se sabe de dónde puedan sacar su energía los electrones.
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ubsiste un grado semejante de incertidumbre en relación con la cuestión más importante: ¿por qué gira Urano de lado? Aun cuando el Voyager 2 no hallase ningún cañón humeante en el planeta, se han encontrado a lo largo de los años espectaculares indicios de violentos choques en el primitivo sistema solar. Los satélites de Júpiter, de Saturno y de Urano muestran cicatrices de choques tan violentos que casi pudieran haberlos destruido. A medida que los restos que quedaban en órbita alrededor del recién nacido Sol se agrupaban en cuerpos del tamaño de planetas, las colisiones finales
habrían ido adquiriendo mayor intensidad; es probable que un objeto del tamaño mínimo de la Tierra chocase contra Urano. Un impacto grande y excéntrico pudo haberle tumbado de lado. Esta es la hipótesis hoy aceptada por la mayoría de los investigadores. Queda pendiente su confirmación o refutación en futuras misiones espaciales.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA THE NEW SOLAR SYSTEM . Dirigido por
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OUTER PLANETS : PROIAU-RAS COLLO -
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Atmósfera de Júpiter J. L. Ortiz, T. Martín, G. Orton
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ras la maniobra de liberación de la sonda Galileo, que tuvo lugar el 13 de julio de 1995, el resto de la nave (orbital Galileo) continuó su trayectoria separado de la cápsula. Poco después encendió motores para salirse de la trayectoria de colisión. El éxito de tan delicada maniobra hizo recobrar la esperanza de que el proyecto habría de proporcionar una de las piezas básicas en la exploración del sistema solar, pese a que la antena principal del orbital se había averiado. La esperanza se hizo realidad el 7 de diciembre de 1995, con la entrada de la sonda en la atmósfera de Júpiter. Por primera vez en la historia de la exploración espacial, se obtuvieron mediciones in situ de un planeta gigante gaseoso. Las coordenadas de entrada de la sonda en Júpiter se conocían con bastante exactitud desde que se diseñó la misión espacial. Estas coordenadas eran 6,54 grados de latitud jovicéntrica y 4,46 grados de longitud en el llamado sistema III de referencia. Pero no bastaba con saber las coordenadas para resolver el problema de la región exacta por donde entraría la sonda. Júpiter tiene una atmósfera espesísima, con una compleja dinámica, en la cual se generan y desintegran continuamente formaciones nubosas muy dispares. Nos hallábamos en la situación de una civilización extraterrestre que enviase una sonda a nuestro planeta para explorarlo y necesitase conocer (para interpretar los datos atmosféricos) si la sonda entraría en el ojo de un huracán, en medio de una borrasca o en una región limpia de nubes.
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También nosotros, para interpretar los datos proporcionados por la sonda Galileo, debíamos determinar en qué región de Júpiter entró. El problema no habría resultado desmesuradamente complicado si el orbital Galileo hubiera tomado imágenes y espectros de la región de entrada, cuando penetraba el 7 de diciembre. Sin embargo, un fallo mecánico de la cinta de grabación de datos que el orbital lleva a bordo, le impidió ejecutar esa tarea. Pasó entonces la responsabilidad a las observaciones desde tierra, dispuestas para la misión de apoyo del proyecto (con medidas en diferentes regiones espectrales). Aun así, el problema de la determinación de la zona de entrada seguía siendo grave. El 7 de diciembre de 1995 (fecha de la entrada) Júpiter se encontraba a sólo 12 grados del Sol, visto desde la Tierra. Eso significaba que había que observar durante la jornada un objeto menos brillante que el propio cielo, con la dificultad añadida de que, apuntando tan cerca (en ángulo) del Sol, la posibilidad de recoger accidentalmente luz solar en los telescopios era altísima. Por culpa de la luminosidad solar y la enorme capacidad colectora de los telescopios, el trabajo a acometer podría poner en peligro la integridad de los instrumentos y la de los propios operarios, expuestos a quemaduras. La dificultad se superó con el telescopio infrarrojo IRTF del observatorio hawaiano de Mauna Kea, que se sirve de una capa de un plástico especial opaca a la luz del visible, pero transparente a la del rango del infrarrojo medio y lejano.
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Para observar Júpiter en la región espectral del visible con un riesgo mínimo, había que recurrir a telescopios solares, diseñados para observar el astro sin peligro. Así se acondicionaron ciertos telescopios solares, que se enfocaron ahora hacia Júpiter. Pese a todo, lo mismo en el infrarrojo que en el visible, las imágenes espectrales sufrían intensas degradaciones por culpa del ruido de fondo del cielo y de las fuertes distorsiones en el frente de onda causadas por la atmósfera terrestre. Dos factores ayudaron a superar el inconveniente. En primer lugar, se había procedido a la observación regular de Júpiter antes y después de la sonda. Tarea en la que tuvo parte destacada el telescopio IRTF de Mauna Kea, así como otros telescopios de menor apertura que operaban en el visible. En segundo lugar, se contaba con técnicas numéricas para mejorar la resolución espacial de las imágenes cuando éstas resultan degradadas por un esparcimiento anómalo y por el ruido. Esas técnicas se venían aplicando a la corrección de defectos de óptica, como el sufrido por el telescopio Hubble en su primera fase. Pero sirven también en otros fenómenos de esparcimiento, como el que ocurre cuando nuestra turbulenta atmósfera intercepta la luz de los astros. Gracias a esas técnicas y otros métodos ingeniosos se consiguió mejorar la resolución espacial de las imágenes hasta el punto de poder identificar sin ambigüedad la región de entrada de la sonda. La sonda penetró en la atmósfera de Júpiter por una “mancha caliente”. No exactamente en la zona donde la
temperatura de brillo es máxima, sino hacia el borde sur de esta formación. Este tipo de formaciones tienen una temperatura de brillo central de unos 255 grados K en la banda espectral de 5 micrometros, banda en la que la absorción debida a los gases de la atmósfera de Júpiter y a sus nubes es mínima. Sin embargo, la cantidad de luz solar reflejada por dichas zonas en la parte roja del espectro es bastante menor que la de la mayoría de las regiones que observamos en el planeta (entre un 30 y un 40 por ciento más baja). Este fenómeno volvemos a encontrarlo con las partes del espectro infrarrojo, que muestran radiación reflejada de Júpiter fuera de sus bandas de absorción molecular. La velocidad zonal media de los vientos en el centro de la mancha caliente donde entró la sonda es 102,8 metros por segundo con respecto al sistema de referencia III de Júpiter, sistema que representa la rotación del supuesto núcleo joviano. Si bien ésta es la velocidad del centro de la mancha caliente, los alrededores del centro pueden tener velocidades locales diferentes, pues están afectados por las condiciones dinámicas de las regiones adyacentes. Aunque la mancha caliente ha mantenido su nivel térmico durante varios meses, su morfología ha cambiado en el transcurso de ese intervalo. El área total de Júpiter cubierto por esta y otras manchas calientes no llega al uno por ciento. Inferimos, a partir de las propiedades de las manchas calientes, que el lugar por donde entró la sonda Galileo se halla bastante libre de nubes o, al menos, de partículas de radio superior a 1 micra. Lo avala además el hecho de que podamos observar bien los cromóforos de los niveles más profundos. La pequeña cantidad de partículas detectada por el nefelómetro de la sonda corrobora nuestra interpretación. La razón de que estas manchas calientes se hallen relativamente exentas de nubes implica que contienen poca cantidad de especies condensables, pues se trata de masas de aire que desciende tras haberse enfriado y secado previamente por condensación en regiones adyacentes (las regiones adyacentes muestran una profusa estructura de nubes). La baja humedad de la región de entrada de la sonda, medida por el Espectrómetro de Masa Neutra y el Radiómetro de Flujo Neto, instrumentos instalados a bordo de la sonda, respaldan esa interpretación. Como asimismo la confirman los movimientos descendentes de aire medidos por el acelerómetro del Instrumento de la Estructura Atmosférica. En resumen, podemos afirmar que la sonda Galileo entró en una región nada representativa de lo que deben ser las condiciones atmosféricas promedio de Júpiter. Para recabar información sobre regiones más características del planeta habrá que aguardar las observaciones que realiMapas cilíndricos de la radiancia en la banda infrarroja de 5 micrometros de Júpiter, centrados en la latitud de entrada de la sonda Galileo (marcada con un cen los diversos instrumentos que van a bordo del orbital Galileo, en su peritrazo oscuro en los mapas). Estos mapas muestran la evolución morfológica, en un intervalo de varios meses, de la estructura atmosférica donde penetró la sonplo de dos años alrededor del planeta da. La longitud corresponde a la fecha del 7 de diciembre. gigante.
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Neptuno June Kinoshita
El Voyager 2 encontró un mundo tormentoso y una luna helada moldeada por el vulcanismo
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urante la noche del 24 de agosto de 1989, un rar vivazmente los cohetes impulsores, los responpequeño artilugio anguloso se lanzó a toda sables del Voyager pilotaron la veterana nave y la velocidad por encima de las nubes de Nep- llevaron a una pasada impecable. Procesando setuno. Dio una amplia pasada a unos 5000 kilóme- ñales cuya potencia al llegar a la Tierra era infetros de altitud sobre el polo norte del gran planeta rior a 10 –16 watt, se consiguieron plasmar imágenes azul, se sumergió en su mitad nocturna, rebasó a cuya nitidez dejaba sin aliento. su gran luna Tritón a una distancia de unos 38.000 En una órbita situada a 4500 millones de kilómekilómetros y se esfumó en el vacío. Durante ese bre- tros del Sol, donde la iluminación solar es tan sólo ve encuentro, el visitante tomó miles de imágenes una milésima de la terrestre, Neptuno asoma apey las emitió hacia la Tierra. Los científicos que nas como una débil motita verde pálido en los más aguardaban en el Laboratorio de Propulsión a Cho- potentes telescopios de la Tierra. Tanto es así que rro, en Pasadena, jalearon eufóricos las imágenes el planeta se descubrió hace siglo y medio, cuando que iban concretándose en las pantallas —la pri- los astrónomos especulaban que las anomalías de mera mirada de cerca que podía echar el ser huma- la órbita de Urano podrían resultar explicables por no sobre el octavo planeta— y descorcharon las bo- la atracción gravitatoria de un octavo planeta. Los tellas de champán. observatorios han ido proporcionando valores esLa sonda Voyager 2 había necesitado doce años timativos de la masa de Neptuno, de su tamaño y su para llegar a Neptuno, cuarto y definitivo destino composición, datos todos los cuales indicaban que de un periplo planetario que hizo escala primero Neptuno sería muy similar a su “gemelo” Urano, un en Júpiter y Saturno (previamente visitados tam- planeta pacífico y fofo. Para sorpresa de todos, el bién por la s onda espacial gemela, Voyager 1 ) y des- Voyager 2 reveló un mundo turbulento, con giganpués en Urano. De todos los planetas del itinerario tescos sistemas de tormentas que rivalizan con los era Neptuno el menos conocido. Tras poner a pun- jovianos, y nubes efímeras, en nada semejantes a lo to los programas del ordenador de a bordo y dispa- visto hasta ahora en planetas gaseosos.
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1. EL GLOBO de Neptuno, azul y listado por tormentas, aparece en esta imagen tomada desde una distancia de 6,6 millones de kilómetros (arriba). Un pasado geológico de gran violencia llenó de cicatrices el rostro de Tritón, la mayor de las lunas (izquierda).
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NEPTUNO, 24 AGOSTO 1989 TIERRA 20 DE AGOSTO 1977 (LANZAMIENTO)
SOL JUPITER, 9 JULIO 1979
URANO, 24 ENERO 1986
SATURNO, 25 AGOSTO 1981
2. EXTRAORDINARIO VIAJE de la nave Voyager por los planetas exteriores. Aprovechó una disposición de los planetas que tan sólo acontece una vez cada 176 años, merced a la cual la sonda se ha ido catapultando de un planeta al siguiente por efecto de la gravedad. Proyectada en principio para visitar sólo Júpiter y Saturno, fue reprogramada en pleno vu elo desde la Tierra para que operase en Urano y después en Neptuno, que era en ese momento el planeta más lejano del sistema solar, pues la órbita de Plutón, excéntrica, le había situado en el interior de la órbita de Neptuno. La nave espacial planeó sobre el polo norte de Neptuno, pasó a gran velocidad junto a Tritón y prosiguió viaje en dirección sur, hacia los confines del sistema solar.
Neptuno, al igual que Urano, es una pecto al planeta. La Gran Mancha Osgran bola de agua y de roca fundida, cura tarda más en completar el giro envuelta en una atmósfera de hidró- entero, alrededor de 18 horas, por lo geno y de helio mezclados con meta- que parece desplazarse hacia el oesno. El metano absorbe la luz roja y es te, en sentido contrario al de rotación el causante de la tonalidad azul-ver- planetaria, a unos 300 metros por sedosa del planeta. A diferencia de la gundo, es decir, 1000 kilómetros por de Urano, la atmósfera de Neptuno hora, arrastrada por los más veloces exhibe estriaciones características y vientos retrógrados que el Voyager 2 gigantescas manchas oscuras de tor- haya cronometrado jamás. mentas, amén de un huracán de anchura comparable al diámetro terresos horas antes de que la nave se tre, al que los científicos se han apresituara a la distancia mínima del surado a bautizar Gran Mancha planeta, sus cámaras enfocaron un Oscura. Detectada por vez primera panorama tan bello cuan sorprendenpor el Voyager 2 , esta inmensa tor- te: al captar los oblicuos rayos del Sol, menta se halla situada a unos 22 gra- bancos paralelos de cirros plateados dos de latitud sur y parece agitarse y arrojaban sombras sobre el banco de girar en sentido antihorario. Las cá- nubes azuladas situadas más abajo. maras captaron posteriormente una Basándose en la posición de las sommancha oscura menor, situada más bras y en el ángulo del Sol, los encaral sur. Las imágenes del Voyager mos- gados del tratamiento de imágenes traron también una nube pequeña y estimaron que las nubes se cernían a brillante, que ha sido llamada Pati- cosa de unos 50 kilómetros por encinete (“Scooter”), que corre a latitud ma de la capa subyacente. Los cientíintermedia entre las manchas. ficos quedaron extasiados, pues jamás Las señales radioeléctricas que el se habían observado tales estructuplaneta emite en haz estrecho, como ras tridimensionales en la atmósfera un faro, revelaron que Neptuno com- de ninguno de los planetas gigantes. pleta una rotación sobre su eje en 16 Resulta paradójico que aquellos dehoras y 3 minutos; aproximadamen- licados filamentos nubosos diesen teste una hora menos de lo predicho. Las timonio de un gran dinamismo atmosimágenes obtenidas a lo largo de va- férico. Según Robert West, del equirias rotaciones completas revelaron po fotopolarimétrico, la estratificación que la mancha pequeña viaja casi con indicaba que Neptuno es aún más diel mismo período de rotación y que, námico que Júpiter, el cual, aparte de por tanto, permanece más o menos in- su turbulenta mancha roja, tiene una móvil en una misma posición con res- capa nubosa que, aunque pintoresca,
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es llana. No se sabe cómo explicar todavía la formación de las altas nubes ni por qué no las hay más que por determinados paralelos. También el borde sur de la Gran Mancha Oscura estaba tapizado de cirros muy altos que formaban un brillante hoyuelo sobre el centro de la pequeña mancha oscura. Las formaciones nubosas permanecieron más o menos en la misma ubicación, a pesar de hallarse rodeadas por vientos de gran violencia. Bradford A. Smith, director del equipo de tratamiento de imágenes, especulaba sobre la posibilidad de que tiros ascendentes arrastrasen consigo metano gaseoso hasta grandes alturas atmosféricas, donde se condensaría y formaría nubes de partículas heladas, que las corrientes descendentes arrastrarían luego hacia regiones más cálidas, donde se disiparían. Un proceso parecido es el que crea formaciones nubosas sobre las montañas terrestres. El campo magnético de Neptuno también reservaba sorpresas, pues el eje del dipolo magnético se encuentra sesgado unos 50 grados con respecto al eje de rotación y está asimismo desplazado unos 10.000 kilómetros del centro del planeta. Tal descubrimiento contribuyó a aclarar un problema que había tenido perplejos a los astrónomos desde que el Voyager 2 re veló que el eje magnético de Urano estaba inclinado de forma similar. Dado que los ejes magnéticos de otros planetas tienden a coincidir con sus ejes de rotación, se había imaginado que la inclinación pudiera tener relación con la peculiar orientación del eje de rotación de Urano, que yace en el plano de su órbita. Otra posibilidad era que el Vo yager 2 hubiera captado al planeta en mitad de una inversión del sentido de su campo magnético. Pero el descubrimiento del campo magnético de Neptuno invalida ambas explicaciones. El eje de rotación de Neptuno está orientado casi perpendicularmente respecto al plano de su órbita, como es habitual, y las probabilidades de que ambos planetas se encuentren en medio de procesos de inversión magnética son muy reducidas. Norman F. Ness, director de experimentos de campo magnético, señaló además que los campos magnéticos sesgados son característica común de los rotores oblicuos, cierta clase de estrellas, por lo que los campos de los planetas pudieran haberse originado por la convección de material eléctricamente conductor en una delgada capa esférica cercana a la superficie, que es el mecanismo propuesto para tales estrellas, mientras que
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3. CIRROS del hemisferio septentrional, brillantes y plateados; arrojan sombras sobre la capa nubosa azul ubicada unos 50 kilómetros por debajo. Las nubes se extienden sobre miles de kilómetros. Dos imágenes, tomadas desde una distancia de 12 millones de kilómetros, con un intervalo de 17,6 horas, documentan el dinamismo de la atmósfera (recuadros al pie). El planeta efectuó algo más de una rotación completa sobre sí mismo en dicho lapso; la mancha oscura pequeña giró con la misma velocidad que el planeta.
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4. “ARCOS PERDIDOS”, que resultaron ser grumos brillantes del anillo exterior de Neptuno; los vemos aquí fotografiados desde una distancia de 1,1 millones de kilómetros, cuando el Voyager se ale jaba ya del planeta.
la convección de la Tierra se produce en un núcleo metálico fundido. El sesgo del campo magnético dio al traste con algunos otros de los experimentos del Voyager 2 . Edward C. Stone manifestó que se confiaba en que, al encaminar la nave hacia el polo norte geográfico de Neptuno, se la haría atravesar las líneas de campo convergentes de la zona auroral que, por lo común, se encuentran asociadas al polo magnético de un planeta. No ocurrió así. La nave penetró en la magnetosfera del planeta (una capa envolvente en la que abundan los iones, creada por el campo magnético planetario), a lo largo de las líneas convergentes, a las que fue siguiendo hacia el polo. Fue mala suerte, pues ninguna sonda ha seguido una ruta similar en ningún otro planeta, ni siquiera en la Tierra. El Voyager 2 sí tuvo ocasión de ver auroras en la atmósfera de Neptuno, pero éstas se extendían sobre una amplia región, en lugar de formar óvalos bien definidos en torno a los polos magnéticos, como sucede en la Tierra. También se observaron auroras en Tritón. Andrew Cheng, del equipo de partículas cargadas de baja energía, informó que las partículas cargadas de los cinturones de radiación de Nep-
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tuno parecen hundirse en la atmósfera de Tritón con energía suficiente para generar las auroras ultravioletas que se observaron en él.
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n una misión repleta de inesperados giros, uno de los más apasionantes consistió en la resolución de la búsqueda de los “arcos perdidos”. Allá por 1984, los telescopios terrestres detectaron en torno a Neptuno lo que parecían anillos incompletos, arcos de anillos. De existir verdaderamente anillos parciales, sería la primera vez que se observaran en torno a un planeta. A principios de agosto el Voyager 2 pareció confirmar la presencia de arcos, pero conforme la sonda se aproximaba a su objetivo, comenzó a detectar tenues segmentos entre los arcos, y hacia el 24 de agosto, el equipo de procesamiento de imágenes anunció que los arcos formaban parte de un anillo exterior completo. Una notable fotografía de larga exposición reveló cúmulos de polvo fino de no más de 10 o 20 kilómetros de anchura, inmersos en uno de los arcos. No se ha podido encontrar hasta ahora ninguna explicación verosímil de la formación de los arcos. Otras imágenes revelaron que Neptuno tiene un total de cuatro anillos. Se cree que el polvo que los compone está formado por los detritus despedidos al espacio durante eones, resultado de la desintegración de los micrometeoritos que se estrellaban contra las lunas del planeta. Observaciones de la luz estelar ocul-
ta por el anillo más externo indicaron que posee un núcleo denso de unos 17 kilómetros de sección, en vuelto por un halo difuso de polvo de unos 50 kilómetros de anchura. Cuando el Vo yager 2 atravesó el plano del anillo, una hora antes de su máxima aproximación al planeta, el detector de ondas de plasma transmitió una andanada de impulsos de radio generados por partículas de polvo, al estrellarse contra la nave y vaporizarse en microscópicas bocanadas de plasma. La tormenta de impulsos, reproducida a la mañana siguiente en cinta magnetofónica por Donald J. Gurnett, director del equipo de ondas de plasma, indicaba no menos de 300 impactos por segundo, equivalentes a la densidad de una partícula por cada 300 metros cúbicos, comparable al polvo del plano anular de Saturno. Dos de las lunas de Neptuno, Tritón y Nereida, eran conocidas ya por observación terrestre. La sonda Vo yager 2 descubrió otros seis satélites más, provisionalmente catalogados 1989 N1 a 1989 N6. Estos trozos de materia, oscuros y malhadados, tienen diámetros variables entre los 50 y los 200 kilómetros, demasiado pequeños para tener forma esférica por efecto de su propia gravedad. Las granulosas imágenes de estos cuerpos castigados por los meteoritos indican que las pequeñas lunas han permanecido esencialmente en estado sólido, sin fundirse, desde los tiempos en que se formaron. Todas las lunas últimamente des-
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cubiertas orbitan en las cercanías del plano ecuatorial de Neptuno, al que circunvalan girando en el sentido de rotación del planeta, mientras que los planos orbitales de Tritón y Nereida están inclinados 20 y 30 grados respectivamente. Tritón describe además su órbita en sentido retrógrado, siendo la única luna del sistema solar que exhibe tal comportamiento. La fuerte inclinación de sus órbitas induce a pensar que no se condensaron a partir de la misma materia que el planeta, sino que son cuerpos extraños que cayeron en el abrazo gravitatorio de Neptuno. Dale P. Cruikshank, del equipo de radiometría y espectrometría infrarroja, hizo notar que Tritón se parece mucho a un remoto asteroide llamado Quirón. Nereida pudiera haber sido prima de Quirón y ambos pudieron pertenecer a los planetésimos de los que terminaron formándose los planetas. Si era poco lo que los científicos conocían sobre Neptuno antes de la pasada del Voyager 2 , menos aún sabían de Tritón, la mayor de sus lunas. Como dijo uno de los investigadores de Tritón: “Sabíamos que se encontraba allí y conocíamos su nombre.” Durante los días previos al encuentro, el Vo yager 2 transmitió sorprendentes instantáneas de Tritón: una bola rosácea, lacerada, sugeridora de un historial geológico espectacular. A las 3:40 de la mañana del 25 de agosto de 1989 destellaron en las pan-
tallas las primeras imágenes en blan- kilómetros sobre la superficie. La temco y negro. Todo el mundo se puso en peratura atmosférica alcanza unos pie y se apretujó sobre los monitores, 100 grados Kelvin a la altura de 600 exclamando y señalando aquellas imá- kilómetros. El fenómeno no se asemegenes tan increíblemente nítidas, que ja a una inversión de temperatura en revelaban paisajes crenulados, inmen- la atmósfera terrestre, pues el calensos cañones, cráteres y picachos. Ca- tamiento se produce en la de Tritón a da nueva imagen era todavía más lla- una altura mucho mayor, sin que namativa aún que la anterior. die comprenda cuál podría ser la cauTritón resultó poseer un diámetro sa. de 2720 kilómetros, poco menos que ucha curiosidad atrajeron los la Luna terrestre. Hielos de metano y de nitrógeno alcorzan su casquete borrones oscuros del casquete polar y es tanta la luz solar que este polar meridional de Tritón, manchoescarchado refleja, que la temperatu- nes que hacían pensar en rastros dera es tan sólo de 37 grados Kelvin, lo jados por el viento. Laurence A. Soque hace de Tritón “el objeto más frío derblom, del equipo de tratamiento que hemos visto en el sistema solar”, de imágenes, provocó uno de los masegún Roger Yelle, del equipo de es- yores revuelos de todo el episodio al pectrometría ultravioleta. Incluso así, proponer que aquellos rastros estala inclinación del eje de rotación y el ban creados por erupciones volcánisesgo de su plano orbital son respon- cas o por géiseres. Las temperaturas sables de variaciones estacionales. El y presiones de las cercanías de la sucasquete polar meridional, que en la perficie de Tritón permitirían que cieractualidad se encuentra en la pleni- ta fuente calorífica interna elevase la tud de su verano, que dura 41 años, presión del nitrógeno atrapado en la se ha evaporado en muchos puntos de subsuperficie, hasta hacerlo explotar. su contorno. Al ser expelido el nitrógeno hacia la La atmósfera de Tritón se encuen- superficie, podría barrer consigo comtra superlativamente enrarecida —es unas 100.000 veces menos densa que la terráquea— y se compone funda- 5. ANILLOS COMPLETOS, visibles en un mentalmente de nitrógeno. Una vis- par de magníficas fotografías con iluminación de fondo. Hay dos anillos brillanta amplificada del borde perfilado del tes, uno interior, más débil, y una lámina satélite revela que la atmósfera, a pe- difusa que puede descender hasta las nusar de ser tan tenue, es suficiente pa- bes más altas de Neptuno. El planeta prora sostener una neblina de diminutas piamente dicho quedó fuera de encuadre, partículas, que se eleva de cinco a diez lo que explica la banda negra central.
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6. “UN MUNDO SIN PAR”, fue la descripción que dieron los científicos de Tritón, una luna de torturado paisaje ( página contigua). El gran casquete polar meridional (izquierda) pudiera estar compuesto por una gélida costra de nitrógeno sólido que se evaporó y se depositó durante el último invierno, hace casi un siglo. La faz lunar está surcada de gigantescas fisuras. Los lagos helados ( arriba, izquierda ) pudieron haberse fundido por vulcanismo. Penachos de material oscuro sobre el escarchado polar pudieran ser indicación de vulcanismo más reciente (arriba, derecha). Un terreno que recuerda la piel de un melón de secano (izquierda, abajo) pudiera resultar de la fusión y la deformación locales de la superficie. Los parches oscuros contorneados por un festón brillante (derecha, abajo) tienen desconcertados a los investigadores.
SISTEMAS SOLARES
puestos carbónicos de la corteza, más te menor de cráteres que la región adoscuros. El polvo pudo ser arrastrado yacente, indicio verosímil de que consa sotavento y quedar disperso sobre tituye el terreno más joven de la lula superficie helada. Soderblom sugi- na. La superficie se encuentra también rió que tales erupciones podrían es- acuchillada por fisuras que hacen pentarse produciendo por todo el satéli- sar en autopistas ingentes, que se inte, y que es la gélida cubierta del te- tersecan en X y en Y gigantescas. Parreno la responsable de que los rece como si un material viscoso, quién penachos no se vean más que en el sabe si un aguanieve entre verado de casquete polar meridional. Penachos amoníaco, hubiera forzado el paso hasimilares de dióxido sulfuroso se han cia lo alto, infiltrándose en algunas observado en Io, una de las lunas jo- de estas fisuras, formando crestas cen vianas. trales y desbordándose, en ocasiones, Justo al norte del casquete polar, sobre las llanuras circundantes. yace un vasto trecho de crestas y de Yacentes en este terreno se encuenpresiones circulares de tamaño sen- tran lagos helados contorneados por siblemente uniforme, que a nada se una serie de terrazas, como si el niasemeja tanto como a la piel de un vel de los lagos hubiera cambiado, a melón de secano. La zona ha sufrido resultas de congelaciones y fusiones fallas y se ha deformado un número provocadas por el calor volcánico. Taindescriptible de veces. La superficie les formaciones en terraza son corrienpresenta un número apreciablemen- tes en los volcanes hawaianos. Los la-
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7. EN LA ULTIMA mirada del Voyager a Neptuno, la nave captó a Tritón en cuarto creciente sobre la panza del planeta. La imagen fue tomada tres días d espués de la aproximación máxima, cuando la sonda ya se hundía en dirección sur, hacia el exterior del sistema solar.
gos de Tritón debieron de estar llenos de líquidos de reducida viscosidad en otros tiempos, porque su superficie helada es llana y nivelada. Pero tal sustancia tiene que ser de una rigidez extraordinaria para poder sostener, una vez congelada, terrazas cuya altura se mide en kilómetros. El metano, el nitrógeno y el carbono no son candidatos plausibles, porque sus hielos fluirían como los glaciares. El agua helada, sin embargo, tiene la rigidez de la roca a las temperaturas que encontramos en Tritón y constituye, casi con certeza, el material del que estén formados los lagos. Estos signos de pasado vulcanismo demuestran que Tritón fue, en tiempos, un lugar presumiblemente más cálido, porque tuvo un origen muy poco frecuente. Tritón pudo haber sido un planeta independiente, bastante similar a Plutón, al que se asemeja en tamaño y puede que en composición, pues contiene más roca que otros satélites helados. Posteriormente sería capturado por Neptuno; conforme se fue asentando gradualmente en su órbita circular presente, la fricción de las mareas pudo haber fundido al satélite y provocado el vulcanismo hasta hace cosa de mil o dos mil millones de años. El reconocimiento de Tritón por el Voyager puso punto final a una época extraordinaria de exploración planetaria. En los años transcurridos desde que fueron lanzadas, las sondas Voyager han contribuido más a la comprensión de los planetas que los tres milenios de observaciones realizadas desde la Tierra.
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l Voyager 2 se dirigió en dirección sur, saliendo del plano de los planetas en un ángulo de unos 50 grados. El Voyager 1 se desvió hacia el norte tras el encuentro con Saturno. Se espera que las fuentes energéticas de las naves, pilas atómicas de plutonio, empiecen a fallar hacia el año 2015, momento en que las naves habrán alcanzado la heliopausa, el verdadero límite del sistema solar, donde el viento solar entra en colisió n con el medio interestelar. Entonces proseguirán a la deriva, invisibles y silenciosas durante eones, testamento del espíritu inquisitivo de los hombres que los lanzaron.
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TEMAS 15
Plutón Richard P. Binzel
El noveno planeta tiene una enorme luna, una superficie cubierta de metano congelado y una tenue atmósfera que puede caer periódicamente en forma de nieve. ¿Nos hallamos ante una reliquia de la formación del sistema solar?
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l noveno planeta del sistema solar ha sabido guardar celosamente sus secretos. Mundo frígido, pequeño y distante, semeja una mancha uniforme, incluso visto a través de los mayores telescopios terrestres. Es también el único planeta que no ha recibido la visita de los vehículos espaciales. Pese a todas esas dificultades, comienza a dibujarse una nueva imagen de Plutón. Una tenaz observación que maneja una rica batería de modernos instrumentos, así como la fortuna de algunos alineamientos celestes fortuitos, han proporcionado bastantes sorpresas. Plutón tiene un satélite, Caronte, cuyo enorme tamaño permite considerarlos a ambos como si de un planeta doble se tratara. El planeta presenta brillantes casquetes polares y una región ecuatorial más oscura y moteada. Una capa de hielo de metano cubre la mayor parte de su superficie. Tiene incluso una delgada atmósfera; cuando el planeta se encuentra más alejado del Sol, toda la atmósfera o parte de ella puede congelarse, precipitando en forma de nie ve sobre la superficie. Muy diferente de la de Plutón, así parece, la superficie de Caronte pudiera ser una gran extensión de hielo de agua. Por tamaño y densidad, Plutón se parece a Tritón, el gran satélite de Neptuno visitado por la sonda espacial Voyager 2. Sumadas a otras afinidades, todas ellas indican que ambos cuerpos podrían ser restos planetesimales, reliquias de los albores del sistema solar que se salvaron de la absorción por parte de los gigantescos planetas exteriores. En ese contexto, Neptuno capturó a Tritón mientras que Plutón se las arregló para sobrevivir como planeta genuino en órbita independiente en torno al Sol. Clyde W. Tombaugh vio a Plutón en el curso de una metódica exploración fotográfica alentada por Percival Lowell, acomodado bostoniano con un apasionado interés por la búsqueda
SISTEMAS SOLARES
de un posible planeta transneptu- 14.000 y 6000 kilómetros. Este último niano. Se hizo evidente de inmediato valor, casi la mitad del terrestre, fue que Plutón tenía sus rarezas. Los de- el que terminó siendo aceptado por la más planetas exteriores describen ór- mayoría. bitas aproximadamente circulares en Las estimaciones de masa y diámetorno al Sol, pero la de Plutón, muy tro implicaban una densidad similar elíptica, va desde 30 o 50 veces la dis- a la de los planetas terrestres rocosos tancia Tierra-Sol hasta quedar más del sistema solar interior y apreciacerca del Sol que Neptuno. En 1999 blemente mayor que la de los planerecuperará su condición de planeta re- tas exteriores gaseosos. A mediados motísimo. Su órbita está inclinada 17 de los años setenta resultó claro que grados respecto al plano de la órbita Plutón constituía un cuerpo gélido, terrestre, mucho más que la de cual- muy reflector y quizá menor y menos quier otro planeta. denso de lo supuesto. Lo único que pudo determinarse con as ideas sobre Plutón sufrieron algún grado de certidumbre sobre él un vuelco en 1978, cuando James en el medio siglo posterior a su descubrimiento fueron su órbita y algunas W. Christy descubrió que tenía un otras características. Quienes postu- gran satélite, en el curso de las medilaron la existencia de un noveno pla- ciones precisas de la posición de Pluneta basándose en las perturbaciones tón que estaba realizando para refigravitatorias percibidas en los movi- nar la definición de su órbita. Tales mientos de Urano y de Neptuno, aven- mediciones, de importancia capital paturaron que el planeta en cuestión de- ra la astronomía, constituyen una tacuplicaría la masa de la Tierra. Pero rea tediosa y rara vez gratificante. resultó que Plutón brillaba mucho me- Christy estaba examinando placas fonos de lo esperado, lo que implicaba tográficas de Plutón tomadas con el una masa mucho menor de lo predi- telescopio de 1,5 metros del Observacho. Suponiéndole una densidad pla- torio Naval de Flagstaff (Arizona), a netaria razonable, las estimaciones de escasos kilómetros del lugar donde la masa de Plutón se dividieron por Tombaugh divisó Plutón. Las imágenes del planeta en deter10. En los años sesenta, los astrónomos refinaron sus mediciones de las minadas placas mostraban una ligeórbitas de Urano y de Neptuno y la ra protuberancia hacia la parte alta, masa estimada de Plutón se volvió a mientras que las de las estrellas vecidividir por 10. nas eran redondas. Otras placas toLa determinación del diámetro de madas en diferentes noches mostraPlutón se convirtió en otra tarea frus- ron que la protuberancia se movía trante. El movimiento de las capas de alrededor del planeta con un período la atmósfera terrestre distorsiona la de 6,4 días, el mismo que el ya conoluz incidente. La turbulencia atmos- cido período de rotación de Plutón. férica limita la resolución de los tele- Christy y su colaborador Robert S. Hascopios ópticos terrestres a un segun- rrington cayeron en la cuenta de que do de arco (1/3600 de grado), aquella “protuberancia” era un satéaproximadamente. Visto desde nues- lite cuya órbita se hallaba gravitatotro planeta, el disco de Plutón tiene riamente sincronizada con la rotación un diámetro muy por debajo del se- del planeta. En virtud de esa órbita, gundo de arco; dicho de otro modo, l as Plutón y Caronte mantienen, de forestimaciones de su diámetro eran muy ma permanente, los mismos hemisfesubjetivas, oscilando entre 0,5 y 0,2 rios frente a frente (así como la Luna segundos de arco a lo largo de los años, muestra siempre la misma cara, vislo que corresponde a diámetros entre ta desde la Tierra). Christy propuso
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llamar al satélite Caronte, el nombre del barquero de la mitología griega que transportaba las almas a través de la laguna Estigia hasta el mundo inferior, gobernado por el dios Plutón. Los estudiosos de la física planetaria recibieron con alborozo el descubrimiento de Caronte, porque permitía por fin un cálculo preciso de la masa de Plutón. El período de la ó rbita de dos objetos que giran uno alrededor del otro está determinado por la distancia entre ellos, por la suma de sus masas y por las leyes de la gra vitación. Las mediciones de la órbita de Caronte revelaron que la masa total del sistema Plutón-Caronte es aproximadamente 1/400 de la terres-
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tre, volviendo a diezmar la mayoría de las estimaciones previas. Las mediciones posteriores se han limitado a retocar ligeramente este valor. Tras el descubrimiento de Caronte se supo que su órbita se ve de perfil desde la Tierra dos veces durante el recorrido de Plutón alrededor del Sol, que tarda 248 años. Cuando eso ocurre, Caronte pasa por delante y por detrás de Plutón a intervalos de 3,2 días (cada media órbita). Aunque se suela llamar eclipses a estos acontecimientos, como el disco de Caronte es menor que el de Plutón en términos técnicos debe hablarse de tránsitos (si Caronte está delante) y de ocultaciones (si se halla detrás).
1. PLUTON Y CARONTE tienen un aspecto sorprendentemente distinto. El metano congelado de la superficie de Plutón se ha vuelto rojizo a causa de la radiación solar. La menor gravedad de Caronte permitió que el metano escapase, dejando descubierta una superficie de hielo de agua. Ambos cuerpos poseen grandes núcleos rocosos; es evidente, pues, que hubo procesos que favorecieron la formación de productos rocosos frente a los hielos en el sistema solar exterior. Una estrella, ocultada por Plutón en 1988, centelleó antes de desaparecer, prueba de la existencia de una atmósfera tenue y brumosa. Caronte ha pasado repetidamente por delante y por detrás de Plutón desde 1985, permitiendo que se realizaran las primeras mediciones precisas.
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zas gravitatorias que sincronizaron la órbita del satélite con la rotación del CARONTE planeta alinearon también el plano de la órbita de Caronte con el ecuador de Plutón. La medición de la órbita del satélite reveló que el eje de Plutón está inclinado 122 grados. El planeta se halla “cabeza abajo”, y su polo norte (definido por la rotación antihoraria) PLUTON cae por debajo del plano de su órbita. Venus y Urano están inclinados de manera semejante, con inclinaciones de 177 y 98 grados respectivamente. La extrema inclinación del eje de 2. CARONTE fue detectado como un abultamiento d e la imagen de Plutón, el mismo Plutón hace que su aspecto cambie que se observa en esta fotografía tomada en el Observatorio Naval de los Estados Unidos el 2 de julio de 1978 ( izquierda). James W. Christy advirtió que esa defor- bastante en el curso de su órbita, obmación correspondía a un objeto en órbita alrededor del planeta. La escala real de servado desde la Tierra. A principios los dos cuerpos ha quedado distorsionada por la atmósfera terrestre, pero se pu ede del decenio de 1950, el polo sur de Plutón apuntaba aproximadamente hadeterminar por otros métodos indirectos (esquema de la derecha). cia la Tierra. El movimiento orbital del planeta alrededor del Sol ha cambiado algo esa orientación, de suerte Rompiendo la tradición de lo que Tedesco. Nuestras observaciones con- que los observadores terrestres lo ven suele acontecer en fenómenos que só- sistían principalmente en mediciones ahora desde una perspectiva más ecualo se dan una vez por siglo, los astró- telescópicas del brillo de Plutón con torial. nomos no tuvieron que esperar mucho una precisión de décimas por cien. PluLas manchas oscuras y claras respara presenciarlos. Las primeras pre- tón y Caronte aparecen en los telesco- ponsables de las variaciones luminodicciones indicaron que los eclipses pios terrestres como una única ima- sas de 6,4 días parecen estar situadas pudieran comenzar al cabo de uno o gen superpuesta; un eclipse produciría a bajas latitudes, donde entran y sados años del descubrimiento de Ca- un descenso del brillo conjunto cuan- len del campo de visión conforme gira ronte. A medida que se fueron refinan- do parte de la superficie total queda- el planeta. El oscurecimiento del plado las mediciones de la inclinación de se escondida tras el satélite o el pla- neta a largo plazo indica que sus rela órbita del satélite, se situaro n en la neta. giones polares tienen un albedo, o reprimera mitad de los años ochenta. flectividad, bastante alto. Plutón n los primeros eclipses Plutón y La inminencia de los eclipses origibrillaba más en los años cincuenta pornó en la comunidad astronómica no Caronte no harían más que ro- que su reflectante polo sur apuntaba menos revuelo que el levantado por el zarse. El brillo no cambiaría más que hacia la Tierra. La mayor parte de esdescubrimiento de Caronte. Resultaba en unos cuantos puntos porcentuales. ta región era siempre visible; cada rodifícil imaginar un mejor experimen- Detectar su comienzo requería, por tación no causaba más que una ligeto natural para determinar los diáme- tanto, un conocimiento minucioso de ra variación del brillo. A medida que tros y las propiedades de las superfi- las variaciones periódicas del brillo de la zona ecuatorial, más oscura y mecies de Plutón y de Caronte. La Plutón producidas por su giro. Tales nos uniforme, entró en el campo de vicronología del inicio y el final de los variaciones, presumiblemente causa- sión, Plutón perdió luminosidad y aueclipses permitía conocer los diáme- das por zonas claras y oscuras de la mentaron las fluctuaciones de brillo tros de ambos cuerpos, lo que, combi- superficie, se detectaron en los años (véase la figura 4 ). nado con las nuevas determinaciones cincuenta y sirvieron para determinar Se desconoce la contribución de Cade la masa total del sistema, propor- el período de rotación del planeta. Con- ronte a la curva rotacional de luz obcionaba la densidad de Plutón, un da- viene anotar que, a medida que Plu- servada. En el caso extremo, podría to crucial para poner en claro su es- tón se fue acercando al perihelio —su tener un hemisferio negro y otro blanpunto más próximo al Sol—, la ampli- co; le correspondería, pues, hasta un tructura interna y su formación. El brillo conjunto de Plutón y de Ca- tud de las fluctuaciones aumentó del 50 por ciento de las variaciones lumironte varía al cubrir el satélite porcio- 10 al 30 por ciento, mientras que el nosas periódicas. Plutón podría tamnes claras y oscuras de la superficie brillo absoluto del planeta disminuyó bién experimentar variaciones estadel planeta y viceversa. Los repetidos en torno a un 30 por ciento. cionales en la reflectividad de su tránsitos y ocultaciones nos permiten Este comportamiento es, casi con superficie a causa de la inclinación de cartografiar, aunque sea toscamente, certeza, resultado de las distintas po- su eje y de las grandes variaciones de un hemisferio de cada cuerpo. Las ocul- siciones ocupadas por Plutón y la Tie- su distancia al Sol. taciones permiten medir sus respecti- rra y del insólito ángulo de inclinación El desconocimiento de la inclina vos espectros y conocer así la compo- del eje de rotación de Plutón. La ma- ción de la órbita de Caronte y de los sición de su superficie. yoría de los planetas giran alrededor diámetros relativos de Plutón y su saLos físicos planetarios se apresta- de un eje que es aproximadamente télite dificultó la predicción del moron a la acción para aprovechar esa perpendicular al plano de sus órbitas; mento en que se producirían los priocasión única. J. Derral Mulholland y lo hacen en sentido antihorario (pro- meros eclipses. Cuantos se aprestaron yo comenzamos el seguimiento siste- grado), vistos desde encima del plano a detectar los primeros eclipses no mático de Plutón en el Observatorio del sistema solar. consignaron ninguno durante 1982, McDonald de la Universidad de Texas. El descubrimiento de Caronte per- 1983 y 1984. Hasta que, en la fría y Aplicados en proyectos similares es- mitió determinar el ángulo de inclina- clara mañana del 17 de febrero de taban David J. Tholen y Edward F. ción del eje de Plutón, porque las fuer- 1985, la vigilancia dio sus frutos cuan-
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do mis mediciones fotométricas con el aparentes de Plutón y de Caronte, pues telescopio de 91 centímetros del Ob- las posiciones relativas de sus discos servatorio McDonald registraron el son función de la visual Tierra-Pludebilitamiento de Plutón, en un 3 por tón, mientras que las posiciones de sus ciento, a lo largo de dos horas; era ello sombras están determinadas por la visigno claro del tránsito parcial de Ca- sual Sol-Plutón. ronte por delante de Plutón. El brillo de las estrellas de referencia próxin los primeros eclipses de 1985, mas permaneció constante dentro de Caronte pasó por delante del poun margen del 0,5 por cien, lo que de- lo norte de Plutón y se ocultó tras el mostraba que el debilitamiento no ha- polo sur, pero sus discos apenas se subía sido causado por la bruma o las perpusieron. Satélite y planeta se oculnubes terrestres. taron más, uno a otro, durante 1986. El calendario del suceso corrobora- Tránsitos y ocultaciones afectaban la ba una frustrada observación de eclip- misma zona superficial, si bien aquése realizada el 16 de enero de 1985 por llos originaron un oscurecimiento maTedesco y Bonnie J. Buratti. No infor- yor. Evidentemente, un área dada de maron de sus resultados porque rece- Plutón aporta más luz que la misma laron de sus mediciones por culpa de área de Caronte, lo que implica que el un fallo de la instrumentación. El 20 satélite se cubre, en su mayor parte, de febrero, Tholen confirmó que los por materia más oscura que Plutón. eclipses Plutón-Caronte habían co- En conjunto, el planeta refleja aproximenzado, cuando, sirviéndose del te- madamente la mitad de la luz que inlescopio de 2,2 metros de la Universi- cide sobre él; Caronte refleja menos dad de Hawai en Mauna Kea, midió de dos quintas partes. un debilitamiento luminoso del 2 por Las ocultaciones completas de Caciento mientras Caronte pasaba por ronte tras Plutón comenzaron en 1987; detrás de Plutón, al otro lado de su ó r- por primera vez se resolvieron los disbita. tintos espectros de los dos cuerpos. CaLa variación de las posiciones rela- da elemento químico absorbe la luz de tivas del Sol, la Tierra y Plutón hace una manera peculiar y característica; que el panorama de los tránsitos y el espectro nos ofrece, pues, un métoocultaciones cambie de continuo (véa- do para inferir la composición de los se la figura 5 ). Si los eclipses se vie- objetos. En las ocultaciones, Caronte ran desde el Sol, las posiciones relati- desaparecía durante aproximadamen vas de Caronte y su sombra, durante te una hora; había llegado el momenlos sucesivos tránsitos, seguirían una to de realizar las mediciones especprogresión sencilla y constante de de- troscópicas de Plutón solo. Al restar recha a izquierda. La Tierra, sin em- el espectro de Plutón del espectro conbargo, oscila de un lado al otro del Sol junto (obtenido antes o después de la en el transcurso de seis meses. Ello ocultación) se deducía el espectro de produce un ciclo en las orientaciones Caronte.
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1920
1930
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El espectro de Plutón revela una profunda hendidura a longitudes de onda del infrarrojo, alrededor de 0,9 micrometros (por encima mismo de las longitudes de luz roja visible); débese a la absorción de la radiación infrarroja por la escarcha de metano (CH 4) en la superficie del planeta. Los primeros en descubrirlo fueron Dale P. Cruikshank, David D. Morrison y Carl B. Pilcher en 1976. El espectro de Caronte, por el contrario, no muestra picos ni hendiduras importantes a longitudes de onda inferiores a un micrometro. Caronte ofrecería a simple vista un aspecto gris suave y neutro, mientras que Plutón sería rojizo. Las mediciones del espectro de Caronte a longitudes de onda mayores en el infrarrojo indican que el satélite está cubierto de hielo de agua. Esta diferente composición explica, probablemente, por qué Plutón es más reflector que Caronte. ¿Cómo pueden dos cuerpos que guardan tan estrecha relación diferir tanto en sus superficies? La gravedad de Caronte es tan débil, cabe pensarlo, que no pudo retener el metano vaporizado por el calor del distante Sol. El metano fue barrido de la superficie del satélite, dejando al descubierto una capa subyacente de agua helada, más densa. Mientras tanto, Plutón, de mayor gravedad, retuvo su capa exterior de metano congelado. Los astrónomos creen que ambos tienen composiciones internas similares y presumen que quizás haya en Plutón una capa de agua helada bajo la superficie de metano. 1970
1980
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) 1,0 1 = A R R E I T ( N O 0,1 T U L P E D A D A M I 0,01 T S E A S A M
0,001
12.000
6000
3000
2300
DIAMETRO ESTIMADO (KILOMETROS)
3. TAMAÑO Y MASA de Plutón. Los estimados en un comienzo, muy altos, resultaron ser erróneos, porque algunos astrónomos creían equivocadamente que la gravedad de Plutón perturbaba las órbitas de Urano y de Neptuno. Con el tiempo se fueron produciendo revisiones a la baja, hasta el punto de que
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hubo quien propuso con humor que una curva que se ajustase a las decrecientes estimaciones de la masa de Plutón reflejaría su desaparición hacia 1980. Los análisis de la órbita de Caronte proporcionaron la verdadera masa del sistema, que es 1/400 de la terrestre.
TEMAS 15
Gracias a las series de eclipses se han conseguido, por último, mediciones precisas de los tamaños de Plutón y de Caronte. Se pueden transformar las cronologías minuciosas de tránsitos y ocultaciones en dimensiones de los objetos, a condición de que se conozca la distancia entre Caronte y Plutón. En la actualidad, el mejor método para hallar esta distancia es el de interferometría de motas, gracias a cuya técnica se obtienen mediciones de gran resolución empleando exposiciones brevísimas para congelar los efectos difuminantes de la atmósfera terrestre. Las observaciones de moteado realizadas por James Beletic y Richard Goody, combinadas con limitaciones impuestas por los tiempos registrados de los sucesos de eclipse, proporcionan una estimación de 19.640 kilómetros para el radio de la órbita de Caronte, con una precisión de alrededor del 2 por ciento. El empeño más exigente de medida de los diámetros de Plutón y de Caronte basándose en los tiempos de los eclipses lo ha llevado a cabo Tholen, arrojando una cifra de 2300 kilómetros para Plutón y 1186 kilómetros para Caronte; la incertidumbre viene a ser del 1 por ciento. Plutón es el menor de los planetas del sistema solar. Tiene aproximadamente la mitad del diámetro de Mercurio (que en tiempos se creyó que era el benjamín) y sólo dos tercios del diámetro de la Luna. El diámetro de Caronte, en torno a la mitad del de su planeta, le convierte en el mayor satélite del sistema solar en relación con el planeta alrededor del cual gira. Antes del descubrimiento de Caronte, ese hito correspondía a la Luna, cuyo diámetro es ligeramente superior a la cuarta parte del diámetro terrestre. Concedido que Plutón y Caronte tengan densidades semejantes, el centro de masa del sistema se encuentra a unos 1200 kilómetros por encima de la superficie de Plutón. En todos los restantes sistemas planeta-satélite conocidos, el centro de masa se halla en las profundidades interiores del planeta. Esa es la razón de que algunos vean en Plutón y Caronte un planeta doble. Conocidos los diámetros de Plutón y de Caronte y su masa conjunta, puede calcularse su densidad media. La detección de metano en el espectro de Plutón en el decenio de 1970 indujo en los astrónomos la sospecha de que Plutón estuviese constituido por metano congelado, por agua y por otros productos ligeros, habituales, así se cree, en los dominios más externos de la nebulosa a partir de la cual se formó el sistema solar. Esto hacía pen-
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-0,3 A V I T A L E R D U T I N G A M
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0,2 0,4 0,6 0,8 FRACCION DEL PERIODO DE ROTACION (6,3872 DIAS)
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4. CAMBIO DE LUMINOSIDAD DE PLUTON conforme gira. El polo sur del planeta apuntaba a la Tierra en 1954 y, por tant o, quedaba siempre a la vista (arriba). Plutón se ha movido a lo largo de su órbita y ahora nos muestra un lado. La totalidad de su región ecuatorial entra y sale del campo de visión al girar, lo que hace que su brillo varíe en un 30 por ciento ( abajo). El planeta ha perdido brillo, lo que constituye una señal de que la región ecuatorial es más oscura que el polo sur.
sar que la densidad de Plutón sería baja, sin superar, quizá, la del agua (un gramo por centímetro cúbico). Cálculos posteriores cifraron en algo más de dos gramos por centímetro cúbico la densidad real de Plutón. Significa ello que el planeta contiene una cantidad apreciable de materia rocosa, además de hielos. Las mediciones de la velocidad orbital y del radio orbital de Caronte no proporcionan más que la masa total del sistema, de manera que la densidad calculada representa un promedio de las densidades de Plutón y de Caronte. Desde su ubicación, por encima de la atmósfera terrestre, el telescopio espacial Hubble podrá establecer con precisión el radio orbital y el centro de masas del sistema. Con ello quedarían determinadas las masas relativas y las densidades de los dos objetos, así como cualquier diferencia radical en su composición interna. Aun cuando los eclipses hayan aportado nuevos puntos de vista sobre la naturaleza de la superficie y del interior de Plutón y de Caronte, nada dicen acerca de la posible existencia de una tenue atmósfera que ciña al pla-
neta. La presencia de tal atmósfera ha sido objeto de acalorados debates. La señal característica de metano, observada en el espectro de Plutón en 1976, se atribuyó en un principio al metano congelado en su superficie. Uwe Fink realizó mediciones espectrales más detalladas en 1980 y llegó a la conclusión de que había metano en forma gaseosa. La falta de buenos espectros de laboratorio a las temperaturas y presiones que se encuentran en Plutón impidió que los astrónomos distinguieran con nitidez la presencia de hielo y la de gas a partir de las observaciones telescópicas. Para la mayoría de los investigadores, en Plutón se daban ambas formas. Afo rtunad ame nte la nat uralez a ofrece un método para detectar y medir una atmósfera sin ambigüedad, constituido por las ocultaciones estelares. Cuando un cuerpo celeste pasa por delante de una estrella, su atmósfera, si la hubiere, distorsiona y atenúa la luz de la estrella de una man era característica. Los astrónomos habían tratado de identificar estrellas que se hallaran directamente en la órbita de Plutón vista desde la Tierra
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durante tres decenios, pero Plutón se ria de Plutón, prediciendo que se pro- ra. La curva de luz mostraba un desresistía a ocultar directamente ningu- duciría una ocultación el 9 de junio de censo gradual y uniforme a medida na estrella de brillo razonable. Un bre- 1988. Cálculos adicionales que llevó a que se adentraba en las capas altas ve destello observado cuando una es- cabo Lawrence H. Wasserman seña- de la atmósfera de Plutón. Cuando la trella pasó cerca de él en 1980 lo laban que la sombra de Plutón barre- imagen de la estrella atravesaba los produjo, al parecer, Caronte. Una po- ría algunas partes de Australia, Nue- niveles más bajos de la atmósfera, la sible ocultación en 1985 quedó des- va Zelanda y el Pacífico Sur. curva de luz descendió de golpe. echada por malas condiciones de obDos grupos de astrónomos organiPlutón parece poseer una atmósfeservación. La posición exacta de Plutón zaron expediciones para registrar la ra superior transparente, superpuesrelativa a las estrellas ha resultado ocultación, en coordinación con obser- ta a una capa inferior más opaca; la difícil de predecir a causa del bambo- vatorios de Australia, Nueva Zelanda frontera entre ambas parece también leo producido en su movimiento po r la y Tasmania. Los observadores de ocho muy abrupta. Se han propuesto dos atracción gravitatoria de Caronte. El lugares diferentes remataron con éxi- hipótesis para describir la estructura. incierto diámetro de Plutón ha con- to su trabajo. A tenor de la primera, la atmósfera de fundido también a los astrónomos que La estrella no desapareció brusca- Plutón tiene una temperatura casi unitrataban de predecir ocultaciones. mente a su paso por detrás del disco forme, si bien la luz solar sublima los Douglas J. Mink y Arnold R. Kle- de Plutón, sino que se fue debilitando gases congelados en la superficie del mola identificaron en 1985 una es- poco a poco. Tal comportamiento es planeta y crea una bruma a baja altutrella de duodécima magnitud en la característico de la luz estelar absor- ra. De acuerdo con la segunda, la brusconstelación de Virgo que parecía en- bida y refractada al atravesar capas ca atenuación resulta de un cambio contrarse exactamente en la trayecto- de espesor creciente de una atmósfe- importante de temperatura entre las dos capas de la atmósfera. El aire caliente y el frío refractan la luz en diferente cuantía, efecto que causa el FEBRERO centelleo de las estrellas vistas desde la Tierra. 0 Ello no obsta para que las propiedades básicas de la atmósfera del pla1 neta se conozcan ahora bastante bien. Delgadísima, su presión atmosférica en la superficie no alcanza la cienmi ) 2 lésima parte de la terrestre. Además S MAYO A del metano, la atmósfera podría con R O tener gases más pesados, como argón, H ( 3 nitrógeno (N2), monóxido de carbono O P (CO) y oxígeno (O2). Puesto que el ni M E I trógeno es el componente principal de T 4 la delgada atmósfera de Tritón, muchos astrónomos creen que pudiera también constituir buena parte de la AGOSTO 5 atmósfera de Plutón.
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5. ALINEACION FORTUITA de la Tierra, de Caronte y de Plutón y serie de “eclipses” mutuos que ello ha producido. La evolución de la geometría de los eclipses (arriba) ha permitido levantar toscos mapas de Plutón y de Caronte. El brillo combinado de los dos cuerpos varía cuando se tapan entre sí. Las zonas oscuras y claras se manifiestan en forma de irregularidades en las curvas de luz del eclipse (derecha). Porque la órbita de Caronte está sincronizada con la rotación de Plutón, el satélite le muestra siempre el mismo hemisferio al planeta. Los eclipses confirman que Plutón posee un brillante casquete polar austral y una región ecuatorial más oscura; Caronte parece, pues, ser menos reflectante que Plutón.
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) 79 S A R O H ( 80 O P M E I T 81
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BRILLO RELATIVO
s necesario conocer la temperatura de la superficie de Plutón si se quiere saber qué gases de su atmósfera podrían depositarse en forma sólida. Gracias a los datos recogidos por el Satélite Astronómico Infrarrojo, de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los EE.UU. (NASA ), Mark V. Sikes y sus colaboradores dedujeron que la temperatura superficial en la zona ecuatorial de Plutón era de unos 58 kelvin, la cual es compatible con la presencia de metano en su atmósfera. La existencia real de atmósfera podría aportar la respuesta a una cuestión suscitada en las observaciones de eclipses mutuos: ¿por qué brilla tanto la superficie de Plutón? Su reflectividad promedia multiplica por siete la de la Luna, dato que provoca sorpresa porque, en menos de un millón de años, la brillante superficie de hielo de metano debería haberse vuelto oscura y rojiza en virtud de las reacciones químicas causadas por la ra-
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diación ultravioleta del Sol y por los rayos cósmicos, partículas de alta energía. La superficie reflectora de Plutón requiere algún mecanismo que la renueve continuamente. S. Alan Stern, Laurence M. Trafton y Randall Gladstone propusieron un posible mecanismo. La distancia de Plutón al Sol varía muchísimo —de 4500 a 7400 millones de kilómetros— como resultado de la gran excentricidad de su órbita, produciendo, a su vez, variaciones extremas de temperatura. Según sea su composición global, la atmósfera de Plutón pudiera constituir un fenómeno temporal que no se diera más que cuando el planeta se hallara en su máxima cercanía al Sol.
P
lutón alcanzó el perihelio en 1989. Al alejarse, se enfriará. Dentro de diez o de treinta años, la atmósfera de metano podría condensarse sobre la superficie, cubriendo el planeta con una nueva capa de nieve de metano. Esta manta persistirá hasta que se acerque de nuevo al Sol. Los eclipses Plutón-Caronte y la ocultación estelar nos han revelado tantos pormenores desconocidos de las características físicas de Plutón que ya podemos abordar la cuestión de la formación del planeta. Su densidad es mayor que la de los planetas exteriores gaseosos y la mayoría de sus helados satélites. Debido a ello algunos investigadores se plantearon —sobre todo, años atrás, cuando la densidad de Plutón se creía todavía mayor— si quizá no se habría formado en algún otro lugar, tal vez en la vecindad de la Tierra o de otros cuerpos densos del sistema solar interior. Los cálculos del movimiento orbital de Plutón, relativos a un intervalo de 845 millones de años y que debemos a Gerald J. Sussman y Jack L. Wisdom, abonan la idea de una órbita caó tica durante largos períodos. Plutón podría, en efecto, haber nacido en otro lugar y haberse independizado hasta alcanzar su actual órbita. Esos investigadores, no obstante, consideran más probable que Plutón se formara en el sistema solar exterior y que el comportamiento caótico le condujera a su órbita actual tan excéntrica. Las teorías en vigor mantienen que el sistema solar se condensó a partir de la contracción de una nebulosa de gas y de polvo. En los bordes exteriores de esta nebulosa pudieron crearse cuerpos bastante densos. A las ba jas temperaturas y presiones de esas regiones, la mayor parte del carbono se combina con oxígeno para formar monóxido de carbono; sólo una pe-
SISTEMAS SOLARES
queña fracción del carbono acaba produciendo metano. El oxígeno abunda más que el carbono. El oxígeno sobrante se puede combinar con silicio (dando, por ejemplo, SiO4, la arena común) y otros metales para crear materias rocosas. El agua helada (H 2O) se produce cuando el oxígeno se combina químicamente con átomos de hidrógeno. Los estudios predicen que las concentraciones de la materia rocosa y el hielo serían de 75 y 25 por ciento respectivamente. El monóxido de carbono gaseoso, arrastrado por fuertes vientos procedentes del recién
nacido Sol, dejaría tras de sí la materia densa. Reflexionando sobre esta posibilidad, William B. McKinnon, Steven W. Mueller y Damon P. Simonelli elaboraron modelos detallados de la formación de Plutón y de su composició n interna. La densidad observada encajaría limpiamente si el planeta estuviera formado por entre un 68 y un 80 por ciento de roca y el resto fuera una mezcla de hielos. Eso convertiría a Plutón en un cuerpo más rocoso que los satélites de Saturno y de Urano. Estos cuerpos formaron cua-
O R DE DEL O RT B O
PRIMER CONTACTO (KAO)
TORRES CHARTERS g
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a
OBSERVATORIO AEROTRANSPORTADO KUIPER (KAO)
ESTRELLA OBSERVABLE POR ULTIMA VEZ (KAO)
DARLING DOWNS
MONTE TAMBOURINE
R O D A U C E
500 KM
AUCKLAND HOBART
ABEDUL NEGRO MONTE JOHN
B O R D E O D EL O CA S
800
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600 L A Ñ E S A L E D D A D I S N E T N I
BRILLO DE PLUTON Y LA ESTRELLA
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SEGUNDOS DESPUES DE LAS 10:35:50 (UTC) DEL 9 DE JUNIO DE 1988
6. GRACIAS AL CENTELLEO DE LAS ESTRELLAS se demostró que Plutón tiene atmósfera. Los astrónomos observaron desde ocho puntos distintos el paso del planeta frente a una estrella distante el 9 de junio de 1988 ( arriba). La estrella se fue debilitando conforme su luz atravesaba la atmósfera. Un brusco descenso en la curva de luz ( b y f ), observado desde el Observatorio Aerotransportado Kuiper , indica una capa de transición en la atmósfera de Plutón (abajo); podría tratarse de una bruma baja o de una región atmosférica de rápido cambio térmico.
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1,5 A V I 1,4 T A1,3 L E R 1,2 A I C N1,1 A T C1,0 E L F0,9 E R
PLUTON + CARONTE
PLUTON SOLO
0,8 1,5
O D1,4 E B L1,3 A
CARONTE
0,6
0,7 0,8 0,9 LONGITUD DE ONDA (MICROMETROS)
1,0
1,4 A D A1,2 Z I L A1,0 M R O0,8 N A I C0,6 N A T0,4 C E L F0,2 E R
0
1,4
1,6
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2,0
2,2
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2,6
LONGITUD DE ONDA (MICROMETROS)
7. LOS ESPECTROS DE PLUTON Y DE CARONTE suelen aparecer mezclados. Cuando Plutón oculta a Caronte, no se percibe más que la luz del planeta. Las hendiduras en el espectro de Plutón se deben al metano. Restando el de Plutón del espectro conjunto, aparece el espectro aplanado de Caronte (arriba). Caronte no tiene metano; su espectro a mayores longitudes de onda (abajo a la izquierda) se parece al del agua helada ( curva azul). Plutón y Caronte fueron observados por el Satélite Astronómico Infrarrojo (abajo a la derecha). El azul y el rojo representan medidas correspondientes a zonas calientes y frías, respectivamente; l as mediciones son compatibles con superficies heladas y una tenue atmósfera.
siprotoplanetas en los que las temperaturas y presiones relativamente altas destruyeron el monóxido de carbono. En esas regiones no se obstaculizó la formación de metano y de agua helada, motivo por el cual tales satélites los poseen en grandes proporciones. Las bajas densidades típicas de los planetas exteriores eliminan la vieja hipótesis de que Plutón fuera un satélite escapado de Neptuno.
H
ace tiempo que los astrónomos planetarios sospecharon posibles semejanzas entre Plutón y Tritón, el gran satélite de Neptuno. Antes de que el Voyager 2 visitase Neptuno, se conocía mejor Plutón que el satélite, pero ahora la situación se ha invertido. El diámetro de Tritón (2700 kilómetros), su densidad (2,08 gramos por centímetro cúbico) y su espesor atmosférico guardan un estrecho parecido con los de Plutón. La densidad similar sugiere un mismo origen como
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teriosas y complicadas estructuras que vemos en la superficie del satélite. Plutón puede haber sufrido también un apreciable calentamiento interno propio, en virtud de sus interacciones con Caronte, aunque esto depende de cómo naciera su satélite. Cuando Plutón se formó, su interior encerraba quizá calor suficiente para dejar que sus componentes se dispusieran por orden de densidades: la roca se habría hundido, creando un núcleo, el agua estaría en medio y el metano habría flotado hasta la parte superior formando la superficie de metano helado que vemos hoy día. Si Plutón y Caronte se formaron juntos como planeta doble, tendrán entonces una composición interna similar y podrían constituir muestras casi inalteradas de la nebulosa a partir de la cual se condensó el sistema solar. Si Caronte se formó a raíz de un choque entre Plutón y otro objeto (verbigracia, un planetésimo menor), Plutón habría experimentado también un calentamiento interno tras la formación del satélite; la composición de los dos cuerpos sería, entonces, muy diferente. La hipótesis del choque es muy socorrida por los investigadores para explicar el origen de la Luna terrestre. La determinación de las densidades relativas de Plutón y de Caronte ayudará a desentrañar el origen de este último. Podría haber diferencias entre las superficies de Plutón y de Tritón debido a la excéntrica órbita de Plutón y a sus consiguientes variaciones estacionales. En Plutón podrían darse las influencias más importantes de todos los planetas entre la superficie y la atmósfera. Por desgracia, no adquiriremos un conocimiento cabal de la superficie y de la dinámica de la atmósfera de Plutón hasta que no lo examine de cerca una sonda espacial. La visita a Plutón, que en principio estaba incluida en la ruta del “Grand Tour” de los años setenta (proyecto que cristalizó con el tiempo en las misiones Voyager), quedó descartada por los recortes presupuestarios y por la idea equivocada de que Plutón “carecía de interés”.
cuerpos independientes en las frías regiones exteriores de la nebulosa protoplanetaria dominada por el monóxido de carbono. Tritón probablemente fue capturado poco después de su formación y acabó en su peculiar órbita (retrógrada) alrededor de Neptuno. Plutón, que evitó una captura parecida, tampoco fue expulsado del sistema solar. Se instaló, por el contrario, en una resonancia 3:2 estable con respecto a Neptuno, de modo que éste completa tres órbitas en el tiempo en que Plutón recorre dos. Por eso mismo, Plutón nunca se aceros nuevos enfoques de la naturaca a menos de 2700 millones de kilóleza compleja de Plutón han avimetros de Neptuno y ha podido evitar vado el deseo de la comunidad cientíun encuentro cercano que lo destru- fica de una misión espacial a ese munyera. do remoto. La trayectoria de la misión La captura de Tritón por Neptuno a Plutón implicaría un compromiso encaminó su evolución por derroteros entre el tiempo de viaje y la duración diferentes. Las tensiones gravitato- de un encuentro científicamente útil. rias y las mareas que Tritón sufrió de- Una trayectoria de gran velocidad rebieron de calentar su interior. A ese presenta un viaje a Plutón más rápicalentamiento pueden deberse las mis- do y aumenta las probabilidades de
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que el vehículo espacial funcione bien cuando llegue al planeta. Pero también significa que la nave pasaría raudamente junto a Plutón y dispondría de escaso tiempo para tomar imágenes de gran resolución. Una velocidad menor exige consolidar la fiabilidad, pero permitiría una aproximación más relajada. El anteproyecto de misión que ahora se halla en estudio trabaja con la idea de un par de vehículos bastante sencillos; cada uno transportaría un sistema de imágenes, un espectrómetro y un magnetómetro (para medir los campos magnéticos en la vecindad de Plutón). Cada sonda incluiría también uno o más detectores de partículas, que permanecerían activos durante toda la misión, enviando mediciones del viento solar y de la ingente burbuja de partículas que rodea el Sol. Las sondas saldrían por separado, usando la Tierra y Júpiter como impulsores gravitatorios, y llegarían a Plutón con un año de diferencia. Podrían lanzarse a principios del siglo próximo; tardarían unos 14 años en arribar al planeta. La larga fase de encuentro duraría varios meses, pero las mediciones detalladas que permite un encuentro próximo sólo se desarrollarían durante unas horas. El envío de dos vehículos espaciales aumenta la probabilidad de que al menos uno tenga éxito; además, en razón de la economía de escala, el coste sería sólo ligeramente superior al de una sola sonda. Si uno y otro cumplieran su función, podrían investigarse fenómenos dependientes del tiempo en Plutón (por ejemplo, las variaciones de su atmósfera) y obtener imágenes de ambos hemisferios del planeta y de su satélite a alta resolución, lo que resulta imposible en un solo encuentro, debido a su lenta velocidad de rotación. La misión a Plutón culminaría el esfuerzo empeñado en el reconocimiento de todos los cuerpos importantes del sistema solar.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA O UT OF THE D ARKNESS : T HE P LANET P LUTO . Clyde Tombaugh y Patrick
Moore. Stackpole Books, 1980. P LANETS B EYOND: D ISCOVERING THE OUTER S OLAR S YSTEM. Mark Littmann.
John Wiley & Sons, Inc., 1988. WHERE IS PLANET X? Mark Littmann en
Sky & Telescope, vol. 78, n. o 6, págs. 596-599; diciembre de 1989. THE NEW S OLAR SYSTEM. Dirigido por J. Kelly Beatty et al. Tercera edición. Cambridge University Press, 1990.
SISTEMAS SOLARES
COLABORADORES DE ESTE NUMERO Traducción: Ana Guijarro Román: Plaseo planetario ; Mónica Murphy: Mercurio, planeta olvidado, Misión Pioneer a Venus, La exploración de Marte, La misión Galileo y El cinturón de Kuiper ; Manuel Puigcerver: Urano, Plutón y Planetas de otras estrellas ; Luis Bou: Neptuno
Portada: Don Dixon Página
Fuente
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Don Dixon JPL / CALTECH / NASA ( ilustraciones ), Laurie Grace ( tabla) Astrogeology Team, U.S. Geological Survey, Flagstaff, Ariz. ( centro), NASA ( abajo, izquierda), Bryan Christie (ilustración) Alfred T. Kamajian ( arriba), NASA ( centro, arriba y abajo), NASA y Slim Films ( centro abajo, derecha), Slim Films ( abajo, izquierda) y Don Dixon (abajo, derecha) JPL / CALTECH / NASA ( arriba), NASA ( abajo, izquierda), Slim Films ( ilustración ) JPL / CALTECH / NASA ( arriba, izquierda), NASA ( arriba derecha y centro), David P. Anderson (abajo) Astrogeology Team, U.S. Geological Survey, Flagstaff, Ariz. (a rriba), Lincoln F. Pratson y William F. Haxby ( abajo, izquierda), Edward Bell ( abajo, derecha) Luiz C. Marigo ( pájaro), Bonnie Cosgrove ( adenovirus), Steve Solum ( peces), Michel Viard (orquídeas), IFA/Bruce Coleman Inc. (árbol y niña), Judd Cooney ( caballos), NASA ( astronauta y luna), Siegfried Eigstler ( Alpes), Ric Ergenbright ( catarata), Gary Yeowell (desierto), Regis Lefebure ( playa), Tim Crosby ( Seattle) y Bryan Christie ( gráfica) JPL / CALTECH / NASA ( arriba), NASA ( abajo, izquierda), JPL ( abajo, derecha) Centro Espacial Johnson, NASA ( arriba), NASA / JPL ( Deimos y Fobos), JPL / CALTECH / NASA ( paisajes) NASA /U.S. Geological Survey ( arriba), NASA ( centro, izquierda), Andrew Christie ( abajo) JPL / CALTECH / NASA ( fotografías ), Bryan Christie ( abajo, izquierda), Andrew Christie (abajo, derecha) JPL / CALTECH / NASA ( arriba y centro), David Seal ( abajo) Andrew Christie (arriba), JPL / CALTECH / NASA ( centro, arriba y abajo), JPL / NASA /David Seal ( abajo) JPL / CALTECH / NASA ( arriba, las dos vistas y fondo ), Astrogeology Team, U.S. Geological Survey, Flagstaff, Ariz. ( centro, izquierda), JPL ( centro, derecha), Andrew Christie (abajo) JPL / CALTECH / NASA ( Superficie de Ariel, Miranda, Ariel, Umbriel y Oberón ), A. Tayfun Oner (Superficie Titania), NASA, VOYAGER 2 y Calvin J. Hamilton ( Titania), Bryan Christie ( diagrama), JPL ( abajo, izquierda) JPL / CALTECH / NASA JPL / NASA ( arriba), JPL / CALTECH / NASA ( centro y abajo)
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Bryan Christie ( centro ), Slim Films ( más a la izquierda), Edward Bell ( abajo) superiores ), Alfred T. Kamajian ( ilustraciones ) Johnny Johnson (gráfica), Walt Radomski ( coche y meteorito), Telescopio Espacial Hubble Comet Team y NASA ( Shoemaker-Levy 9), Bill Whiddon y Nina Whiddon ( Hale-Bopp), Royal Greenwich Observatory SPL ( Halley) NASA
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ESA ( arriba ),
JPL / CALTECH / NASA ( fotografías
NASA
Jared Schneidman Design ( arriba), NASA ( abajo) Jared Schneidman Design Don Dixon Don Dixon NASA ( fotografías), Slim Films ( ilustración ) Alfred T. Kamajian ( arriba), NASA ( abajo) NASA NASA,
Slim Films George Retseck NASA ( arriba), Tomo Narashima ( abajo) NASA ( izquierda), Jared Schneidman/JSD ( derecha) Tomo Narashima A.I.F. Stewart, Universidad de Colorado Tomo Narashima Serv. Geológico de EE.UU. y NASA /Lab. de Propulsión a Chorro, Simulación solar de Laurie Grace NASA /Laboratorio de Propulsión a Chorro Servicio Geológico de EE.UU. Tom Moore NASA /Laboratorio de Propulsión a Chorro (arriba), Lisa Burnett ( recuadro) Composición digital de Slim Films, Fotografía de Io cortesía de Lab. de Propulsión a Chorro Jared Schneidman/JSD Jared Schneidman/JSD ( arriba), Lab. de Propulsión a Chorro ( abajo) Lab. de Propulsión a Chorro ( fotografías), Laurie Grace ( grafismo) Laboratorio de Propulsión a Chorro Laboratorio de Propulsión a Chorro Hank Iken Laboratorio de Propulsión a Chorro Hank Iken NASA /Lab. de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California Hank Iken (arriba), NASA /Lab. de Propulsión a Chorro ( abajo) NASA /Lab. de Propulsión a Chorro Hank Iken Observatorio Naval Norteamericano ( izquierda), Gabor Kiss (derecha) Gabor Kiss Gabor Kiss (arriba y abajo izquierda), Mark V. Sykes, Observ. Steward ( abajo, derecha) Alfred T. Kamajian Peter Samek Peter Samek ( dibujo), Jane X. Luu y David C. Jewitt ( fotografías) Peter Samek ( izquierda), Observatorio de Yerkes ( derecha) Jane X. Luu y David C. Jewitt Peter Samek A. Caulet y NASA C. Robert O’Dell y NASA Mark McCaughrean, C. Robert O’Dell y NASA Jared Schneidman Design/JSD Pawel Artymowicz
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El cinturón de Kuiper Jane X. Luu y David C. Jewitt
El sistema solar exterior no termina bruscamente en la órbita de Plutón, sino que se prolonga en un amplio cinturón de pequeños cuerpos
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ras el descubrimiento de Plutón en el año 1930, la posibilidad de encontrar un décimo planeta en órbita alrededor del Sol despertó el interés de muchos astrónomos. Oculto por las enormes distancias del espacio interplanetario, el misterioso “plane ta X” podría haber escapado incluso a los telescopios más potentes, o al menos así se argüía. Pero los años pasaron sin que se le encontrase y la mayoría aceptó que el sistema solar se limitaba al conjunto de nueve planetas que nos resulta familiar. Sin embargo, en 1992, cuando identificamos un pequeño cuerpo celeste de sólo unos cientos de kilómetros de diámetro, más alejado del Sol que los planetas conocidos, muchos se replantearon muy seriamente sus ideas sobre el sistema solar. Desde entonces, hemos hallado una treintena larga de cuerpos similares que describen sus órbitas a través del sistema solar exterior. Es probable que haya una cohorte entera de objetos así. En su conjunto constituirían el cinturón de Kuiper, región del sistema solar bautizada en honor al astrónomo estadounidense de origen holandés Gerard P. Kuiper, quien, en 1951, defendió su existencia.
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TEMAS 15
1. LOS CONFINES DEL SISTEMA SOLAR han preservado la materia primordial subsistente desde los tiempos en que se formaron los planetas. En esas épocas arcanas, Plutón (en primer plano) podría haber capturado a su satélite Caronte (derecha), al tiempo que catapultaba a un tercer cuerpo (arriba) hacia el espacio. En aquellos momentos la zona estaría llena de polvo y abundarían en ella los objetos en formación del cinturón de Kuiper.
SISTEMAS SOLARES
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SATURNO
NEPTUNO CINTURON DE KUIPER
2. LA GRAVEDAD DE LOS PLANETAS barrió durante las primeras etapas del sistema solar los pequeñ os cuerpos situados dentro de la órbita de Neptuno. Algunos de ellos se aba-
¿Qué llevó a Kuiper a creer, hace casi medio siglo, que el disco del sistema solar estaba poblado por numerosos cuerpos de pequeño tamaño que giran alrededor del Sol a enorme distancia de éste? Desarrolló la idea a partir de los datos fundamentales rela-
JUPITER
SOL
URANO
lanzarían en dirección al Sol, mientras que otros saldrían disparados hacia afuera, hacia la lejana nube de Oort (que no aparece en la ilustración ).
tivos a ciertos cometas, los densos conglomerados de hielo y roca que regularmente se precipitan hacia el Sol desde los confines del sistema solar. Muchos de estos objetos, pequeños en comparación, ofrecen espectaculares apariciones periódicas cuando su tem-
SOL
peratura, por la acción de los rayos solares, aumenta lo suficiente para que el polvo y el gas de su superficie se disipen y se creen los halos luminosos (las grandes “comas”) y las largas colas. Se sabe desde hace mucho que estos cometas activos son, a escala astronómica, unos recién llegados al sistema solar interior. Un cuerpo como el cometa Halley, que se deja ver cada 76 años, pierde aproximadamente una diezmilésima de su masa cada vez que se acerca al Sol. Sobrevivirá, pues, sólo unas 10.000 órbitas, medio millón de años quizá. La creación de los cometas de este tipo se remonta a la del sistema solar, hace unos 4500 millones de años, y a estas alturas ya tendrían que haber perdido sus elementos volátiles y no debería quedar de ellos más que unos núcleos rocosos e inactivos o unos difusos torrentes de polvo. Entonces, ¿por qué hay todavía tantos cometas que deslumbran con su vistosidad a quienes los contemplan?
NEPTUNO
Luces de guía
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100 UNIDADES ASTRONOMICAS
3. PUEDE QUE INCONTABLES OBJETOS del cinturón de Kuiper recorran sus órbitas lejos del Sol, pero no todos pued en observarse desde la Tierra. Los cuerpos (círculos) que cabe esperar razonablemente que descubra el telescopio de Mauna Kea, en Hawai, están situados por lo normal cerca del borde interno del cinturón, tal como muestra esta simulación por ordenador de la distribución de la materia distante.
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os cometas que ahora están acti vos se formaron en los albores del sistema solar, pero permanecieron en estado de inactividad, la mayoría conservados en la nube de Oort, una especie de congelador celeste. El astrónomo holandés Jan H. Oort propuso en 1950 la existencia de esta esfera de material cometario. Sostenía que su diámetro era de unas 100.000 unidades astronómicas (una UA es la distancia igual a la separación promedio entre la Tierra y el Sol, unos 150 millones de kilómetros) y que contenía cientos de miles de millones de cometas. Según la idea de Oort, el tirón gravitatorio aleatorio de las
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estrellas que pasan cerca de la nube Como esos residuos dispersos del desplaza la órbita estable de algunos material primigenio estarían muy de los cometas situados en su parte alejados del Sol, tendrían temperatuexterna y desvía de forma gradual el ras superficiales bajas; sería, pues, rumbo de los mismos hasta que se probable que los objetos remotos se precipitan hacia el Sol. hallaran compuestos de agua helada La hipótesis de Oort ha explicado y de varios gases congelados. Se paremuy bien el tamaño y la orientación cerían mucho, si es que no eran idénde las trayectorias que siguen los ticos, a los núcleos de los cometas. cometas de período largo (los que tarLa hipótesis de Kuiper languideció dan más de 200 años en dar un giro hasta que, en los años setenta, Paul alrededor del Sol) durante este medio C. Joss puso en entredicho que la grasiglo. La dirección por la que entran vedad de Júpiter fuera capaz, en la en la región planetaria es aleatoria, práctica, de transformar los cometas conforme cabría esperar de su origen de período largo en cometas de período en un repositorio esférico, como la corto. Señaló que la probabilidad de nube de Oort. Pero la hipótesis no que se verificase la captura gravitatoofrece explicación alguna de los come- ria era tan nimia, que el elevado tas de período corto, que describen número de cometas de período corto órbitas más pequeñas y poco inclina- existente en la actualidad no tendría, das con respecto al plano orbital de la sencillamente, ni pies ni cabeza. Pero Tierra, la eclíptica. otros investigadores no lograron conLa mayoría creía que los cometas firmar este resultado, por lo que se de período corto describieron en un principio inmensas órbitas orientadas al azar (como hacen hoy los cometas SATURNO de período largo) y que la gravedad SOL QB1 de los planetas (principalmente la de Júpiter) los fue desviando hasta que adoptaron la configuración orbital que tienen ahora. No todo el mundo aceptaba esta idea. Kenneth Essex Edgeworth, un investigador irlandés de alta alcurnia que no pertenecía a ninguna institución científica, escribió ya en 1949 un artículo riguroso en PLUTON URANO el que predecía la existencia de un NEPTUNO anillo fino de cometas en el sistema 20 UNIDADES ASTRONOMICAS solar exterior. Kuiper también estudió la existencia de un cinturón de cometas en su artículo de 1951, sin hacer referencia al trabajo anterior de Edgeworth. Argumentó Kuiper —como otros— que el disco del sistema solar no podía terminar bruscamente en las cercanías de Neptuno o de Plutón (que pugnan por el honor de ser el planeta más distante del Sol). Su idea era que más allá de ambos había un cinturón de materia residual procedente de la formación de los planetas. La densidad sería allí tan pequeña que habría impedido la generación de cuerpos planetarios por acreción, pero no la de objetos menores, de un tamaño parecido quizás al de los asteroides.
siguió aceptando que la nube de Oort era la fuente de los cometas, fueran de período corto o largo.
Cometas de período corto
P
ero Joss había sembrado la semilla de la duda y poco a poco otros astrónomos fueron poniendo en cuestión la teoría comúnmente aceptada. Julio A. Fernández hizo en 1980 unos cálculos que sugerían que los cometas de período corto procedían de la fuente transneptuniana de Kuiper. Martin J. Duncan, Thomas Quinn y Scott D. Tremaine, valiéndose de simulaciones por ordenador, investigaron en 1988 de qué manera podrían los gaseosos planetas gigantes capturar cometas. Como Joss, vieron que el proceso funcionaba bastante mal, y dudaron de la veracidad de esa arraigada expli-
QB1
4. LAS SECUENCIAS de exposiciones CCD, realizadas en 1992, revelan claramente el objeto QB1 del cinturón de Kuiper sobre un fondo de estrellas fijas (centro y abajo). Estas dos imágenes solamente cubren una pequeña parte del cuadro completo obtenido con el CCD (arriba, a la derecha), que los autores tuvieron que analizar antes de identificar QB1 ( flechas) y determinar su órbita (arriba, a la izquierda).
SISTEMAS SOLARES
99
cación sobre el origen de los cometas Ibamos a buscar, con la poca luz solar sutil, pero parecía claro. Al comparar de período corto. E hicieron además que nos llegaría reflejada desde tama- las dos primeras imágenes con la terque sonase una nueva alarma. Sus ñas distancias, cualquier objeto que cera, comprendimos que habíamos estudios indicaban que los pocos come- pudiera haber en el sistema solar encontrado algo fuera de lo común. tas que la fuerza gravitatoria de los exterior. Al principio usamos placas Su lento movimiento por el cielo indigrandes planetas podría arrancar de fotográficas, pero pronto vimos que caba que el o bjeto recién descubierto la nube de Oort tendrían que mo verse un detector electrónico (un dispositivo podría estar allende incluso de los en un enjambre esférico; sin embargo, de carga acoplada, CCD), instalado puntos más remotos de la órbita de las órbitas de los cometas de período en uno de los mayores telescopios que Plutón. Con todo, aún nos quedaba la corto tienden a estar en planos cerca- hay, sería más prometedor. sospecha de que el misterioso objeto nos a la eclíptica. Llevamos a cabo la mayor parte de fuese en realidad un asteroide cercano Su conclusión fue que las órbitas nuestro estudio con el telescopio de a la Tierra que se desplazara paraleoriginales de los cometas de período 2,2 metros de la Universidad de Hawai, lamente a ésta (lo que también caucorto no estarían más que ligeramente en el Mauna Kea. El método consistió saría un movimiento aparente lento). inclinadas con respecto al plano de la en utilizar una serie de CCD para Las mediciones realizadas después eclíptica, perteneciendo quizás a un tomar cuatro exposiciones consecuti- descartaron tal posibilidad. cinturón estrecho de cometas en el vas de 15 minutos de una zona deter Volvimos a observar este cuerpo tan sistema solar exterior. Pero la hipó- minada del cielo y, por medio de un curioso las dos noches siguientes y tesis del cinturón de Kuiper no que- ordenador, exhibir las imágenes de la obtuvimos medidas precisas de su posidaba exenta de toda duda. Para que secuencia en rápida sucesión, proceso ción, brillo y color. Comunicamos los los cálculos fuesen factibles, habían que los astrónomos denominan “par- datos a Brian G. Marsden, director de multiplicado por 40 las masas de los padeo”. Cualquier objeto que parezca la Oficina Central de Telegramas planetas exteriores; de esa forma cre- moverse sobre el fondo de estrellas (a Astronómicos de la Unión Astronómica cía la atracción gravitatoria y se ace- las que se ve inmóviles) manifestaría Internacional, en el Observatorio leraba la evolución orbital que que era miembro del sistema solar. Smithsoniano de Astrofísica en Camdeseaban examinar. Otros astrofísicos Continuamos nuestra búsqueda bridge, Massachusetts. Sus cálculos se preguntaban si esta artimaña no durante cinco años, sin obtener resul- indicaron que el objeto que habíamos conduciría a conclusiones erróneas. tados positivos. Pero la técnica a nues- descubierto giraba alrededor del Sol a tro alcance mejoraba tan rápidamente una gran distancia (40 UA), algo infeque nos fue fácil mantener el entu- rior a lo que habíamos supuesto ini¿Por qué no mirar, siasmo (ya que no la subvención) en cialmente. Le asignó al cuerpo recién simplemente? la constante persecución de nuestra descubierto una denominación formal, escurridiza presa. El 30 de agosto de no muy agraciada que se diga, basada ntes incluso de que Duncan, 1992 tomábamos la tercera exposición en la fecha del descubrimiento: “1992 Quinn y Tremaine publicaran su de una secuencia de cuatro, mientras QB1”. Nosotros hubiéramos preferido trabajo, nos preguntábamos si el sis- “parpadeaban” las dos primeras imá- que se le llamase “Smiley”, como el tema solar exterior estaba realmente genes en el ordenador. Nos dimos espía de John Le Carré, pero la con vacío, si no estaría repleto de peque- cuenta de que una débil “estrella” servadora comunidad astronómica no ños cuerpos aún no vistos. Empren- había cambiando de posición ligera- hizo suyo el nombre. dimos en 1987 un rastreo telescópico mente entre los cuadros. Nos quedaNuestras observaciones demostrapara afrontar con rigor la cuestión. mos mudos. El movimiento era muy ron que QB1 refleja una luz rica en
A
2060 QUIRON SOL
SATURNO
URANO
NEPTUNO
20 UNIDADES ASTRONOMICAS
100
5. QUIRON 2060 podría haber escapado del cinturón de Kuiper hacia su órbita actual, que cruza órbitas planetarias (izquierda). Aunque bastante débil, la sutil incandescencia que lo rodea (página siguiente) emparienta este objeto con otros cuerpos “activos”, como el cometa Peltier (arriba).
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matices rojos, comparada con la luz ticas. Por ejemplo, todos ellos se alojan y Jack L. Wisdom abordaron el prosolar que lo ilumina. Esta coloración allende la órbita de Neptuno, lo que blema mediante simulaciones por tan poco común sólo tiene parangón hace pensar que este planeta pudiera ordenador. Demostraron que en un con otro objeto del sistema solar: un definir el borde interior del cinturón. período de 100.000 años la influencia asteroide o cometa muy peculiar lla- Y sus órbitas no están más que un poco gravitatoria de los planetas gaseosos mado Pholus 5145. Se atribuye el tono inclinadas respecto a la eclíptica, lo gigantes, es decir, Júpiter, Saturno, rojizo de Pholus 5145 a la presencia que concuerda con la existencia de un Urano y Neptuno, expulsa a los comeen su superficie de materia oscura con cinturón aplanado de cometas. Los tas que giran alrededor del Sol de su abundancia de carbono. La similitud objetos que conforman el cinturón de entorno y los envía a los confines del entre QB1 y Pholus 5145 hizo que nos Kuiper son millones de veces más débi- sistema solar. Pero un elevado porapasionásemos aún más durante los les de lo que puede observarse a sim- centaje de cometas transneptunianos primeros días posteriores al descubri- ple vista. Los diámetros de los conoci- logra burlar ese destino y permanecer miento. El objeto que acabábamos de dos van de los 100 a los 400 kilómetros; en el cinturón pasados incluso 4500 localizar podría estar recubierto de son bastante menores que Plutón millones de años. Por tanto, es probaalgún tipo de material de color rojo (2300 kilómetros de diámetro) y que ble que los objetos del cinturón de donde abundasen los compuestos orgá- su satélite Caronte (1100 kilómetros Kuiper instalados a más de 40 UA del nicos. ¿Qué tamaño tenía este nuevo de diámetro). Sol hayan permanecido en órbitas y bermejo mundo? En función de nuesestables desde la formación del sistra serie de mediciones preliminares, tema solar. Almacenamiento calculamos que QB1 medía entre 200 Se cree también que el cinturón de y 250 kilómetros, unas 15 veces el de cometas en frío Kuiper ha tenido la masa suficiente núcleo del cometa Halley. para proporcionar todos los cometas Al principio no estaban muy seguros l muestreo actual es aún muy de período corto que se hayan formado. algunos de que nuestro descubrimodesto, pero el número de nuevos Parece, pues, un excelente candidato miento de QB1 significara realmente cuerpos encontrados hasta ahora en el a “almacén de cometas”. Y el mecaque hubiese una población de objetos sistema solar basta para confirmar la nismo de transferencia al exterior del en el sistema solar exterior, como existencia del cinturón de Kuiper sin repositorio ya se conoce bien. Las habían vaticinado Kuiper y otros auto- ningún género de dudas. Tam bién simulaciones por ordenador demuesres. Pero este escepticismo empezó a parece claro que el cinturón cuenta con tran que la gravedad de Neptuno erodesvanecerse cuando encontramos un una población considerable; nosotros siona muy lentamente el borde interior segundo cuerpo en marzo de 1993. Este calculamos que debe contener al menos del cinturón (la región situada a menos objeto se halla tan lejos del Sol como 35.000 objetos con diámetros superio- de 40 UA del Sol) y lanza los objetos QB1, aunque en el lado opuesto del res a los 100 kilómetros. Por tanto, su de esa zona hacia el interior del sissistema solar. Varios grupos de inves- masa total es probablemente cientos tema solar. Al final muchos de estos tigación se han sumado durante los de veces mayor que la del cinturón de pequeños objetos, convertidos en cometres últimos años a la tarea y se han asteroides situado entre las órbitas de tas, se irán quemando poco a poco. sucedido los descubrimientos. El Marte y de Júpiter. Algunos, como el Shoemaker-Levy 9, número de objetos conocidos del cinPuede que el cinturón de Kuiper que chocó contra Júpiter en julio de turón transneptuniano de Kuiper es abunde en materia, pero ¿es la fuente 1994, podrían terminar sus vidas súbiactualmente de 32. de donde salen los cometas de período tamente al estrellarse contra un plaComparten una serie de caracterís- corto y vida breve? Matthew J. Holman neta o contra el Sol. Otros caerán en
E
SISTEMAS SOLARES
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RESONANCIA
4:3
0,4
3:2
0,3 PLUTON
D A D I C I R T N E C X E
0,2
0,1
NEPTUNO
0 30
1995 DA2
35 40 45 SEMIEJE MAYOR (UNIDADES ASTRONOMICAS)
50
6. LA RESONANCIA DEL MOVIMIENTO MEDIO determina el tamaño y la forma de las órbitas de muchos de los objetos del cinturón de Kuiper. Los parámetros que describen las órbitas son la excentricidad (desviación de la forma circular) y el semieje mayor ( flecha roja). Al igual que Plutón, alrededor de la mitad de los cuerpos del cinturón de Kuiper conocidos hasta ahora (puntos rojos ) dan dos vueltas alrededor del Sol mientras Neptuno describe tres, una resonancia orbital de 3:2. La órbita del objeto DA 2 1995 cae en otra de las resonancias. Renu Malhotra sugiere que este comportamiento refleja la evolución primitiva del sistema solar, cuando se produjo la expulsión de numerosos cuerpos pequeños y los planetas principales se apartaron del Sol.
un “tirachinas gravitatorio” que los disparará hacia el remoto espacio interestelar. Si el cinturón de Kuiper es efectivamente la fuente de los cometas de período corto, surge otra pregunta natural. En estos momentos, ¿hay cometas del cinturón que se encaminen hacia el interior del sistema solar? Los Centauros, un grupo de objetos al que pertenece el cuerpo extremadamente rojo Pholus 5145, podrían encerrar la respuesta. Viajan describiendo unas órbitas enormes, que cruzan las de los planetas y son esencialmente inestables. Los Centauros sólo permanecen entre los planetas gigantes algunos millones de años antes de que las influencias gravitatorias los expulsen del sistema solar o los sitúen en órbitas más restringidas. Como su vida orbital es mucho más corta que la edad del sistema solar, los Centauros no pudieron engendrarse donde se encuentran actualmente, pero la forma de sus órbitas hace que sea virtualmente imposible deducir su lugar de origen con una seguridad total. No obstante, la reserva más cercana (y más probable) es el cinturón de Kuiper. Los Centauros, pues, serían cometas de transición, antiguos objetos del cinturón de paso hacia unas vidas cortas, aunque espectaculares, en el sistema solar interior. La prueba más fehaciente en favor de esta hipótesis pro viene de un Centauro en particular:
102
Quirón 2060. Pese a que sus descubridores creyeron al principio que se trataba de un asteroide poco común, ahora ha quedado establecido que Quirón 2060 es un cometa activo, con un coma débil y persistente. Mientras se persevera en el estudio del cinturón de Kuiper, algunos se preguntan si podría haber generado otros objetos y no sólo cometas. ¿Es una coincidencia que Plutón, su satélite Caronte y Tritón, satélite de Neptuno, se encuentren muy cerca del cinturón de Kuiper? El interrogante brota ante el hecho de que compartan Plutón, Caronte y Tritón propiedades básicas y, sin embargo, difieran drásticamente de sus vecinos. Plutón y Tritón, por ejemplo, son mucho más densos que los planetas gigantes gaseosos del sistema solar exterior. También sus movimientos son bastante extraños. Tritón gira alrededor de Neptuno en sentido “retrógrado”, el opuesto a la dirección orbital de todos los planetas y la mayoría de los satélites. La órbita de Plutón está muy inclinada respecto a la eclíptica y dista tanto de ser circular que llega incluso a cruzar la órbita de Neptuno. Sin embargo, Plutón está protegido de una posible colisión con el planeta mayor por una relación orbital especial: una resonancia del movimiento medio 3:2. Dicho de modo más simple, cada tres órbitas de Neptuno alrededor del Sol, Plutón da dos. Las piezas de este rompecabezas
celeste encajarían si supusiésemos que Plutón, Caronte y Tritón fuesen los últimos supervivientes de un conjunto, mucho mayor en otro tiempo, de objetos de un tamaño similar, idea presentada por S. Alan Stern en 1991. Estos tres cuerpos podrían haber sido arrastrados por Neptuno, que capturó a Tritón y ligó Plutón —quizá con Caronte de remolque— hasta situarlos en su resonancia orbital actual. Resulta interesante que las resonancias orbitales influyan también en la posición de muchos objetos del cinturón de Kuiper. La mitad de los cuerpos descubiertos presentan la misma resonancia orbital 3:2 que Plutón y, como éste, podrían describir sus órbitas con tranquilidad durante miles de millones de años. (La resonancia impide que Neptuno se acerque demasiado al cuerpo menor y perturbe su órbita.) Hemos llamado “plutinos” (pequeños plutones) a estos objetos del cinturón. A juzgar por la pequeña fracción del firmamento que hemos examinado nosotros, calculamos que hay varios miles de plutinos de más de 100 kilómetros de diámetro. Los recientes descubrimientos de objetos del cinturón de Kuiper proporcionan una nueva perspectiva del sistema solar exterior. Ahora Plutón nos parece especial sólo porque es mayor que cualquier otro cuerpo del cinturón de Kuiper. Incluso podríamos dudar si Plutón merece la categoría de planeta con todas las de la ley. Por ironía de las cosas, una línea de investigación que quería hallar un décimo planeta podría, en cierto sentido, haber dejado su número en sólo ocho. Esta paradoja y las numerosas y apasionantes observaciones que hemos hecho de los objetos del cinturón de Kuiper nos recuerdan que el sistema solar guarda aún incontables sorpresas.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA OF SHORT PERIOD COMETS. Martin Duncan, Thomas Quinn y Scott Tremaine, en Astrophysical Journal, vol. 328, págs. L69-L73, 15 de mayo de 1988. THE K UIPER B ELT O BJECTS. J. X. Luu, en Asteroids, Comets, Meteors 1993. Dirigido por A. Milani, M. Di Martino y A. Cellino. Kluwer Academic Publishers, 1993. THE SOLAR SYSTEM BEYOND NEPTUNE . D. C. Jewitt y J. X. Luu en Astronomical Journal, vol. 109, número 4, págs. 18671876, abril de 1995.
THE ORIGIN
THE O RIGIN
OF
PLUTO’S ORBIT: I MPLICA-
TIONS FOR THE
SOLAR S YSTEM BEYOND
NEPTUNE. Renu Malhotra en Astronomi-
cal Journal, vol. 110, págs. 420-429, julio de 1995.
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Compañeros de otros soles
Planetas gigantes de lejanas estrellas Geoffey W. Marcy y R. Paul Butler
La grandiosidad de una noche cuajada de estrellas nos lleva a preguntarnos sobre las infinitas posibilidades del cosmos
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E
s probable que los seres huma- la estrella se bambolee debido a que dio camino entre las de los planetas nos se hayan preguntado desde cerca de ella gire un planeta que des- y las estrellas verdaderos. los tiempos más remotos por criba una revolución completa cada la posible existencia de otros habi- 4,2 días a la escalofriante velocidad Cómo se localizan tantes del universo. Las preguntas de 482.000 kilómetros por hora, es deque se hacen los astrónomos actua- cir, a más de cuatro veces la que llelos planetas extrasolares les, armados con la prueba de que va la Tierra en su deambular en torhay realmente planetas que descri- no al Sol. e ha tardado mucho tiempo en ben órbitas en torno a otras estrellas, hallar planetas extrasolares porLa exploración de otras 107 estreson más concretas: ¿cómo serán eso s llas semejantes al Sol, realizada por que detectarlos desde la Tierra es explanetas?, ¿de los 100.000 millones nosotros en las Universidades Esta- tremadamente difícil, incluso emde estrellas de nuestra Vía Láctea tal de San Francisco y de California pleando las técnicas actuales. A difecuántas los tendrán?, ¿cuántos serán en Berkeley, dio como resultado el des- rencia de las estrellas, que están áridos desiertos o frígidas esfera s de cubrimiento de seis planetas más. En- alimentadas por reacciones nucleahidrógeno?, ¿habrá alguno que ten- tre ellos se encontraba uno que gira res, los planetas reflejan débilmente ga exuberantes bosques y océanos re- en torno a la estrella 16 B del Cisne, la luz y emiten radiación térmica inpletos de vida? que había sido descubierto indepen- frarroja. En nuestro sistema solar, por Es la primera vez en la historia que dientemente por los astrónomos Wi- ejemplo, el Sol brilla unos mil millopueden plantearse tales preguntas lliam D. Cochran y Artie P. Hatzes, nes de veces más que sus planetas en porque en los últimos años se han de- del Observatorio McDonald de la Uni- el espectro visible y un millón de vetectado casi una decena de planetas versidad de Texas en el Monte Locke, ces más en el infrarrojo. A causa de que giran alrededor de estrellas se- Texas occidental. la extrema debilidad del brillo de los mejantes al Sol. Michel Mayor y DiLa existencia de un octavo planeta planetas distantes, los astrónomos dier Queloz, del Observatorio suizo de se dio a conocer en abril de 1997, cuan- han tenido que idear métodos espeGinebra, fueron quienes descubrieron do el grupo dirigido por Robert W. No- ciales para localizarlos. El preferido el primero de ellos en octubre de 1995 . yes, de la Universidad de Harvard, lo en la actualidad es la técnica Doppler, Observando la estrella 51 de la cons- detectó en órbita alrededor de la es- que lleva consigo el análisis de los telación de Pegaso notaron un sospe- trella Rho de la Corona Boreal. Se han bamboleos de los movimientos estelachoso balanceo, un corrimiento cícli- observado otros grandes objetos, en- res. co de la luz hacia los extremos azul y tre ellos el que gira en torno a la esHe aquí cómo se usa. Un planeta rojo del espectro. La duración de este trella conocida por su número de ca- circundante ejerce una fuerza gravicorrimiento Doppler hace pensar que tálogo HD114762, detectado en 1989 tatoria sobre la estrella anfitriona, por el astrónomo David W. fuerza que la obliga a describir una Latham y sus colaboradores trayectoria circular u ovalada que imide Har va rd y el Centro ta en miniatura la órbita del planeta. Smithsoniano de Astrofísi- Como dos bailarines que girasen uno ca. Pero este voluminoso alrededor del otro, el bamboleo de la compañero tiene una masa estrella revela la presencia de planemás de diez veces superior a tas acompañantes, aun cuando no puela de Júpiter, como le suce- dan verse directamente. de al descubierto alrededor El problema es que este movimiende la estrella 70 de la cons- to estelar resulta extremadamente petelación Virgo, cuya masa es queño observado a grandes distancias. 6,8 veces la de Júpiter. To- Quienquiera que mirase a nuestro Sol dos estos cuerpos y otros pa- desde una distancia de 30 años luz lo recidos, como el descubierto vería moverse por un círculo de radio en 1998 por investigadores no mayor que la séptima par te de una del Instituto Astrofísico de millonésima de grado. En otras palaCanarias, G196-3 B en la bras, el tamaño de la minúscula osciconstelación de la Osa Ma- lación circular del Sol sería comparayor, son tan grandes que la ble al de una moneda no muy grande mayor parte de los astróno- vista a 10.000 kilómetros. mos dudan si considerarlos Pero el balanceo se manifiesta tamgrandes planetas o pequeñas bién por el efecto Doppler que presenestrellas enanas, entidades ta la luz. Cuando una estrella descricuyas masas se hallan a me- be un movimiento de vaivén respecto
S
1. LA NEBULOSA DE ORION, un turbulento remolino de gases luminosos y de brillantes estrellas, muestra la formación estelar en curso. Situada a 1500 años luz de la Tierra en el brazo espiral de la Vía Láctea, la nebulosa se formó por la condensación de nubes interestelares, originándose muchas nuevas estrellas. Entre ellas se cuentan al menos 153 discos protoplanetarios considerados sistemas solares embriónicos. A la izquierda se ofrecen seis tomas de tales discos. Cuatro están vistos desde arriba, con un quinto visto de canto en dos longitudes de onda diferentes. Juntos revelan gas y polvo en rotación alrededor de estrell as que tienen millones de años de antigüedad, materiales que con el tiempo deberán formar planetas. Los diámetros de los discos varían entre dos y diecisiete veces el de nuestro sistema solar.
SISTEMAS SOLARES
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ORBITAS DE LA ESTRELLA Y DEL PLANETA VISTAS DE LADO
ESTRELLA
ORBITAS DE LA ESTRELLA Y DEL PLANETA VISTAS DESDE ARRIBA
a la Tierra, su luz se estira y se comprime periódicamente, corriéndose alternativamente hacia los extremos azul y rojo del espectro. Este corrimiento Doppler cíclico permite que los astrónomos reconstruyan la perturbación de la trayectoria y calculen las masas, las órbitas y las distancias implicadas por medio de las leyes del movimiento de Newton. El corrimiento Doppler es en sí extremadamente pequeño, pues las ondas luminosas de la estrella se expanden y se comprimen alrededor de una parte en diez millones como consecuencia de la atracción de un planeta grande, del tamaño aproximado de Júpiter. La velocidad con la que bascula nuestro Sol no es más que de 12,5 metros por segundo, pivotando alrededor de un punto situado justo por encima de su superficie. Para detectar planetas que rodeen a otras estrellas las medidas han de ser e xtremadamente precisas, con errores en las velocidades estelares inferiores a diez metros por segundo. Actualmente es posible medir los movimientos estelares con una precisión de tres metros por segundo en más y en menos empleando la técnica Doppler, lo que equivale a la velocidad de un paseo en bicicleta. Para hacerlo se emplea una célula de absorción de yodo —una botella de vapor de yodo— colocada cerca del foco del telescopio. La luz de la estrella que pasa a su través pierde ciertas longitudes de onda específicas, revelando minúsculos corrimientos de las restantes. Esta técnica es tan sensi-
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2. UN PLANETA QUE GIRA alrededor de su estrella anfi triona la hace bambolearse. Aunque los astrónomos no hayan podido ver todavía ninguno de estos planetas d esde la Tierra, pueden deducir su tamaño, su masa y la distan cia a que se encuentran de la estrella analizando las oscilaciones de la luz enviada por ella.
ble que pueden me- ocho nuevos planetas muestren dos dirse variaciones de características inesperadas. La prilongitudes de onda de mera es que las órbitas de dos de ellos una parte en cien mi- son elípticas, mientras que las de los llones. planetas de nuestro sistema solar son La luz de las estre- casi circulares. Y cinco de los nuevos llas registrada por planetas describen además órbitas los espectrómetros muy próximas a sus estrellas, a mey analizada con or- nor distancia de la que se encuentra denadores pone de Mercurio respecto al Sol. No está clamanifiesto las oscila- ra la razón de que tan gigantescos placiones debidas a la netas se muevan tan cerca; algunos PLANETA influencia de compa- casi rozan los ardientes gases coronañeros orbitales. Por les de sus respectivas estrellas. Estos ejemplo, la masa de datos son incomprensibles si se tiene Júpiter, el mayor de en cuenta que el radio de la órbita de los planetas de nues- Júpiter es cinco veces mayor que el de tro sistema solar, no la Tierra. Todo ello obliga a revisar el es más que la milési- origen de nuestro sistema solar y las ma parte de la del explicaciones aceptadas de la formaSol. Cada 11,8 años (la duración del ción de los planetas. período orbital de Júpiter) el Sol oscila en un círculo que es la milésima Creación planetaria parte del tamaño de la órbita de Júpiter. Los otros ocho planetas tamo que se sabe sobre los nueve plabién producen perturbaciones de la órbita solar, aunque de menor cuannetas de nuestro propio sistema solar ha servido de base para la teotía. Fijémonos en la Tierra, cuya masa es 1/318 de la de Júpiter, estando ría corrientemente aceptada de la su órbita cinco veces más cercana. Su formación planetaria, según la cual influencia no da para que el Sol se los planetas se forman a partir de un mueva más que cinco centímetros en disco plano de gas y de polvo que se un segundo. encuentra en rotación y que ocupa el Pero sigue habiendo incertidumbres plano ecuatorial de las estrellas. La sobre la masa de los planetas extra- materia del disco describiría órbitas solares. Si los planos orbitales se pre- circulares en el mismo plano y en la sentan “de canto”, se obtendrá su ver- misma dirección en que lo hacen acdadera masa, pero si están inclinados tualmente nuestros nueve planetas. se reduce el corrimiento Doppler, Este enfoque impide que se formen puesto que el movimiento de vaivén planetas tanto en las zonas muy visto desde la Tierra es menor. Lo más próximas a la estrella como en las que puede hacerse si no se conoce la muy alejadas, debido a la escasez de inclinación orbital de un planeta es materiales para ello, que además se calcular su masa mínima, pues la ver- encuentran a temperaturas inadedadera pudiera ser mayor. cuadamente altas o bajas, según sea Es así como el análisis de la luz pro- el caso. Pero puede que tales conjeturas socedente de unas trescientas estrellas semejantes al Sol —situadas todas bre los planetas del resto del univerdentro del radio de 50 años luz de la so sean estrechas de miras, por lo que Tierra— ha permitido que se descu- vamos conociendo. El planeta que gibrieran ocho planetas cuyos tamaño ra alrededor de la estrella 47 de la y masa se parecen a los de Júpiter y Osa Mayor resulta ser el único que se Saturno. Las masas van de la mitad parece a lo que pudiera esperarse, de la de Júpiter a siete veces más; los pues su volumen mínimo es de 2,4 veperíodos orbitales están entre 3,3 días ces la masa de Júpiter y tiene una óry tres años y las distancias a las es- bita circular cuyo radio es de 2,1 unitrellas anfitrionas varían entre me- dades astronómicas (UA); una UA renos de la vigésima parte de la distan- presenta la distancia media Tierra-Sol cia de la Tierra al Sol y más del doble de 150 millones de kilómetros. De made ella (véase la figura 4 ). sa algo mayor que la de Júpiter, este Resulta sorprendente que estos planeta describe una órbita casi cir-
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cular más alejada de su estrella que cho mayor que el que tiene. No es ab- persar gravitatoriamente las órbitas Marte lo está del Sol. Si se colocase surdo pensar que las esferas de los planetarias. en nuestro sistema solar, parecería el cuatro planetas gigantes de nuestro Los más extraños de los nuevos plahermano mayor de Júpiter. sistema solar —Júpiter, Saturno, netas son los cuatro llamados planePero el resto de los compañeros pla- Urano y Neptuno— hubiesen sido tas 51 Peg, que muestran períodos ornetarios de otras estrellas nos descon- más grandes si el disco protoplane- bitales inferiores a 15 días. Se trata cierta. Los dos planetas que siguen tario original hubiera tenido más ma- del propio 51 de Pegaso, del Tau del órbitas elípticas tienen excentricida- sa o hubiera seguido existiendo du- Boyero, el 55 de Cáncer y el Ypsilon des de 0,68 y 0,40. (Una excentricidad rante más tiempo. El sistema solar de Andrómeda, cuyos períodos orbitanula representa una circunferencia contendría entonces cuatro superpla- les son justamente de 4,2, 3,3, 14,7 y perfecta mientras que una excentri- netas, cada uno de los cuales ejerce- 4,6 días respectivamente. cidad 1,0 es una elipse muy alarga- ría fuerzas gravitatorias sobre los Estas órbitas son pequeñas, con rada). Las mayores excentricidades de otros, con perturbaciones recíprocas dios inferiores a la décima parte de la nuestro sistema solar se dan en las de sus órbitas, que pudieran llegar a distancia entre la Tierra y el Sol; de órbitas de Mercurio y de Plutón, con entrecruzarse. hecho son inferiores a un tercio de la un valor aproximado de 0,2 en ambos Los resultados pudieran ser que al- distancia entre Mercurio y el Sol, pecasos; todos los demás planetas pre- gún superplaneta se viese atraído ha- se a lo cual los planetas son tan gransentan órbitas casi circulares (con ex- cia el interior del sistema planetario, des como el mayor de los de nuestro centricidades inferiores a 0,1). algún otro desplazado hacia su peri- sistema solar e incluso más. Su masa Las órbitas excéntricas han hecho feria y hasta puede que algún desgra- varía de 0,44 de la de Júpiter para el cavilar a los astrónomos y les han obli- ciado resultase expulsado de él. Co- 51 Peg hasta 3,64 veces la misma pagado a revisar sus teorías. No habían mo bolas rebotando en una mesa de ra el Tau del Boyero. Sus corrimienpasado dos meses del descubrimien- billar, los dispersos planetas gigantes tos Doppler indican que describen órto del primer planeta cuando ya los podrían adoptar órbitas extremada- bitas circulares. teóricos habían alumbrado nuevas mente excéntricas, del tipo que ahoideas y modificado la teoría clásica de ra presentan tres de los nuevos plala formación de planetas. Los misteriosos planetas netas. Es interesante que este nuevo del tipo 51 de Pegaso Por ejemplo, los astrónomos Pawel modelo del billar implique que ten Artymowicz, de la Universidad de Es- dría que ser posible detectar los grantocolmo, y Patrick M. Cassen, del Cen- des planetas responsables de las óros planetas 51 Peg desafían la teotro de Investigación Ames de la Ad- bitas excéntricas. Pudieran ser plaría corriente de formación planeministración Nacional de Aeronáutica netas en órbitas más externas que las taria, según la cual los planetas giy del Espacio (NASA ), recalcularon las de los detectados hasta ahora. Una gantes como Júpiter, Saturno, Urano fuerzas gravitatorias que intervienen variante de este tema consiste en que y Neptuno tienen que formarse en las mientras los planetas emergen de los fuese una estrella acompañante de la porciones más externas y frías de los discos de gas y de polvo que se obser- estrella central la encargada de dis- discos protoplanetarios y a una dis van en turbulento giro alrededor de estrellas jó venes semejantes al Sol. ESTRELLAS CUERPOS PLANETARIOS CIRCUNDANTES Tales cálculos indican SOL que las fuerzas graMARTE MERCURIO VENUS TIERRA vitatorias ejercidas por 47 URSAE 2.42 M JUP los protoplanetas —plaMAJORIS netas en proceso de formación— sobre los dis51 PEGASI 0.44 M JUP cos gaseosos y polvorientos crean “ondas de 55 CANCRI 0.85 M JUP densidad” alternantes y en espiral, semejantes a 3.64 M JUP TAU BOOTIS los “brazos” de las galaxias espirales, que emYPSILON 0.63 M JUP pujan a su vez a los plaANDROMEDAE netas en formación, aleRHO CORONAE 1.1 MJUP jándolos del movimiento BOREALIS circular. No sería difícil que los planetas fuesen 16 CYGNI B 1.74 M JUP pasando de tener órbitas circulares a tenerlas 6.84 M JUP 70 VIRGINIS elípticas y excéntricas a lo largo de millones de 10 MJUP HD114762 años. Hay otra teoría que 0 1 2 también da cuenta de MJUP = masa de Júpiter SEMIEJE MAYOR DE LAS ORBITAS (UNIDADES ASTRONOMICAS) las grandes excentricidades orbitales. Supón- 3. LOS OBJETOS PLANETARIOS que giran alrededor de estrellas distantes incluyen ocho planegase, por ejemplo, que tas además de HD114762, que, debido a su gran masa, pudiera ser también una enana marrón. Saturno hubiera creci- Estos planetas muestran una gran variedad de distancias orbitales y excentricidades, que ha indo hasta un tamaño mu- ducido a los teóricos a revisar las teorías corrientes de formación de planetas.
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4. UN PROTOPLANETA DE LA MASA DE JUPITER excita “ondas de densidad” en el gas y el polvo de un disco planetario, como muestra este modelo debido a los astrónomos Douglas D.C. Lin y Geoffrey Bryden, de la Universidad de California en Santa Cruz. Esas ondas, que presentan configuraciones
espirales, crean en el disco regiones de densidades grande (rojo), media (verde) y escasa (azul). El protoplaneta se recubre de gas y de polvo hasta que su gravedad no atraiga ya más material circundante. El cuerpo planetario resultante se asienta finalmente en una órbita estable.
tancia mínima de cinco veces la que estrella girando sobre sí misma más da de nuestro disco protoplanetario o hay entre la Tierra al Sol. rápidamente de lo que el protoplane- quizás éste no contuviera gas y polvo Entre los teóricos circula una teo- ta describe la órbita en su derredor, suficientes para ejercer la fuerza de ría modificada de la formación plane- la estrella tenderá a desarrollar un marea necesaria para arrastrarlo. taria que trata de explicar esas ano- abombamiento cuya gravedad tirará Puede que los discos protoplanetarios malías. Los astrónomos Douglas N.C. del planeta hacia delante. Este efec- presenten gran variedad de masas, Lin y Peter Bodenheimer, ambos de to tenderá a lanzarlo hacia una órbi- desde unas pocas hasta varios centela Universidad de California en San- ta mayor, deteniendo así su mortífe- nares de veces la de Júpiter, en cuyo ta Cruz, y Derek C. Wilson, de la Uni- ra espiral hacia dentro. caso la diversidad de los nuevos pla versidad de Washington, amplían el Tal recurso hace que el protoplane- netas pudiera corresponder a diferenmodelo clásico arguyendo que un jo- ta mantenga precariamente la esta- tes masas o a diferentes períodos de ven protoplaneta que se desgajase de bilidad de su órbita, logrando un de- vida de los discos, quizás incluso a diun pesado disco protoplanetario gra- licado equilibrio entre el rozamiento ferentes entornos, incluyendo la prebaría en él un surco que lo dividiría del disco y el tirón hacia adelante de sencia y la ausencia de estrellas próxien una sección interior y otra exte- la estrella giratoria. Incluso antes del mas emisoras de radiación. rior. El disco interior disiparía ener- descubrimiento de los planetas 51 Peg, Por otra parte, el astrónomo David gía a causa de la fricción dinámica, Lin había predicho que Júpiter ten- F. Gray, de la Universidad de Ontahaciendo que tanto su material como dría que haber caído sobre el Sol du- rio Occidental en Canadá, ha puesto el propio protoplaneta se acercasen a rante su formación. Si así fuera, ¿có- en duda la existencia de los planetas la estrella siguiendo órbitas espira- mo sobrevivió? Quizá nuestro siste- 51 Peg, aduciendo que las pretendiles y terminasen por precipitarse so- ma solar contuviera otros “Júpiter” das estrellas portadoras de planetas bre ella. que realmente describieron sus espi- están oscilando de por sí. Sus corriLa salvación del planeta proviene rales hasta caer en el Sol, dejando a mientos Doppler se deberían a oscilade la rápida rotación de las estrellas nuestro Júpiter como único supervi- ciones estelares inherentes, no a pla jóvenes, que giran sobre sí mismas ca- viente. netas que tirasen de ellas. da cinco o diez días. Al acercarse a su ¿Por qué, nos preguntamos, no hay Armados con nuevos datos, los asestrella, un planeta producirá en ella grandes planetas del tipo 51 Peg en trónomos descartan ahora casi por mareas ascendentes, como las que pro- órbitas cercanas al Sol? Tal vez Júpi- completo que tales oscilaciones exisduce la Luna sobre la Tierra. Con la ter se formase hacia el final de la vi- tan. El argumento en contra más po-
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5. EL PROTOPLANETA se forma de la materia del disco que gira en torno a una estrella, abriendo un hueco en el gas y el polvo a partir de los que se condensa. Este modelo ha sido elaborado por Pawel Artymowicz y sus colaboradores. El protoplaneta está rodeado por un campo gravitatorio, o lóbulo de Roche, en el cual se acumula el material bruto del disco, agrupándose hasta formar un cuerpo reconocible como un planeta de gran masa.
otras plagadas de choques que se produjeron en su juventud. Tenemos que dar gracias de que Júpiter acabase describiendo una órbita casi circular. Si se hubiera lanzado por una órbita elíptica, podría haber hecho pedazos a la Tierra, arrojándola fuera del sistema solar. Y puede que la aparición de la vida no hubiese sido posible si Júpiter y la Tierra no hubiesen tenido órbitas estables.
A la caza de planetas
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deroso procede de la unicidad del período y de la frecuencia observados. La mayoría de los sistemas oscilantes, como puedan ser los diapasones, no originan una frecuencia única, sino un grupo de ellas, llamadas armónicos, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la fundamental. Pero resulta que las estrellas 51 Peg tienen un período único, diferenciándose así por completo de las oscilaciones armónicas. Como argumentos adicionales están los de que, según los modelos físicos ordinarios, las oscilaciones más intensas tendrían que producirse a frecuencias más altas que las obser vadas en las estrellas 51 Peg, así como el de que no presenten variaciones en su brillo, lo que implica que no cambien sus tamaños ni sus formas.
Comparaciones planetarias
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unque sintamos la tentación de comparar los ocho nuevos planetas con nuestros nueve, la comparación resulta desgraciadamente muy arriesgada. No pueden deducirse conclusiones firmes nada más que de ocho nuevos planetas. Nuestra capacidad para observar otros tipos de planetas sigue siendo limitada; nuestros instrumentos ni siquiera pueden detectar compañeros del tamaño de la Tierra. Aunque los planetas extrasolares
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detectados hasta ahora tengan períodos orbitales no mayores de tres años, este dato no tiene por qué ser necesariamente representativo de los sistemas planetarios en general. Más bien deriva del hecho de que no se lleve más que un decenio buscando otros planetas con mejores técnicas. Conforme pase el tiempo y se disponga de mediciones Doppler más precisas, es posible que se encuentren otros planetas cuyos períodos orbitales sean más largos. No dejaría de ser curioso que el descubrimiento de tales nuevos planetas demostrase que la historia de nuestro propio sistema solar pudiera haberse desarrollado de manera completamente diferente. Supongamos que la dispersión gravitatoria de los planetas sea un fenómeno corriente en los sistemas planetarios. Vemos en nuestro sistema solar indicaciones de que los planetésimos — cuerpos fragmentarios de hielo y de roca— surcaron el espacio a gran velocidad durante sus mil primeros millones de años. La abundancia de cráteres en la Luna y la gran inclinación del eje de Urano —que es casi perpendicular a los de todos sus vecinos— demuestran que los choques tuvieron que ser corrientes, produciéndose algunos de ellos entre objetos de tamaño planetario. Las nítidas órbitas de nuestro estable sistema solar han surgido de aquellas
n 1996 iniciamos una segunda exploración Doppler de 400 estrellas empleando el telescopio Keck de 10 metros del Observatorio de Mauna Kea, islas Hawai. Mayor y Queloz, del Observatorio de Ginebra, triplicaron el tamaño de su exploración del hemisferio norte hasta unas 400 estrellas, teniendo prevista otra de 500 estrellas más en el hemisferio su r. Exploraciones adicionales de varios cientos de estrellas se realizan con el telescopio de nueve metros Hob by Eb er ly sito en el Observatorio McDonald. Dos telescopios Keck de Mauna Kea y un telescopio binocular de la Uni versidad de Arizona se convertirán para el año 2000 en interferómetros ópticos suficientemente precisos para producir imágenes de planetas extrasolares. La NASA se propone lanzar al menos tres telescopios transportados por vehículos espaciales para detectar planetas en luz infrarroja. Uno de los interferómetros con base espacial propuestos por la NASA, un telescopio de segunda generación conocido como Buscador de Planetas Terrestres , debe ser capaz de obtener imágenes de candidatos a planetas habitables en órbita alrededor de estrellas distantes. Este telescopio, que sin duda es el mayor jamás concebido, podría detectar otros planetas como la Tierra a partir del año 2010. Con un espectrómetro podría analizar la luz de lejanos planetas para determinar la composición de sus atmósferas, datos que permitirían determinar la existencia de actividad
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biológica. Este monumental telescopio espacial abarcará la superficie de un campo de fútbol y dispondrá de cuatro enormes espejos. A juzgar por los datos obtenidos hasta ahora, creemos que hay otros planetas en órbita alrededor de otras estrellas semejantes, muchos del tamaño de Júpiter y algunos del de la Tierra. Puede que hasta un diez por ciento de todas las estrellas de nuestra galaxia posean acompañantes planetarios. Si así fuera, existirían diez mil millones de planetas sin salir de la Vía Láctea. En su búsqueda del planeta ideal parecido a la Tierra, en el que pudiera florecer la vida, los astrónomos se centrarán en planetas que no sean ni demasiado fríos ni demasiado calientes, sino lo suficientemente templados para conservar el agua líquida que actúe como disolvente en los procesos de química orgánica y bioquímicos. El hallazgo de un planeta que tu viera la dosis perfecta de componentes moleculares y cuya órbita se encontrase a la distancia conveniente de su sol desencadenaría un sinfín de preguntas. ¿Contendrá su atmósfera oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono, como la de la Tierra, o ácido sulfúrico y dióxido de carbono, la mortífera combinación de Venus? ¿Existirá una capa protectora de ozono o su suelo estará abrasado por los dañinos rayos ultravioleta? Incluso si tuviera océanos, ¿tendrá el agua un pH suficientemente neutro para permitir el crecimiento de células? Puede incluso que existan formas de vida que se desarrollen perfectamente en el ácido sulfúrico y hasta que se mustien sin él. Si formas de vida primitiva surgiesen en otro planeta, ¿evolucionarán necesariamente hacia la inteligencia o serán nuestras habilidades humanas una especie de premio en una lotería darwinista? ¿Somos los seres humanos un raro capricho de la naturaleza, destinado a no aparecer más que una vez sobre planetas semejantes a la Tierra, aunque el universo rebose de vida primitiva? Por sorprendente que parezca, puede que las respuestas a algunas de esas preguntas se desvelen durante nuestras propias vidas, usando telescopios de los que ya se dispone o que se encuentran en el tablero del proyectista. A duras penas podemos imaginar lo que las futuras generaciones encontrarán al explorar nuestra vecindad galáctica. El destino humano se encierra en la exploración de nuestra galaxia y en el hallazgo de nuestras raíces, biológicas y químicas, entre las estrellas.
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Cómo construir sistemas solares Brett Gladman
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e conoce actualmente una enorme variedad de siste- nebulosa (temperatura, masa y densidad en función de la mas planetarios extrasolares. Los métodos usados distancia a la estrella). Hay misterios adicionales relaciopara descubrirlos confieren un predominio claro a los nados con la persistencia de los discos gaseosos alrededor planetas situados muy cerca de sus estrellas correspon- de las estrellas en formación, con la captura de los gases dientes y de un tamaño parecido al de Júpiter, pero ya se por los planetas o con la influencia que tanto gas pueda atisba una gran diversidad de sistemas solares. Los hay tener en las órbitas de los embriones. Pero pueden hacerse con planetas jupiterinos que giran alrededor de sus estre- estimaciones razonables. llas en órbitas circulares, ya sean cercanas (a distancias Levison, Lissauer y Duncan han realizado un valeroso menores que la de Mercurio) o lejanas (más o menos como intento de estudiar la diversidad de los sistemas planetala de Júpiter). Hay planetas dotados de órbitas muy elíp- rios posibles, que se ha plasmado en veintiocho simulaticas, debido a las influencias gravitatorias de otros pla- ciones numéricas de la agregación de embriones planetanetas o a causas diversas. Se piensa que estos planetas rios. Tras atribuir a los parámetros físicos importantes recién descubiertos son ‘gigantes gaseosos’, con lo que se rangos de valores que verosímilmente abarquen los valoquiere decir que la mayoría de su masa estaría formada res ‘reales’, desconocidos, establecieron distribuciones por hidrógeno y helio, aunque pudieran tener un núcleo iniciales plausibles de los embriones en torno a la estrella, sólido. H. Levison, J. Lissauer y M. Duncan han creado una procediendo luego a calcular sus evoluciones orbitales serie de modelos explicativos recíprocas conforme se fundían de los ‘sistemas solares exterioentre sí o se expulsaban unos a res’ posibles. otros del grupo. Especial impor NUESTRO 318 95 15 17 Uno de los esquemas genetancia reviste (o cautela SISTEMA rales para la formación de plarequiere) el hecho de que sus SOLAR netas gigantes consistiría en la modelos incluyan grandes creación inicial de un conjunto capullos gaseosos que alojan a de ‘embriones’, cuyo tamaño los embriones, lo que favorece 343 estaría comprendido entre los su fusión cuando se aproximan. de Marte y la Tierra, lo que se Los autores procedieron así produciría por agregación de para evitar el conocido prolos ‘planetesimales’ que, con blema de que la poderosa un tamaño aproximado de un fuerza gravitatoria recíproca 39 17 kilómetro, se encontrarían en de los protoplanetas los prola nebulosa anular que rodea yecte a órbitas recorridas a gran a las estrellas jóvenes. Los plavelocidad, primero, para pulvenetesimales se formarían a su rizarlos luego antes de que 15 14 9 vez de los materiales sólidos hayan alcanzado el tamaño diversos que pudiesen condennecesario para que la acumulasarse en lugares concretos, lo ción de gases sea posible. que dependería mucho de la Las simulaciones prosiguen temperatura de la zona. Estos hasta que las órbitas se estabi279 196 44 3 embriones se agruparían luego lizan. El resultado es una gran para formar los ‘núcleos’ de los variedad de sistemas planetaplanetas gigantes, de tamaños rios finales, como muestra la comprendidos entre cinco y figura. Los hay que tienen unos 7 26 21 16 15 4 8 veinte veces el de la Tierra, cuantos planetas muy espacianúcleos que procederían a dos, mientras que otros muesabsorber enormes cantidades tran una distribución regular de de gases de la nebulosa, transmuchos planetas del tamaño de formándose en planetas giganUrano, sin que falten los que 746 1261 593 23 2 tes gaseosos antes de que la presentan planetas grandes estrella central se encendiera y muy juntos. Hasta hay algunos dispersase el gas restante. que se parecen a nuestro propio 1 10 100 Si la precedente descripción sistema solar. Resulta curioso le parece demasiado vaga al que las simulaciones no origiSistemas solares externos obtenidos mediante molector, es que lo está entennen precisamente el tipo de diendo. Se sabe muy poco de delos. El eje horizontal representa la distancia de los planetas extrasolares más conolos procesos físicos subyacentes planetas respecto de su estrella en unidades astrocido, es decir, los objetos del nómicas (la distancia Tierra-Sol). Los números situaa tales fenómenos. Se ignora dos sobre los planetas reflejan sus masas como tamaño de Júpiter muy cercacómo se formarían los plane- múltiplos de la masa terrestre y las marcas inferiores nos a sus estrellas respectivas, tesimales ni cuáles sean la con- indican el rango de distancias que recorren según la lo que pone de relieve que no diciones físicas reinantes en la excentricidad de sus órbitas. se ha tenido en cuenta algún
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principio físico importante. Los autores hacen notar que ni siquiera las grandes tasas de acreción que han utilizado (resultantes de los capullos gaseosos) amortiguan las velocidades planetarias lo suficiente para que resulten sistemas planetarios de órbitas casi circulares, como el nuestro, problema que ya se había presentado en otras simulaciones previas. Dado que la mayor parte de la acreción se supone ocurrida tras la desaparición de los gases, no parece evidente que éstos sean los sospechosos a la hora de eliminar la excitación dinámica. Tienen que actuar otros principios físicos amortiguadores, que pudieran resultar de la influencia de las hordas de planetesimales más pequeños que no entran en los cálculos. La diversidad resultante plantea dos cuestiones. La primera es que el rango de parámetros físicos utilizados (debido fundamentalmente a nuestra ignorancia) es muy superior al de los que la naturaleza presenta en las nebulosas protoplanetarias, lo que justifica que la variedad calculada sea mucho mayor que la observada. Por poner un ejemplo, la masa gaseosa de los núcleos grandes de los modelos se duplicaba en una escala temporal de cuatro órdenes de magnitud; los discos reales puede que no presenten tanta variación, lo que resultaría en intervalos más pequeños de las masas planetarias. La segunda cuestión es la de la predecibilidad de las teorías de formación de sistemas solares. La evolución dinámica de un pequeño número de embriones es muy caótica, lo que conduce a ubicaciones y magnitudes muy diversas de los planetas resultantes. Las presentes simulaciones han proporcionado sistemas estables de entre uno y siete planetas. No es sensato pedir que las teorías de la formación planetaria den como resultado nuestro propio sistema solar con todos sus detalles; lo más que puede demandarse es que generen por lo menos en algunos casos sistemas parecidos al nuestro partiendo de condiciones iniciales consideradas plausibles. Esta forma de ver las cosas
contrasta con la más rígida que predominaba hace un par de decenios, cuando solía suponerse que la mayoría de los sistemas solares tendrían un objeto semejante a Júpiter nada más pasar la ‘línea de la nieve’, es decir, la distancia a partir de la cual las temperaturas son tan bajas que los sólidos helados se condensan, lo que aumenta mucho su densidad superficial y consiguientemente las tasas de acreción locales. El carácter caótico y violento de este proceso, en el que los planetas se zarandean unos a otros haciendo que salgan despedidos algunos de ellos, no favorece a los partidarios de las ‘relaciones de distancia empíricas’, del tipo de la ‘ley’ de Titius-Bode de nuestro propio sistema solar. Si la búsqueda real de la estabilidad tiene algún parecido con estos modelos, las disposiciones finales de los sistemas solares están determinadas por procesos fundamentalmente aleatorios, con la única condición de que los planetas que terminen quedando no estén ‘demasiado cerca’ unos de otros, lo cual significaría que la presunta ley empírica no sería más que un sueño numerológico.
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l número de sistemas planetarios extrasolares se duplicará o se triplicará muy probablemente en un futuro próximo, habiendo posibilidades de que aparezcan algunos cuyos planetas sean menores y estén más alejados de sus estrellas que en los casos actualmente conocidos. Pudiera resultar que los sistemas parecidos al nuestro fuesen raros. Lo más probable es que la mejor comprensión de los procesos físicos de formación provenga del eventual estudio de los discos protoplanetarios situados alrededor de otras estrellas a distancias de una unidad astronómica, la que separa la Tierra y el Sol. Si se buscan estos datos, terminarán obteniéndose, aunque haya que esperar un par de lustros hasta que pueda disponerse de los instrumentos ópticos necesarios.
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