Rosetta al reencuentro con nuestros orígenes

Autor: Josep M. Trigo-Rodríguez

Fuente: http://www.investigacionyciencia.es/blogs/astronomia/45/posts/rosetta-al-reencuentro-con-nuestros-orgenes-12608

El lander Philae hará historia el próximo miércoles al posarse sobre la superficie helada del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

¡Bienvenidos a una nueva entrada del Blog Meteoritos y Ciencias Planetarias! La exploración espacial se enfrenta el próximo miércoles ante una de las maniobras más arriesgadas de su historia. La sonda interplanetaria Rosetta, un complejo ingenio obra de la Agencia Europea del Espacio (ESA), diversas agencias europeas y NASA, que ya se encuentra orbitando su objetivo final: el cometa 67P/ Churyumov-Gerasimenko desplegará su lander Philae para abordar la superficie de ese primitivo objeto. De los veinticinco experimentos científicos que contiene la sonda Rosetta, una decena de ellos conforman la instrumentación puntera que empleará Philae para el análisis físico-químico de la superficie, subsuelo y estructura interna del cometa. Ese ingenio articulado con una masa total de unos 98 kg está dotado de unas patas y un mecanismo de agarre que se antoja exitoso en esa arriesgada maniobra. Así pues, el próximo miércoles la misión Rosetta se enfrenta a su reto más arriesgado: el descenso y amarre a un punto seleccionado de la escabrosa superficie del cometa denominado Agilkia. Muchas son las preguntas que nos planteamos pero intentaré responder a algunas bastante genéricas que se hace el público como, por ejemplo, ¿por qué dedicar un presupuesto de unos cien millones de euros para desarrollar una misión a un lejano objeto helado?

Figura 1. La sonda Rosetta desplegando su lander Philae el próximo miércoles (ESA-C. Carreau/ATG Medialab).
Figura 1. La sonda Rosetta desplegando su lander Philae el próximo miércoles (ESA-C. Carreau/ATG Medialab).

La ambiciosa misión Rosetta responde al ansia por saber acerca de los cometas por parte de la comunidad científica y la humanidad en general. Posiblemente no existan objetos más diversos y de comportamiento más cambiantes que los sorprendentes cometas. Esporádicamente cruzan nuestros cielos mientras se hacen visibles al atravesar la región dominada por los planetas terrestres. El desconocimiento de la humanidad hizo que en la antigüedad presagiasen calamidades y desastres para nuestros antepasados. Si bien un impacto con alguno de ellos podría ser fatal para la vida en la Tierra estas colisiones suelen ser preferentemente abortadas por el gigantesco Júpiter y a la postre suceden cada cientos de millones de años (Trigo-Rodríguez, 2012). Por tanto, los cometas son actualmente entendidos como enorme oportunidad científica en pro de conocer más sobre las etapas primeras de nuestro sistema planetario.

Estos objetos, generalmente con unas dimensiones de pocos kilómetros, se formaron en las regiones más alejadas del disco protoplanetario a partir de la agregación de diminutas partículas minerales, materia orgánica y diferentes tipos de hielos. Fred L. Whipple acuñó en los años cincuenta del siglo XX el concepto de “bola de nieve sucia” para referirse a estos cuerpos helados. Astrónomos y cosmoquímicos estamos fascinados por su contenido, un legado de los materiales formativos del llamado disco protoplanetario del Sistema Solar (Figura 2). De esa estructura anular de materiales que condensan alrededor de buena parte de las estrellas jóvenes se formarán en pocos millones de años los asteroides y cometas que actuarán como bloques constitutivos primordiales de los planetas, también llamados planetesimales. Tales cuerpos, de pocas decenas de kilómetros, nunca se calentarán por su contenido en isótopos radiactivos suficientemente como para fundirse y, por ello, sus materiales formativos permanecen apilados a la espera de su análisis científico. La datación isotópica de estos componentes micrométricos que forman los cometas, y que nos llegan a la atmósfera superior en forma de Partículas de Polvo Interplanetario (conocidas por su acrónimo IDPs), revela que poseen unos 4.568 millones de años. Precisamente esa datación nos permite establecer el origen de los materiales sólidos en el Sistema Solar.

Figura 2. Modelo de disco protoplanetario con los primeros cometas asistiendo a la formación de los planetesimales a través de la agregación de los diminutos materiales que inicialmente conforman esos anillos concéntricos observados alrededor de estrellas jóvenes como HL Tauri (Adaptado de Trigo-Rodríguez, 2012)
Figura 2. Modelo de disco protoplanetario con los primeros cometas asistiendo a la formación de los planetesimales a través de la agregación de los diminutos materiales que inicialmente conforman esos anillos concéntricos observados alrededor de estrellas jóvenes como HL Tauri (Adaptado de Trigo-Rodríguez, 2012)

La complejidad intrínseca de la estructura de los cometas quedó reflejada a raíz de la exploración con una flotilla de sondas interplanetarias del cometa 1P/Halley en 1986. Las imágenes de la sonda Giotto (ESA), un precursor de Rosetta, nos convencieron que los cometas eran objetos mucho más complejos de lo que se pensaba y los reafirmó como auténticos fósiles de la creación. El estudio a cargo de Rosetta y Philae de la forma y estructura del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, con una precisión y resolución sin precedente, ha permitido revelar que es un objeto binario de contacto producido por la colisión a baja velocidad relativa de dos cuerpos primitivos. Las imágenes a altísima resolución permiten profundizar en la compleja y heterogénea superficie que posiblemente viene a demostrar que el objeto se formó por la agregación sucesiva de pequeños cuerpos helados primordiales, también llamados cometesimales. Como consecuencia se revela una superficie heterogénea que podría explicarse en base al modelo de crecimiento en capas, por impactos sucesivos de cometesimales, propuesto en base al estudio del cometa 9P/Tempel 1 por la sonda Deep Impact de NASA (Belton et al., 2006). Las imágenes también revelan que algunos cráteres esculpidos en su superficie se asemejan a los que hay en asteroides. Posiblemente indique que los cometas durante eones han recibido el impacto de innumerables cuerpos de muy diferente naturaleza.

Figura 3. El cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko está siendo actualmente cartografiado con todo lujo de detalles por Rosetta. Crédito: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.
Figura 3. El cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko está siendo actualmente cartografiado con todo lujo de detalles por Rosetta. Crédito: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

LA INSTRUMENTACIÓN A BORDO DE UN LANDER ÚNICO

De los 25 experimentos que llevará a cabo la misión Rosetta, una decena de ellos viajan con Philae hasta la superficie misma del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko (Bibring et al., 2009). Todos correrán a cargo de instrumentos científicos de gran relevancia que, por simplicidad y ánimo divulgativo, aquí describiré someramente y citando su acrónimo. Un reto adicional es que Philae debe realizar esa serie de experimentos únicos en un período relativamente breve. Esta previsto que esa instrumentación permanezca activa alrededor de cinco días con la batería primaria que nos es recargable y que posee una capacidad total de alrededor de unos 1.200 W/h. Una batería solar secundaria haría lo posible por mantener la actividad de la sonda a un menor ritmo y podría recargarse si las condiciones de emisión de polvo permiten su recarga de manera regular. Las condiciones de aislamiento de esas baterías permitirán a Philae operar más o menos tiempo en un rango de temperaturas interior entre -55 y +70 ºC

Por un lado Philae consta de las cámaras CIVA y ROLIS, tanto de tipo panorámico como de detalle inferior para así captar imágenes a gran resolución de la actividad superficial y del material que forma el cometa. Por otro lado cuenta con el instrumento SESAME, una sonda acústica que permitirá detectar el impacto de las partículas de polvo que se desprenden y que son impulsadas desde la superficie como consecuencia de la sublimación del gas.

Figura 4. Los diferentes instrumentos científicos a bordo de Philae (ESA/ATG Medialab).
Figura 4. Los diferentes instrumentos científicos a bordo de Philae (ESA/ATG Medialab).

Por otro lado, el experimento CONSERT permitirá recibir y transmitir señales de radio desde y hacia el orbitador Rosetta que servirán para sondear la estructura y constitución del núcleo cometario a gran escala. Se planea, en pocas palabras, vislumbrar su estructura interna para responder a preguntas fascinantes acerca de la formación de estos astros helados. ¿Estarán los cometas quizás formados por bloques, auténticas pilas de escombros, de muy diferente origen, naturaleza y propiedades físicas?

Del estudio remoto de los cometas sabemos que están rodeados por una envoltura gaseosa y magnética formada por un gas cargado a alta temperatura que se denomina plasma y es consecuencia de la sublimación de los compuestos volátiles que forman parte del núcleo cometario y la interacción con el viento solar, un continuo flujo de protones y electrones que procede del Sol y baña el medio interplanetario. Precisamente para profundizar en ese complejo medio que envuelve los cometas Philae contará con el instrumento ROMAP estudiará el entorno magnético y el plasma que rodea el cometa y permitirá analizar su interacción con el viento solar.

Respecto a los análisis de la superficie del cometa, que tendrán lugar en la región de “cometizaje” bautizada como Agilkia (Fig. 5), Philae empleará diversos instrumentos. Por un lado se emplearán el espectrómetro APXS y el medidor multi-sensor MUPUS que permitirán precisar respectivamente la composición elemental de los materiales formativos del cometa y las propiedades físicas del material superficial y del subsuelo como por ejemplo su temperatura, densidad, y porosidad, entre otros.

Figura 5. La región de Agilkia escogida para el aterrizaje de Philae. Crédito: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.
Figura 5. La región de Agilkia escogida para el aterrizaje de Philae. Crédito: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

El sistema de adquisición y transferencia de muestras de la superficie a los diferentes instrumentos de Philae correrá a cargo de un ingenioso taladro llamado SD2. Mediante ese complejo sistema se trasladarán muestras para ser calentadas por pasos en dos instrumentos estelares que operan sobre la superficie cometaria (Fig. 6). PTOLEMY es un espectrómetro de masas que profundizará en la composición isotópica del hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y de otros isótopos estables. Además COSAC es un cromatógrafo de gases y espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOF-MS) que permitirá identificar la composición molecular del material, en particular de los componentes orgánicos. Con esos instrumentos se profundizará en la composición química e isotópica de los materiales y poder compararlos con la materia orgánica, los componentes atmosféricos o la misma agua que existe en la Tierra. Este aspecto es particularmente importante pues, salvo la recuperación de las muestras del cometa 81P/Wild 2 de la misión Stardust de NASA, no se ha estudiado el material mismo de un cometa y mucho menos in situ.

Cabe remarcar a nivel español el papel destacado en el desarrollo de parte de esa instrumentación científica del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) o la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). La contribución privada de España también ha sido destacable, aportando un 7% del presupuesto total, a través de numerosas empresas como Alcatel Espacio, Astrium Crisa, GMV, GTD, SENER y Tecnológica. Por otro lado, desde el Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC-IEEC) en Barcelona estamos colaborando actualmente con varios grupos europeos en la interpretación y análisis de los resultados científicos.

Figura 6. Imagen artística de la sonda Philae una vez posada en la superficie del cometa 67P/Churyumov Gerasimenko (DLR).
Figura 6. Imagen artística de la sonda Philae una vez posada en la superficie del cometa 67P/Churyumov Gerasimenko (DLR).

A MODO DE CONCLUSIÓN

Cabe entender que cada cometa, por su diferente historia y procedencia, podría ser un eslabón único para comprender mejor, por ejemplo, el enriquecimiento de la Tierra en materia orgánica y agua. A partir de aquí esperamos comprender mejor los mecanismos que confluyeron en la aparición de la vida en la Tierra. No podemos olvidar, por ejemplo, que las condritas carbonáceas contienen excesos enantioméricos en aminoácidos que son similares a los que se dan en la Tierra. ¿Fué el agua y la materia orgánica heredada de esos materiales? Es incluso posible que la hidratación de estos primitivos objetos, unos cincuenta millones de años antes de que se consolidase la Tierra, fuese un primer paso hacia el incremento de la complejidad de la materia orgánica que más tarde permitiría abonar progresivamente nuestro planeta (Trigo-Rodríguez, 2012). En definitiva la misión Rosetta, sin duda la más  ambiciosa apuesta europea por la exploración de estos frágiles bloques primordiales, nos aportará nuevas claves e, incluso todo lujo de detalles, sobre ese fascinante puzzle que concierne a nuestro origen mismo en el Cosmos. Ojalá las razones anteriormente expuestas sean para ustedes suficientes como para seguir apostando por la exploración espacial y, por ende, por la ciencia y la tecnología.

AUTOR:

Josep M. Trigo-Rodríguez

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

REFERENCIAS

Belton M.J.S. et al. (2007) The internal structure of Jupiter family cometary nuclei from Deep Impact observations: The ”talps” or ”layered pile” model. Icarus 187, pp. 332-344.

Bibring J.-P. et al.  (2009) Rosetta Lander (“Philae”) Investigations. En ROSETTA: ESA’s mission to the origin of the solar system. R. Schulz, C. Alexander, H. Boehnhardt y K.-H. Glassmeier (eds.), Springer, New York, EUA, pp. 589-631.

Trigo Rodríguez J.M. (2012) Las raíces cósmicas de la vida. Colección El espejo y la lámpara. Ediciones UAB, Barcelona, ISBN: 978-84-939695-2-3, 241 págs.

 

Nota del Autor: Pueden uds.  enviar sus preguntas y comentarios en el “SciBlog” e indicar además su país de origen.

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Acerca de Luis Mansilla

Espacio dedicado al estudio y observación de estos Cuerpos Menores del Sistema Solar.

Publicado el 09/11/2014 en Comet News, cometas, comets, Noticias cometarias, Sitios de descenso en el 67P y etiquetado en , . Guarda el enlace permanente. Comentarios desactivados en Rosetta al reencuentro con nuestros orígenes.

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