Como prometí en mi anterior entrada del blog Meteoritos y Ciencias Planetarias, la sonda interplanetaria Rosetta de la Agencia Europea del Espacio (ESA) está revelando interesantísimos detalles sobre la formación del cometa 67P/ Churyumov-Gerasimenko y el entorno del que se consolidó hace unos 4600 millones de años. Estos objetos helados que denominamos cometas constituyen las primeras baldosas formativas de los planetas, siendo una amalgama de los componentes primordiales que formaban el llamado disco protoplanetario. Entre tales materiales estarían  granos de diversos minerales pero también hielos y materia orgánica que se mantenían estables a las bajas temperaturas presentes en las regiones más alejadas del Sol en donde se formaron los cometas.

De los veinticinco experimentos científicos que contiene la sonda Rosetta, existe un espectrómetro de masas denominado ROSINA que ha permitido determinar la composición isotópica de los diversos gases que conforman la envoltura gaseosa del cometa 67P y que se publica hoy en la prestigiosa revista Science (Altwegg et al., 2014). Esa envoltura gaseosa también se denomina coma, una denominación latina procedente a su vez del griego y que significa cabellera. De hecho, nuestros antepasados vieron a estos cuerpos como astros con cabellera que anunciaban principalmente calamidades.

Un gas presente en esa envoltura es precisamente el vapor de agua dado que buena parte de los hielos que conforman la componente volátil de cometa es hielo de agua. Otros radicales también están presentes y proceden de la vaporización de compuestos orgánicos también abundantes en ese núcleo cometario. Pues bien, la molécula de agua (H2O) puede contener un átomo de hidrógeno convencional (formado por un protón y un electrón) o bien contener deuterio que en el núcleo contiene un protón y un neutrón (Figura 1). ROSINA es un preciso espectrómetro de masas que no sólo puede distinguir el porcentaje de deuterio contenido en las moléculas de agua sino que también distingue los isótopos de oxígeno contenidos en los materiales que se evaporan del cometa.

Fig. 1

Figura 1. Principales componentes de un núcleo de hidrógeno y de deuterio.

¿QUÉ NOS INDICAN LAS MEDIDAS DEL COCIENTE D/H DE ROSETTA?

Podemos preguntarnos por qué estos resultados poseen tanto interés. Precisamente midiendo con Rosina el contenido en hidrógeno pesado (deuterio) de los hielos y los componentes orgánicos del cometa es una de las mejores maneras de poder distinguir entre las predicciones realizadas por los modelos teóricos de formación de cometas, asteroides y planetas en el sistema solar primitivo. Uno de ellos, muy en voga actualmente, predice un incremento monotónico gradual en función de la distancia al Sol que haría que los objetos formados más hacia el exterior del sistema solar poseyeran mayor abundancia de deuterio entre sus componentes. Los resultados de ROSINA sobre la composición isotópica del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko muestran unos valores del cociente deuterio/hidrógeno claramente superiores a los del agua de los océanos y, por tanto, apoyan la idea de que los cometas de la familia de Júpiter poseen composiciones muy variables dado que los otros dos cometas de esa familia estudiados hasta la fecha (45P/Honda-Mrkos-Pajdusakova y 103P/ Hartley 2) se acercaban bastante más al cociente deuterio/hidrógeno de los océanos de la Tierra (véase la Fig. 2). Fig. 2

Figura 2. Cocientes deuterio/hidrógeno (D/H) para los diferentes reservorios presentes en el sistema solar, bien sean asteroides condríticos, planetas gaseosos, satélites o cometas de la familia de Júpiter o de la Nube de Oort. Como comparación se indica una banda azul para la composición terrestre (Tierra), una amarilla para la estimación isotópica de la nube protosolar y otra roja para el medio interestelar (ISM). Adaptado de Hartogh et al. (2011).

 

Sin embargo, teniendo en cuenta la pobre estadística que tenemos sobre el cociente D/H en cometas de la Família de Júpiter (sólo determinada en tres cometas según Fig. 2) y que, por el momento dos de ellos se aproximan a los valores del agua terrestre, no pienso que deban extraerse conclusiones apresuradas sobre la aportación de estos objetos al agua terrestre. Incluso podríamos preguntarnos, ¿en qué medida el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko puede ser especial? La historia formativa de cada cometa puede estar marcada por acontecimientos especiales de su región de formación y, además, el 67P es un objeto binario de contacto. Los próximos estudios de Rosetta y Philae podrían permitir responder a algunas de estas preguntas.

EL LEJANO ECO DEL GRAN BOMBARDEO TARDÍO

Los datos obtenidos por la sonda Rosetta resultan enormemente interesantes para discernir entre los modelos más correctos para explicar el origen del agua y otros volátiles de la Tierra. El geoquímico francés Bernard Marty ha demostrado que el cociente deuterio/hidrógeno (D/H) de la Tierra, además de un inventario adicional de otros elementos volátiles y gases nobles (Marty, 2014), sugiere que los cuerpos que mayoritariamente participaron en el enriquecimiento tardío de la Tierra se parecían más a los asteroides ricos en agua de los que proceden la mayoría de las condritas carbonáceas (Trigo-Rodríguez, 2012).

¿Qué proceso pudo producir el enriquecimiento terrestre en deuterio y otros elementos volátiles? Al parecer un cataclismo a la mayor escala. De hecho, los modelos que han conseguido reproducir mejor la masa y distribución de los planetas de nuestro sistema planetario indican que, los planetas gigantes Júpiter y Saturno migraron hacia el interior del sistema solar por la presencia de una densa región externa en el cinturón principal poblada por innumerables asteroides hidratados (objetos transicionales entre un cometa-asteroide). Con la llegada de los planetas gigantes tales objetos fueron dispersados gravitatoriamente hacia los planetas terrestres para ser responsables del Gran Bombardeo Tardío que acaeció sobre la Tierra y la Luna durante un breve período ocurrido entre 3.900 y 3.700 millones de años atrás. Ese bombardeo es consistente con la antigüedad de la mayoría de los grandes cráteres y cuencas lunares según revelaron las sucesivas misiones Apolo (Trigo-Rodríguez, 2012).

Fig. 3

Figura 3. Imagen del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko obtenida por la cámara de campo amplio OSIRIS el 10 de septiembre de 2014 donde se muestran claramente los chorros de gas procedentes de las zonas activas de núcleo. Créditos: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/ INTA/UPM/DASP/IDA

Por ello este trabajo que publica Science de K. Altweeg y colaboradores apoya la hipótesis de Bernard Marty que sugiere que estos objetos, cuya composición sería similar a la de los meteoritos llamados condritas carbonáceas del tipo Ivuna (del grupo CI), habrían contribuido mayoritariamente al enriquecimiento terrestre. Por tanto, tales asteroides poseerían cocientes isotópicos más cercanos a los de la atmósfera e hidrosfera terrestres. Obviamente, la dispersión gravitatoria de sus órbitas no sólo produciría impactos directos sino que dispersaría la mayoría de los objetos helados hacia la denominada Nube de Oort y regiones externas, lo cual explicaría la enorme diversidad isotópica de los cometas procedentes de esas fuentes. La sobreabundancia de deuterio en el agua del cometa 67P resulta ser la primera de las sorpresas que la misión Rosetta nos tiene reservadas. A bien seguro sus estudios nos servirán para comprender mejor el origen del agua y la materia orgánica que, a la postre, darían lugar a la aparición de la vida sobre la Tierra. 

REFERENCIAS

Altwegg K. et al. (2014) 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio. Science Xpress, doi: 10.1126/science.1261952.

Hartogh P. et al. (2011) Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2. Nature 478, 218-220.

Marty B. (2012) The origins and concentrations of water, carbon, nitrogen and noble gases on Earth. Earth and Planetary Science Letters 313–314: 56–66.

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.