Las detecciones fortuitas de Juno rompen las ideas sobre el origen de la luz zodiacal

Esta foto muestra la luz zodiacal tal como apareció el 1 de marzo de 2021 en Skull Valley, Utah. El cúmulo de estrellas de las Pléyades es visible cerca de la parte superior de la columna de luz. Marte está justo debajo.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Los datos de Juno de la NASA, sugieren que Marte puede estar arrojando polvo al espacio interplanetario.

Si observas el cielo nocturno justo antes del amanecer o después del anochecer, y es posible que veas una débil columna de luz que se extiende desde el horizonte. Ese resplandor luminoso es la luz zodiacal, o la luz solar reflejada hacia la Tierra por una nube de diminutas partículas de polvo que orbitan alrededor del Sol. Los astrónomos han considerado durante mucho tiempo que el polvo es transportado hacia el interior del sistema solar por algunas familias de asteroides y cometas desde la lejanía.

Pero ahora, un equipo de científicos de Juno sostiene que Marte puede ser el causante. Publicaron su hallazgo en un artículo del 9 de marzo en el Journal of Geophysical Research: Planets. Un instrumento a bordo de la nave espacial Juno detectó por casualidad partículas de polvo que chocaron contra la nave espacial durante su viaje desde la Tierra a Júpiter. Estos impactos proporcionaron pistas importantes sobre el origen y la evolución orbital del polvo, resolviendo algunas de las misteriosas variaciones de la luz zodiacal.

Aunque su descubrimiento tiene grandes implicaciones, los científicos que pasaron años estudiando los desechos cósmicos no se propusieron hacerlo. “Nunca pensé que estaríamos buscando polvo interplanetario”, dijo John Leif Jørgensen, profesor de la Universidad Técnica de Dinamarca.

Jørgensen diseñó los rastreadores de cuatro estrellas que forman parte de la investigación del magnetómetro de Juno. Estas cámaras a bordo toman fotos del cielo cada cuarto de segundo para determinar la orientación de Juno en el espacio al reconocer patrones de estrellas en sus imágenes, una tarea de ingeniería esencial para la precisión del magnetómetro.

Pero Jørgensen esperaba que sus cámaras también pudieran captar evidencias de un asteroide no descubierto. Así que programó una cámara para reportar los cuerpos que aparecieran en múltiples imágenes consecutivas, que no estuvieran en el catálogo de objetos celestes conocidos.

No esperaba ver mucho: casi todos los cuerpos estaban incluidos en el catálogo de objetos celestes conocidos. Entonces, cuando la cámara comenzó a transmitir miles de imágenes de objetos no identificados (aparecían rayas y luego desaparecían misteriosamente), Jørgensen y sus colegas estaban desconcertados. “Estábamos mirando las imágenes y dijimos, ‘¿Qué podría ser esto?’”, Dijo.

Jørgensen y su equipo consideraron muchas causas plausibles y algunas inverosímiles. Existía la desconcertante posibilidad de que la cámara estelar hubiera detectado una fuga en el tanque de combustible de Juno. “Pensamos, ‘algo está realmente mal’”, dijo Jørgensen. “En las imágenes parecía como si alguien estuviera sacudiendo un mantel polvoriento por la ventana”.

Cuando los investigadores calcularon el tamaño aparente y la velocidad de los objetos en las imágenes, finalmente se dieron cuenta de algo: los granos de polvo se habían estrellado contra Juno a unos 16.000 kilómetros por hora, astillando piezas submilimétricas de la nave espacial. “A pesar de que estamos hablando de objetos con una cantidad muy pequeña de masa, tienen un gran impacto”, dijo Jack Connerney, líder de investigación del magnetómetro de Juno e investigador principal adjunto de la misión, que tiene su sede en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Al final resultó que el pulverizador de esos granos de polvo provenía de los paneles solares expansivos de Juno, el detector de polvo involuntario más grande y sensible jamás construido.

“Cada pieza de escombros que rastreamos registraba el impacto de una partícula de polvo interplanetario, lo que nos permite compilar una distribución de polvo a lo largo del camino de Juno”, dijo Connerney.

Juno se lanzó en 2011. Después de una maniobra de espacio profundo, en el cinturón de asteroides en 2012, regresó al sistema solar interior para una asistencia gravitacional terrestre en 2013, que catapultó la nave espacial hacia Júpiter.

Connerney y Jørgensen descubrieron que la mayoría de los impactos de granos de polvo se registraron entre la Tierra y el cinturón de asteroides, con brechas en la distribución relacionadas con la influencia de la gravedad de Júpiter. Según los científicos, esta fue una revelación radical. Hasta ahora, los científicos no habían podido medir la distribución de estas partículas de polvo en el espacio. Los detectores de polvo creados para este fin han tenido áreas de recolección limitadas y, por lo tanto, una sensibilidad limitada a una población escasa de polvo. En su mayoría, cuentan las partículas de polvo más abundantes y mucho más pequeñas del espacio interestelar. En comparación, los paneles solares expansivos de Juno tienen 1.000 veces más área de recolección que la mayoría de los detectores de polvo.

Los científicos de Juno determinaron que la nube de polvo termina en la Tierra porque la gravedad de la Tierra absorbe todo el polvo que se le acerca. “Ese es el polvo que vemos como luz zodiacal”, dijo Jørgensen.

El borde exterior se encuentra a unas 2 unidades astronómicas (AU) del Sol (1 AU es la distancia media entre la Tierra y el Sol), un poco más allá de Marte. En ese punto, informan los científicos, la influencia de la gravedad de Júpiter actúa como una barrera, evitando que las partículas de polvo crucen desde el sistema solar interior hacia el sistema solar exterior. Este mismo fenómeno, conocido como resonancia orbital, también funciona al revés, bloquea el polvo que se origina en el sistema solar exterior para que no pase al interior.

La gran influencia de la barrera gravitacional indica que las partículas de polvo están en una órbita casi circular alrededor del Sol, dijo Jørgensen. “Y el único objeto que conocemos en órbita casi circular alrededor de 2 UA es Marte, por lo que el pensamiento natural es que Marte es una fuente de este polvo”, dijo.

Crédito: NASA Goddard.

“La distribución del polvo que medimos es más consistente con la variación de la luz zodiacal que se ha observado”, dijo Connerney. Los investigadores desarrollaron un modelo informático para predecir la luz reflejada por la nube de polvo, dispersada por la interacción gravitacional de Júpiter que eyecta el polvo en un disco más ancho. La dispersión depende de dos variables: la inclinación del polvo hacia la eclíptica y su excentricidad orbital. Cuando los investigadores conectaron los elementos orbitales de Marte, la distribución predijo con precisión la evidencia reveladora de la variación de la luz zodiacal cerca de la eclíptica. “Eso es, en mi opinión, una confirmación de que sabemos exactamente cómo estas partículas están orbitando en nuestro sistema solar”, dijo Connerney, “y dónde se originan”.

Ahora sabemos que Marte, el planeta más polvoriento que conocemos, es la fuente de la luz zodiacal, pero Jørgensen y sus colegas aún no pueden explicar cómo el polvo pudo haber escapado de la gravedad marciana. Esperan que otros científicos les ayuden.

Mientras tanto, los investigadores señalan que encontrar la verdadera distribución y densidad de las partículas de polvo en el sistema solar ayudará a los ingenieros a diseñar materiales de naves espaciales que puedan resistir mejor los impactos de estas partículas de polvo. Conocer la distribución precisa del polvo también puede orientar el diseño de trayectorias de vuelo para futuras naves espaciales, a fin de evitar la mayor concentración de partículas.

Los paneles solares de Juno no sufrieron daños ya que las células solares están bien protegidas contra impactos, en la parte posterior (o el lado oscuro) del conjunto, por la estructura de soporte.