Los cometas tienen una importancia fundamental para descifrar nuestro origen, ya que están constituidos del material primordial del cual se formó el Sistema Solar. Por esta razón, algunos de ellos han sido visitados, en el pasado reciente, por varias misiones espaciales: Giotto al cometa 1P/Halley, Deep Space al 19P/Borrelly, Stardust al 81P/Wild 2, Deep Impact y Stardust NeXT al 9P/Tempel y EPOXI al 103P/Hartley 2. Sin embargo, todas estas misiones solo realizaron vuelos de reconocimiento, cuyos resultados se han limitado a tener una visión muy general de los núcleos cometarios y las comas que los rodean, así como a estudiar la interacción del viento solar con estos componentes.
Detalle de la estructura de los chorros de material en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Imagen tomada por la cámara de navegación de Rosetta el pasado 9 de febrero, a una distancia de 105 km del cometa. Se observa que los chorros provienen de la región del cuello entre los dos lóbulos que forman el cometa. Cortesía: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0.
La misión Rosetta, de la Agencia Espacial Europea, al cometa 67P/Churyu-mov-Gerasimenko ha significado un paso gigantesco en el estudio de estos cuerpos pequeños. El 6 de agosto de 2014, a una distancia de 3.7 Unidades Astronómicas (U.A.) del Sol, es decir a más de 550 millones de kilómetros, después de 10 años de navegar en el espacio interplanetario, la misión se encontró con el cometa. Moviéndose de una órbita de 100 km de altura, a una menor a 10 km sobre el núcleo, Rosetta ha tenido un asiento en primera fila para estudiar a este primitivo inquilino del Sistema Solar, mostrándonos a un objeto inusual y fascinante. Durante esta primera etapa de acercamiento, todos los instrumentos científicos a bordo de Rosetta funcionaron adecuadamente, arrojando los primeros resultados sobre la estructura, composición química y propiedades físicas de 67P, que sin duda, se ha convertido ya, en el cometa más estudiado en la historia de la Astrofísica moderna.
El punto culminante de esta exitosa misión espacial ocurrió el 12 de noviembre de 2014, cuando, a una distancia de 3.0 U.A. del Sol, Rosetta depositó sobre el núcleo del cometa la cápsula Philae, con 12 instrumentos científicos a bordo, que en su momento estudiará, con más detalle, las propiedades del cometa. El 23 de enero de 2015 la prestigiosa revista Science dedicó una edición especial a los resultados de las primeras investigaciones realizadas por Rosetta, los cuales están cambiando, drásticamente, la visión que teníamos de los cometas como simples bolas de gas y polvo.
Un cometa con forma de cacahuate
En cuanto a su estructura, hay que señalar que la superficie del cometa muestra evidencias de muchos procesos activos y es extremadamente compleja. El modelo actual de la forma del cometa arroja una masa de 1013 kg y una densidad de unos 470 kg/m3 (similar a la densidad del corcho o la madera). Estos bajos valores de masa y densidad ponen fuertes restricciones a la composición y la estructura interna del núcleo, con una porosidad de 70%-80%. Imágenes del instrumento OSIRIS (Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System) muestran que el núcleo del cometa está formado por dos lóbulos conectados por un pequeño “cuello”. La actividad del núcleo, a distancias del Sol mayores a 3.0 U.A. proviene, predominantemente, del cuello, donde se observan claramente los chorros de material. La forma del núcleo del cometa pone nuevamente sobre la mesa la pregunta sobre su origen: ambos lóbulos se unieron por una colisión de baja velocidad hace 4.5 mil millones de años o es un solo cuerpo donde la zona del cuello se ha desgastado por los procesos de pérdida de masa. La respuesta a esta pregunta se tratará de encontrar en estudios posteriores.
La composición de los cometas es otra de las preguntas fundamentales que se tratan de resolver con mayor precisión. El núcleo es rico en materiales orgánicos con pequeñas trazas de hielo. El instrumento VIRTIS (Visible, Infrared and Thermal Imaging Spectrometer) mostró la existencia de compuestos de carbono. El bajo albedo (capacidad de la superficie del cometa para reflejar la luz solar) del núcleo y las anchas líneas de absorción en la banda infrarroja son compatibles con la existencia de minerales opacos asociados a una compleja mezcla de compuestos de oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno.
El problema del origen del agua en la Tierra
Otro de los extraordinarios resultados de las investigaciones de la nave Rosetta sobre el cometa 67P tiene que ver con un problema de gran importancia y actualidad: el origen del agua en la Tierra, el papel de los cometas en este asunto y las pautas que han establecido las observaciones de Rosetta.
La procedencia del agua y los componentes orgánicos en la Tierra ha sido motivo de discusión durante muchos años. Uno de los mejores métodos para resolver este asunto ha sido comparar los valores del cociente Deuterio/Hidrógeno (D/H) en los cometas y en el agua de los océanos de la Tierra. El deuterio, o hidrógeno pesado, es un isótopo estable del hidrógeno que se encuentra en la naturaleza con una abundancia de un átomo de deuterio por cada 6 mil 500 átomos de hidrógeno.
El espectrómetro de masa llamado ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) ha medido directamente este cociente en el cometa 67P, encontrando que es, aproximadamente, tres veces mayor que en los océanos terrestres. Recientes mediciones en otros cometas de la familia de Júpiter han mostrado un amplio rango de valores del cociente D/H; por tal motivo se ha puesto en duda una idea anterior de que estos cometas solo contienen agua similar a la que se encuentra en los océanos terrestres.
Utilizando los instrumentos OSIRIS y GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) se realizaron varios experimentos para analizar el cociente polvo/gas en la nube primordial que dio lugar a la formación del Sistema Solar. Los valores medidos indican que el número de granos de alta velocidad se incrementará a medida que el cometa se acerque al Sol, mientras que los granos en órbitas ligadas son remanentes de los pasos anteriores del cometa por el perihelio. Estos datos, aunados a las mediciones de MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) y ROSINA arrojan un valor del cociente polvo/gas muy superior al aceptado previamente para los cometas. A medida que los cometas se acercan al Sol desarrollan dos colas, una de polvo y una de gas. Si bien las pérdidas de gas se han podido medir con gran exactitud, incluso con observaciones desde la Tierra, las estimaciones de las evaporaciones de polvo habían sido muy inexactas hasta las recientes mediciones de Rosetta.
El valor del cociente polvo/gas medido por Rosetta nos indica que los cometas, más que ser “bolas de nieve sucias”, ahora deben ser considerados como “bolas de polvo con nieve”.
La coma, producida por la sublimación de los hielos del núcleo, es altamente variable debido a su rotación, mostrando grandes variaciones diarias y estacionales. Desde junio hasta agosto de 2014 la producción de vapor de agua se incrementó. Otras fuentes importantes de gas, como son el CO y el CO2, muestran los mismos patrones de variabilidad. Estos resultados muestran una compleja interacción entre el núcleo y la coma, donde las variaciones estacionales pueden estar moduladas por las diferencias de temperatura justo debajo de la superficie del cometa.
Estos datos muestran un retrato muy detallado de la forma, la morfología superficial, la composición química y las propiedades físicas del núcleo del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Los mismos serán tomados como referencia para futuras mediciones con Rosetta, que realizará varias maniobras de aproximación y con el módulo Philae que mostrarán las variaciones de las propiedades del cometa a medida que éste se acerque a su perihelio en agosto de 2015.
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