Algunos secretos que Halley no ha podido guardar

1986/12/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

Elhuyar. En el número 1 de Ciencia y Técnica escribimos un artículo sobre la llegada del cometa Halley, comentando teorías sobre la naturaleza y peculiaridades de las cometas. En esta ocasión volveremos a retomar el tema para confirmar o corregir lo dicho y añadir nuevos datos, ya que Giotto y otros dispositivos enviados para el seguimiento del cometa han enviado nuevos resultados.

En primer lugar, de entre los resultados obtenidos, el más importante es el referido a la estructura y composición de cometas comentadas en nuestro artículo. Hay que decir que la hipótesis de Whipple se ha confirmado. Por lo tanto, en palabras de Whipple, los cometas son bolas de "hielo sucio", y cuando se acercan al Sol se sublima parte de ese hielo, pero en el centro siempre hay un núcleo sólido.

Los objetivos principales de los programas de análisis de Halley estaban orientados a dar respuesta a tres problemas: el origen de los cometas, la naturaleza del núcleo (composición) y las interacciones del cometa con el medio interestelar. Los instrumentos que llevaba Giotto para recoger datos para responder a estas preguntas son: cámara de fotos, espectrómetro de masas, sensores de detección de polvo y emanaciones de iones, plasma caliente y herramientas de medición del medio magnético del cometa.

Cabe destacar también los datos enviados por las dos sondas japonesas Suisei y Sakigake y por los soviéticos Vega 1 y 2. Estos últimos, por su parte, realizaron un importante trabajo ayudando a conducir hacia Giotto Halley. La intención de E.A.S. era hacer pasar a 500 km del núcleo del cometa Giotto. Para ello es necesario conocer con gran precisión la posición del cometa, con mayor precisión que la que podían obtener medidos desde la Tierra. Las naves espaciales de Sovie llenaron este hueco enviando las posiciones del núcleo. Así, Giotto pasó por el punto de mínima distancia a las 00:03:00 (UT) del 14 de marzo, a 585 km, 5 segundos después de lo esperado. Esta aproximación tuvo lugar cuando Giotto y Halley tenían un sentido contrario.

En consecuencia, la velocidad del espaciado respecto a las fracciones de polvo que se encontraban en el camino alcanzó los 68,4 km/s, aumentando considerablemente la fuerza de sus choques. Algunos de estos choques provocaron el deterioro de algunos aparatos y 2 segundos antes de alcanzar la distancia mínima, el Giotto sufrió una serie de temblores y su antena permaneció 34 minutos sin orientarse hacia la Tierra, alejándose 605 km en ese intervalo. Sin embargo, no se perdió información, ya que se recuperó del magnetófono de la nave espacial.

Por lo demás, según los datos enviados por los sensores de polvo se pueden extraer dos conclusiones inesperadas. Por un lado, la cantidad de polvo que rodea el cometa es relativamente pequeña, salvo en la zona más próxima al núcleo. El contador de Giotto contó alrededor de 12000 choques y el número de choques no fue mayor de lo posible hasta 20 segundos antes de la máxima aproximación. Por otro lado, el tamaño de las fracciones también es pequeño.

El peso medio de las fracciones más grandes es de 30 µg y aunque el impacto de la primera de ellas se produjo 70 minutos antes de pasar por el punto más cercano, la segunda (a 287.000 km del núcleo) no llegó hasta los 68 minutos más tarde. La fracción máxima que daba el contador fue de 40 mg. Las fracciones medias, del tamaño de las fracciones de humo de cigarro, también son escasas. La primera colisión tuvo lugar a 150000 km y no comenzó a proliferar el flujo hasta aproximarse a los 70000 km. Las fracciones pequeñas son de menos de 10 a 15 g y son las más abundantes. Giotto recogió un total de 150 mg de polvo.

Las propias ondas de radio que Giotto enviaba hacia la Tierra, además de la información que transportaban, han contribuido a limitar la distribución del polvo, como veremos a continuación. Por supuesto, el polvo frenaba la velocidad del Giotto, y este acariciamiento provoca un desplazamiento del efecto Doppler en la recepción de las ondas. Como se ha comentado anteriormente, la densidad del polvo en torno al punto de máxima aproximación era mayor. No obstante, se esperaba que el deslizamiento sólo fuera del orden de 2 Hertz, pero lo que se midió fue de 16 Hertz. Este desplazamiento corresponde a la bajada de 70 cm/s de la velocidad del Giotto. Por lo tanto, podemos decir que: Que la mayor parte del polvo que rodea a Halley está muy cerca del núcleo.

El trabajo de los espectrómetros también fue excelente y los resultados fueron muy interesantes. Los iones más abundantes encontrados son los debidos a la rotura de agua H 3 O + , H 2 0 + , HO + y O + . Según estimaciones realizadas a partir de la concentración de estos iones, el ensayo de hielo del cometa es del 58%. Los iones carbono-nitrogenados también eran relativamente abundantes: CO + , CN + , N 2 O + , HCN + , CO 2 + y N 2 + . También se encontraron los iones S + y S 2 + del azufre y algunos metales: Fe + , Co + , Cu + y Ni + y Mg ++ . Sorprende también la detección de iones en masa de más de 100 a.m.u.a., mientras que la detección de iones de sodio es muy reducida.

Según estos datos, la abundancia de compuestos de carbono es relativamente elevada. Sin embargo, los científicos esperaban algo así. Los resultados obtenidos confirman las previsiones sobre la edad del cometa. Según cálculos realizados con la ayuda de las computadoras, hace 100000 años Halley se puso en la órbita actual. En caso de tener esta edad, se esperaba un índice similar al que se ha encontrado teniendo en cuenta las pérdidas de matería habidas durante años. Se han confirmado los cálculos.

Para explicar completamente el esquema estructural del cometa que se muestra en la figura 1, se analizan los resultados obtenidos por los sensores de plasma.

Giotto encontró la primera onda débil de plasma y el medio de hidrógeno a casi 8 millones de kilómetros del núcleo del cometa. La onda branquial que se produce al chocar el viento solar y la materia del coma, pasó a una distancia aproximada de un millón de kilómetros. Cabe señalar, sin embargo, que en el caso de Halley (como en el caso de otras cometas que se han podido analizar), la transición se realiza de forma progresiva en una región relativamente extensa. En el interior de esta región o langa, Giotto descubrió campos magnéticos muy traviesos y corrientes plasmáticas turbulentas, pero en algunos lugares los flujos eran uniformes. El campo magnético tiene un máximo de 16000 km.

La superficie de contacto que no pueden atravesar las fracciones de viento solar se limitó a 4300 km. Bajo esta superficie tenemos el plasma expulsado del núcleo muy frío.

Finalmente, la ionopausa se encuentra a una distancia aproximada del punto más cercano de la órbita del Giotto. En el interior tenemos una región muy serena sin campos magnéticos.

La descripción del cometa se completa con las colas. Sabemos que, generalmente, las cometas alargan dos tipos de colas. Una, que en algunos casos no se ve. Se forma con iones y se alarga radialmente en dirección contraria al Sol. El otro, formado por polvo, es de la misma dirección, pero ligeramente curvado debido al movimiento. Estas colas proceden del impulso del viento solar. Pueden ser millones de kilómetros y los núcleos se componen de materia sublimada. Las medidas de estas pérdidas arrojaron valores de 12 Tm/s en diciembre del año pasado, 20 Tm/s en enero, y de 30 a 60 Tm/s en febrero, máximo el día que, según los días, pasó por el perihelio (9 de febrero), para descender rápidamente hasta 5 Tm/s a mediados de marzo.

Analicemos finalmente la parte más importante del cometa: el núcleo. Las fotos de mayor pureza que Giotto sacó al núcleo muestran unos 50 m de detalles, pero la ayuda de otras estrategias espaciales resultó imprescindible para delimitar algunas características de interés como su aspecto y el periodo de giro. Si nos asociamos a estos dos problemas, debemos decir que el núcleo no es esférico como se cree. Su masa es demasiado pequeña para que al hablar en su apariencia la influencia de la gravedad sea importante. Por tanto, el núcleo tiene forma de "patata", con una longitud de 15 km y una altura y profundidad de unos 7,5 km. El movimiento de rotación se ha obtenido comparando las fotos tomadas de forma consecutiva y se ha calculado de 52,7 horas.

Los sensores infrarrojos de Vega también enviaron información sobre la temperatura del núcleo. Su valor oscila entre los 300 K y los 400 K. Por otro lado, para que tengamos una huella de los valores de la energía que recogía el cometa, dos datos son: La potencia que recibía del Sol a su paso por la zona de Júpiter era de 44 W/m 2, mientras que en el perihelio era superior a 4 kW/m 2. La interpretación de los valores de temperatura y potencia recibida genera otro problema.

Se cree que el cometa recibía suficiente radiación del Sol durante el estudio de la temperatura de las instalaciones espaciales, manteniendo su temperatura durante todo el tiempo por encima de los 400 K. Nótese que una unidad de superficie realiza la mitad del periodo de giro a oscuras. Para superar esta contradicción, los científicos han tratado de encontrar un proceso de refrigeración. El fenómeno se ha relacionado con los chorros de materi que genera la actividad del núcleo. Esta materia sublimada sería la que expulsa el calor. Pero analicemos más detenidamente esta actividad.

La primera impresión es que la actividad del núcleo es irregular y bastante grande. Por tanto, la materia de distinta fuerza aparece en chorros. Como se ha comentado, estos chorros están distribuidos de forma irregular y no suponen en total más del 10% de la superficie. Otro 90% está cubierto por un caparazón sólido oscuro. Y cuando decimos oscuro queremos decir que ese caparazón es tan negro como el carbón. Su albedo está entre 0,062 y 0,04, es decir, sólo refleja entre el 2% y el 4% de la luz que recibe.

Este es otro valor inesperado. Se esperaba que el núcleo fuera luminoso y este pequeño valor del albedo provocó un problema al sacar las fotos. La cámara fotográfica de Giotto estaba programada para seguir el punto más luminoso. Al ser el núcleo negro, la cámara se enfoca hacia el chorro más luminoso que proyectaba el núcleo. Por ello, en las fotografías tomadas a distancia se puede ver el núcleo completo, pero al acercarse una parte importante quedó fuera.

La concha, por su parte, es muy irregular y en ella se ven cimas y valles, algunos con forma de cráter. Pero, ¿cómo surge este caparazón oscuro e irregular?.

Se cree que el proceso de formación se debe al viento solar y a la atracción de la gravedad del núcleo. La materia que se expulsa del núcleo a baja velocidad cae de nuevo a la superficie, formando una parábola debido al empuje del viento solar y a la fuerza de la gravedad, que es muy pequeña. De este modo, el núcleo se encuentra en continua remodelación y cambio aparente, de ahí su irregularidad. La oscuridad se basa en la abundancia de compuestos que contienen carbono. Aunque estos compuestos no son estructuralmente complicados, son más abundantes de lo previsto, como ya se ha comentado, y producen un efecto invernadero si la luz se absorbe sin dejar que salga.

Ahora estamos en condiciones de clarificar la formación de chorros que explican el proceso de refrigeración del núcleo. Estos se originan sobre todo en la zona de orientación solar, cuando el calor de la radiación que recibe el caparazón baja y sublima los hielos subyacentes. Esto nos lleva a aceptar que la concha es bastante fina, tal vez de 1 cm. Giotto estudió algunos de estos chorros en su aproximación. Las más largas eran de más de 15 km y estaban separadas irregularmente. Es de suponer, por tanto, que el núcleo no es homogéneo y que en algunas regiones hay hielo bajo la cáscara y en otras hay rocas más abundantes. Las pérdidas de materi se producirían en las zonas de hielo.

Una vez conocidos estos chorros, se abrió el camino para aclarar otros detalles que hasta entonces no tenían ninguna explicación. Ellos serían la causa de la falta de uniformidad de las capas que rodean el cometa y sus interacciones con el viento solar. Por otra parte, aunque la irregularidad de la superficie del núcleo se ha explicado a través del bombardeo de la materia expulsada del núcleo, los cráteres que se observan en el mismo proceden de la extracción de los chorros y no de los impactos meteoríticos, como en el caso de la Luna.

Por último, explicaremos otra de las particularidades observadas cuando el cometa aún estaba lejos de la Tierra: los sorprendentes cambios de luminosidad. En varias ocasiones se observó que en muy poco tiempo (entre 1 y 3 horas) Halley aumentaba mucho su luminosidad (entre 3 y 5 tiempos). Estos cambios no se pueden considerar, por ejemplo, como consecuencia del giro. Ahora se cree que el fenómeno consiste en la dispersión de la luz producida por los polvos de chorreado ocasionales.

Como colofón a estas páginas dedicadas a Halley, mencionaremos las valoraciones de los programas que los científicos han realizado para su estudio. Unos pocos han hecho críticas muy duras de que estas misiones no hayan mostrado noticias que no conocíamos. Esto no es, sin embargo, una opinión mayoritaria. En general los resultados se consideran importantes, si bien teniendo en cuenta los programas que se han organizado, hay que reconocer que no han sido muy ricos. Por otro lado, se destacan dos hitos. La primera, el buen comportamiento de los buques espaciales, sobre todo teniendo en cuenta sus duras condiciones de trabajo. La segunda es la colaboración internacional alcanzada. Las labores de coordinación entre programas se han llevado a cabo muy bien, lo que abre nuevas vías de futuro.