Algúns segredos que Halley non puido gardar

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

• Astronomia

Elhuyar. No número 1 de Ciencia e Técnica escribimos un artigo sobre a chegada do cometa Halley, comentando teorías sobre a natureza e peculiaridades de cométalas. Nesta ocasión volveremos retomar o tema paira confirmar ou corrixir o devandito e engadir novos datos, xa que Giotto e outros dispositivos enviados paira o seguimento do cometa enviaron novos resultados.

En primeiro lugar, de entre os resultados obtidos, o máis importante é o referido á estrutura e composición de cometas comentadas no noso artigo. Hai que dicir que a hipótese de Whipple confirmouse. Por tanto, en palabras de Whipple, cométalos son bólas de "xeo sucio", e cando se achegan ao Sol se sublima parte dese xeo, pero no centro sempre hai un núcleo sólido.

Os obxectivos principais dos programas de análises de Halley estaban orientados a dar resposta a tres problemas: a orixe de cométalos, a natureza do núcleo (composición) e as interaccións do cometa co medio interestelar. Os instrumentos que levaba Giotto paira recoller datos paira responder a estas preguntas son: cámara de fotos, espectrómetro de masas, sensores de detección de po e emanaciones de iones, plasma quente e ferramentas de medición do medio magnético do cometa.

Cabe destacar tamén os datos enviados polas dúas sondas xaponesas Suisei e Sakigake e pola soviéticos Veiga 1 e 2. Estes últimos, pola súa banda, realizaron un importante traballo axudando a conducir cara a Giotto Halley. A intención de E.A.S. era facer pasar a 500 km do núcleo do cometa Giotto. Paira iso é necesario coñecer con gran precisión a posición do cometa, con maior precisión que a que podían obter medidos desde a Terra. As naves espaciais de Sovie encheron este oco enviando as posicións do núcleo. Así, Giotto pasou polo punto de mínima distancia ás 00:03:00 (UT) do 14 de marzo, a 585 km, 5 segundos despois do esperado. Esta aproximación tivo lugar cando Giotto e Halley tiñan un sentido contrario.

En consecuencia, a velocidade do espaciado respecto das fraccións de po que se atopaban no camiño alcanzou os 68,4 km/s, aumentando considerablemente a forza dos seus choques. Algúns destes choques provocaron a deterioración dalgúns aparellos e 2 segundos antes de alcanzar a distancia mínima, o Giotto sufriu una serie de tremores e a súa antena permaneceu 34 minutos sen orientarse cara á Terra, afastándose 605 km nese intervalo. Con todo, non se perdeu información, xa que se recuperou do magnetófono da nave espacial.

Polo demais, segundo os datos enviados polos sensores de po pódense extraer dúas conclusións inesperadas. Por unha banda, a cantidade de po que rodea o cometa é relativamente pequena, salvo na zona máis próxima ao núcleo. O contador de Giotto contou ao redor de 12000 choques e o número de choques non foi maior do posible até 20 segundos antes da máxima aproximación. Doutra banda, o tamaño das fraccións tamén é pequeno.

O peso medio das fraccións máis grandes é de 30 µg e aínda que o impacto da primeira delas produciuse 70 minutos antes de pasar polo punto máis próximo, a segunda (a 287.000 km do núcleo) non chegou até os 68 minutos máis tarde. A fracción máxima que daba o contador foi de 40 mg. As fraccións medias, do tamaño das fraccións de fume de cigarro, tamén son escasas. A primeira colisión tivo lugar a 150000 km e non comezou a proliferar o fluxo até aproximarse aos 70000 km. As fraccións pequenas son de menos de 10 a 15 g e son as máis abundantes. Giotto recolleu un total de 150 mg de po.

As propias ondas de radio que Giotto enviaba cara á Terra, ademais da información que transportaban, contribuíron a limitar a distribución do po, como veremos a continuación. Por suposto, o po freaba a velocidade do Giotto, e leste acariciamiento provoca un desprazamento do efecto Doppler na recepción das ondas. Como se comentou anteriormente, a densidade do po en torno ao momento de máxima aproximación era maior. No entanto, esperábase que o deslizamiento só fose da orde de 2 Hertz, pero o que se mediu foi de 16 Hertz. Este desprazamento corresponde á baixada de 70 cm/s da velocidade do Giotto. Por tanto, podemos dicir que: Que a maior parte do po que rodea a Halley está moi preto do núcleo.

O traballo dos espectrómetros tamén foi excelente e os resultados foron moi interesantes. Os iones máis abundantes atopados son os debidos á rotura de auga H 3 Ou + , H 2 0 + , HO + e Ou + . Segundo estimacións realizadas a partir da concentración destes iones, o ensaio de xeo do cometa é do 58%. Os iones carbono-nitrogenados tamén eran relativamente abundantes: CO + , CN + , N 2 Ou + , HCN + , CO 2 + e N 2 + . Tamén se atoparon os iones S + e S 2 + do xofre e algúns metais: Fe + , Co + , Cu + e Nin + e Mg ++ . Sorprende tamén a detección de iones en masa de máis de 100 a.m.ou.a., mentres que a detección de iones de sodio é moi reducida.

Segundo estes datos, a abundancia de compostos de carbono é relativamente elevada. Con todo, os científicos esperaban algo así. Os resultados obtidos confirman as previsións sobre a idade do cometa. Segundo cálculos realizados coa axuda das computadoras, fai 100000 anos Halley púxose na órbita actual. En caso de ter esta idade, esperábase un índice similar ao que se atopou tendo en conta as perdas de matería habidas durante anos. Confirmáronse os cálculos.

Paira explicar completamente o esquema estrutural do cometa que se mostra na figura 1, analízanse os resultados obtidos polos sensores de plasma.

Giotto atopou a primeira onda débil de plasma e o medio de hidróxeno a case 8 millóns de quilómetros do núcleo do cometa. A onda branquial que se produce ao chocar o vento solar e a materia do coma, pasou a unha distancia aproximada dun millón de quilómetros. Cabe sinalar, con todo, que no caso de Halley (como no caso doutras cometas que se puideron analizar), a transición realízase de forma progresiva nunha rexión relativamente extensa. No interior desta rexión ou langa, Giotto descubriu campos magnéticos moi travesos e correntes plasmáticas turbulentas, pero nalgúns lugares os fluxos eran uniformes. O campo magnético ten un máximo de 16000 km.

A superficie de contacto que non poden atravesar as fraccións de vento solar limitouse a 4300 km. Baixo esta superficie temos o plasma expulsado do núcleo moi frío.

Finalmente, a ionopausa atópase a unha distancia aproximada do punto máis próximo da órbita do Giotto. No interior temos una rexión moi serena sen campos magnéticos.

A descrición do cometa complétase coas colas. Sabemos que, xeralmente, cométalas alargan dous tipos de colas. Una, que nalgúns casos non se ve. Fórmase con iones e alárgase radialmente en dirección contraria ao Sol. O outro, formado por po, é da mesma dirección, pero lixeiramente curvado debido ao movemento. Estas colas proceden do impulso do vento solar. Poden ser millóns de quilómetros e os núcleos componse de materia sublimada. As medidas destas perdas arroxaron valores de 12 Tm/s en decembro do ano pasado, 20 Tm/s en xaneiro, e de 30 a 60 Tm/s en febreiro, máximo o día que, segundo os días, pasou polo perihelio (9 de febreiro), paira descender rapidamente até 5 Tm/s a mediados de marzo.

Analicemos finalmente a parte máis importante do cometa: o núcleo. As fotos de maior pureza que Giotto sacou ao núcleo mostran uns 50 m de detalles, pero a axuda doutras estratexias espaciais resultou imprescindible paira delimitar algunhas características de interese como o seu aspecto e o período de xiro. Se nos asociamos a estes dous problemas, debemos dicir que o núcleo non é esférico como se cre. A súa masa é demasiado pequena para que ao falar na súa aparencia a influencia da gravidade sexa importante. Por tanto, o núcleo ten forma de "pataca", cunha lonxitude de 15 km e una altura e profundidade duns 7,5 km. O movemento de rotación obtívose comparando as fotos tomadas de forma consecutiva e calculouse de 52,7 horas.

Os sensores infravermellos de Veiga tamén enviaron información sobre a temperatura do núcleo. O seu valor oscila entre os 300 K e os 400 K. Doutra banda, para que teñamos una pegada dos valores da enerxía que recollía o cometa, dous datos son: A potencia que recibía do Sol ao seu paso pola zona de Júpiter era de 44 W/m 2, mentres que no perihelio era superior a 4 kW/m 2. A interpretación dos valores de temperatura e potencia recibida xera outro problema.

Crese que o cometa recibía suficiente radiación do Sol durante o estudo da temperatura das instalacións espaciais, mantendo a súa temperatura durante todo o tempo por encima dos 400 K. Nótese que una unidade de superficie realiza a metade do período de xiro ás escuras. Paira superar esta contradición, os científicos trataron de atopar un proceso de refrixeración. O fenómeno relacionouse cos chorros de materi que xera a actividade do núcleo. Esta materia sublimada sería a que expulsa a calor. Pero analicemos máis detidamente esta actividade.

A primeira impresión é que a actividade do núcleo é irregular e bastante grande. Por tanto, a materia de distinta forza aparece en chorros. Como se comentou, estes chorros están distribuídos de forma irregular e non supoñen en total máis do 10% da superficie. Outro 90% está cuberto por un caparazón sólido escuro. E cando dicimos escuro queremos dicir que ese caparazón é tan negro como o carbón. O seu albedo está entre 0,062 e 0,04, é dicir, só reflicte entre o 2% e o 4% da luz que recibe.

Este é outro valor inesperado. Esperábase que o núcleo fose luminoso e este pequeno valor do albedo provocou un problema ao sacar as fotos. A cámara fotográfica de Giotto estaba programada paira seguir o punto máis luminoso. Ao ser o núcleo negro, a cámara enfócase cara ao chorro máis luminoso que proxectaba o núcleo. Por iso, nas fotografías tomadas a distancia pódese ver o núcleo completo, pero ao achegarse una parte importante quedou fóra.

A cuncha, pola súa banda, é moi irregular e nela ven cimas e vales, algúns con forma de cráter. Pero, como xorde este caparazón escuro e irregular?.

Crese que o proceso de formación débese ao vento solar e á atracción da gravidade do núcleo. A materia que se expulsa do núcleo a baixa velocidade cae de novo á superficie, formando una parábola debido ao empuxe do vento solar e á forza da gravidade, que é moi pequena. Deste xeito, o núcleo atópase en continua remodelación e cambio aparente, de aí a súa irregularidade. A escuridade baséase na abundancia de compostos que conteñen carbono. Aínda que estes compostos non son estruturalmente complicados, son máis abundantes do previsto, como xa se comentou, e producen un efecto invernadoiro se a luz absórbese sen deixar que salga.

Agora estamos en condicións de clarificar a formación de chorros que explican o proceso de refrixeración do núcleo. Estes orixínanse sobre todo na zona de orientación solar, cando a calor da radiación que recibe o caparazón baixa e sublima os xeos subxacentes. Isto lévanos a aceptar que a cuncha é bastante fina, talvez de 1 cm. Giotto estudou algúns destes chorros na súa aproximación. As máis longas eran de máis de 15 km e estaban separadas irregularmente. É de supor, por tanto, que o núcleo non é homoxéneo e que nalgunhas rexións hai xeo baixo a casca e noutras hai rocas máis abundantes. As perdas de materi produciríanse nas zonas de xeo.

Una vez coñecidos estes chorros, abriuse o camiño paira aclarar outros detalles que até entón non tiñan ningunha explicación. Eles serían a causa da falta de uniformidade das capas que rodean o cometa e as súas interaccións co vento solar. Por outra banda, aínda que a irregularidade da superficie do núcleo explicouse a través do bombardeo da materia expulsada do núcleo, os cráteres que se observan no mesmo proceden da extracción dos chorros e non dos impactos meteoríticos, como no caso da Lúa.

Por último, explicaremos outra das particularidades observadas cando o cometa aínda estaba lonxe da Terra: os sorprendentes cambios de luminosidade. En varias ocasións observouse que en moi pouco tempo (entre 1 e 3 horas) Halley aumentaba moito a súa luminosidade (entre 3 e 5 tempos). Estes cambios non se poden considerar, por exemplo, como consecuencia do xiro. Agora crese que o fenómeno consiste na dispersión da luz producida polos pos de chorreado ocasionais.

Como colofón a estas páxinas dedicadas a Halley, mencionaremos as valoracións dos programas que os científicos realizaron paira o seu estudo. Uns poucos fixeron críticas moi duras de que estas misións non mostren noticias que non coñeciamos. Isto non é, con todo, una opinión maioritaria. En xeral os resultados considéranse importantes, aínda que tendo en conta os programas que se organizaron, hai que recoñecer que non foron moi ricos. Doutra banda, destácanse dous fitos. A primeira, o bo comportamento dos buques espaciais, sobre todo tendo en conta as súas duras condicións de traballo. A segunda é a colaboración internacional alcanzada. Os labores de coordinación entre programas leváronse a cabo moi ben, o que abre novas vías de futuro.