Un nou cos planetari al Sistema Solar?

Un objecte de massa planetària desconegut podria estar amagat en les zones externes del Sistema Solar d’acord a la recerca d’unes investigadores de la Universitat d’Arizona. La forma estranya de les òrbites dels planetes menors del Cinturó de Kuiper  es podria explicar a causa de la pertorbació gravitatòria d’aquest cos d’una massa major que Mart fins ara no observat.

El Cinturó de Kuiper engloba gran part de les restes de la formació del Sistema Solar. Situat més enllà del planeta Neptú i entre 30 a 50 unitats astronòmiques (1 ua = distància Terra-Sol) aproximadament del Sol, està format per milers d’objectes de mida tan gran com els planetes nans Plutó o Eris fins a cossos molt més menuts. La majoria d’aquests són petits cossos gelats que, extrets de les seues òrbites seculars, poden caure cap al Sistema Solar interior per formar els cometes.

En l’article enviat a la revista Astronomical Journal, l’astrònoma lider del treball Kat Volk i l’astrònoma Renu Malhotra del Lunar and Planetary Laboratory (LPL) de la Universitat d’Arizona presenten proves molt fortes de l’existència d’un cos de mida planetària no conegut i amb una massa entre la de Mart i la Terra. La presència d’aquest objecte es dedueix de manera indirecta per la inclinació orbital anòmala dels membres més llunyans del Cinturó de Kuiper.

Tots els planetes del Sistema Solar giren al voltant del Sol en òrbites planes molt semblants. De fet la inclinació de tots ells està en el rang entre els 7º de Mercuri i els 0,77º d’Urà si ho calculem respecte a l’òrbita de la Terra al voltant del Sol, l’anomenada eclíptica. A la figura adjunta, Plutó arriba a 17º d’inclinació. Aquesta va ser una de les raons per considerar que no era un planeta com els altres.

Tanmateix si no som tan terracèntrics i calculem la inclinació orbital de tots els cossos respecte a la mitjana ponderada de totes les òrbites planetàries i plans rotacionals, l’anomenat pla invariable, els valors varien una mica. Evidentment els moviments orbitals dels quatre planetes gegants dominen i, llavors els valors d’inclinació són diferents…

 Les investigadores Volk i Malhotra van estudiar els angles d’inclinació dels plans orbitals de més de 600 objectes del Cinturó de Kuiper. I van descobrir que, mentre la majoria dels cossos tenen inclinacions orbitals pròximes al pla invariable del Sistema Solar, els més distants, més enllà de 50 unitats astronòmiques, tenen una gran inclinació orbital que només podria explicar-se per la influència gravitatòria d’un gran cos desconegut.

I com seria aquest cos? Per començar els científics l’anomenen objecte de massa planetària. Donat que no compleix les regles per a ser un planeta segons la resolució famosa de la Unió Astronòmica Internacional del 2006, ja que aquest cos de mida planetària no ha netejat la seua òrbita de cossos menuts, no se li pot anomenar planeta i, a més a més, dir-li planeta menor tenint la mida de Mart potser siga un poc contradictori.

Per poder influenciar gravitatoriament i deformar les òrbites dels objectes llunyans del Cinturó de Kuiper, l’objecte desconegut hauria d’orbitar el Sol a una distància d’unes 60 unitats astronòmiques amb una inclinació orbital de 8º respecte al pla invariant del Sistema Solar. La seua influencia es notaria almenys a 10 ua a cada costat de l’òrbita.

“Els objectes distants observats del Cinturó se concentren en un anell d’aproximadament 30 unitats astronòmiques d’ample i sentirien la gravetat d’un objecte de massa planetària al llarg del temps“, ha explicat l’astrònoma Volk, “per la qual cosa la hipòtesi d’una massa planetària que cause la deformació observada és raonable a aquestes distancies

L’objecte buscat no podria ser l’hipotètic Planeta Nou, que ja fa més d’un any es busca per explicar el comportament anòmal d’alguns objectes molt llunyans del Cinturó. Aquest suposat planeta ha de ser més massiu (unes 10 masses terrestres) i molt més llunyà (entre 500 i 700 ua).

Aquest és massa llunyà per influenciar aquests objectes del Cinturó“, ha explicat Volk. “L’objecte buscat ara ha d’estar més prop de 100 ua per afectar substancialment als membres del Cinturó situats en aquest rang“.

I com és que no hem trobat encara un cos de mida planetària tan gran? El més probable és que, segons Malhotra i Volk, encara no hem explorat prou en la volta celeste els objectes del Sistema Solar distant. El lloc més probable en el que podria estar amagat un cos de massa planetària estaria en el pla galàctic, un àrea tan densament plena d’estels que les cartografies en busca de nous objectes del Sistema Solar tracten d’ evitar.

Una possible alternativa a aquest objecte que podria haver alterat el pla orbital dels objectes externs del Cinturó de Kuiper podria ser una estrella que passà fregant el Sistema Solar en la història astronòmica recent, farà uns centenars de milions d’anys.

Una estrella viatgera mouria tots el eixos de rotació orbital en una mateixa direcció” ha comentat Malhotra. Però una vegada l’estrella haja passat els objectes tornaran a l’orbita anterior. Caldria un pas extremadament pròxim, a unes 100 ua i la seua marca sobre les òrbites s’esborraria al cap de 10 milions d’anys. Per això no considerem que siga l’escenari més probable“.

El descobrir un nou món a les afores del Sistema Solar és un repte científic immens a causa de poca brillantor de l’objecte buscat, que recordem-ho no té llum pròpia i només reflecteix la llum del Sol, que a la distància que es pot trobar és mínima. Però diversos satèl·lits i telescopis tenen grans bases d’imatges de tot el cel encara per explorar. Els programes de ciència ciutadana, amb voluntaris que exploren les imatges astronòmiques a la cerca d’objectes nous, permet avançar en aquesta recerca. El projecte Backyard Worlds (Mons del veïnat) permet a qualsevol que dispose d’un ordinador i una connexió a internet examinar imatges preses per la nau espacial WISE (Wide Field Infrared Survey Explorer) de la NASA.

El Sistema Solar sembla més complex del que aprenguérem a l’escola. L’observació detallada del moviment dels cossos planetaris i el que coneixem del exoplanetes farà revolucionar el que sabem del nostre entorn més pròxim.

Imatges:

1.- Simulació del suposat cos planetari més enllà de Neptú.
2.- Inclinacions orbitals: Astronomy – Ch. 7: The Solar Sys – Comparative Planetology (14 of 33) Planet Orbital Inclination
3.- Pla invariant Why are the planets all in the same plane?
4.- Mapa dels objectes coneguts del Cinturó de Kuiper. Wikipedia commons.

Un nové planeta per al sistema solar?

la-sci-sn-planet-nine-20160120-001

La possible existència d’un nou planeta situat més enllà de Plutó, en les afores fredes del Cinturó de Kuiper, ha revolucionat els astrònoms planetaris. Tanmateix el treball de Batygin i Brown, de la Universitat Tecnològica de Califòrnia, CalTech, publicat aquesta setmana a Astrophysical Journal, només pressuposa l’existència d’un cos tan gran com Neptú i d’unes 10 masses terrestres per explicar l’estranya òrbita de sis cossos transneptunians. Per demostrar que el cos existeix realment, caldrà fer encara molta feina.

Més enllà de Neptú s’estén el reialme dels cossos petits i gelats, residus de la formació del sistema solar. És l’anomenat Cinturó de Kuiper que acull objectes situat entre els 30 i 50 vegades la distància Terra-Sol (anomenada unitat astronòmica). L’objecte més gran que coneixem per ara és el planeta nan Plutó. També s’hi troba Eris, descobert l’any 2005 pel mateix Brown que ara proposa el nou cos. El descobriment d’Eris, i posteriorment d’altres cosos com Makemake, va fer que la Unió Astronòmica Internacional redefinira el concepte de planeta l’any 2006 i degradara Plutó i Eris a l’estatus de planetes nans. El descobriment d’Eris, per tant, va propiciar la caiguda en desgràcia de Plutó. El mateix Brown, socarró, en fa conya i ha adoptat l’usuari de Twitter @plutokiller.

planet-nine-160120b-02Sis dels objectes del Cinturó de Kuiper mostren unes òrbites molt allargassades (molta excentricitat orbital) però, allò que més sobta els astrònoms és que el seu periheli, el punt de màxima aproximació al Sol, de tots ells es troba en la mateixa zona del cel. Aquesta coincidència de les òrbites no es gens casual i s’ha tractat d’explicar de diverses formes. Per exemple, el pas casual del sistema solar per les proximitats  d’una altra estrella podria ser la causa d’aquesta configu- ració tan estranya dels cossos però els efectes de la trobada estel·lar es notarien també en el sistema solar intern on s’hi troba la Terra. I les mesures acurades de les òrbites dels planetes interiors no mostren cap senyal estranya i no explicada.

Davant de la falta d’hipòtesis concloents, Batygin i Brown han proposat l’existència d’una superTerra d’unes 10 masses terrestres, amb una òrbita no circular, sinó excèntrica, que seria la responsable de modular el moviment d’aquests sis cossos. Entre aquests cossos podem trobar els objectes 2012VP113 i Sedna, que tenen òrbites tan allargassades que possiblement siguen membres del núvol d’Oort, l’immens núvol de cossos gelats que envolta tots els planetes i el Cinturó de Kuiper.

Superterra-Sistema-SolarEls moviments dels sis objectes i de la possible superTerra es trobarien coordinats. Quan els petits cossos gelats es trobaren prop del periheli, el planeta hipotètic es trobaria en el seu punt més allunyat del Sol, de manera que mai es trobarien.

El suposat planeta número 9 del sistema solar és, per tant, una hipòtesi de treball i caldrà descobrir-lo observacionalment. Tanmateix els astrònoms estan acostumats a aventurar l’existència d’objectes planetaris de manera teòrica per a tractar d’explicar anomalies gravitatòries per a després descobrir-los realment. Aquesta és la gràcia de la llei de gravitació universal de Newton. La mecànica celeste és una ciència predictiva.

L’existència del planeta Neptú, per exemple, va ser predita l’any 1846 per l’astrònom francés Urbain Le Verrier per explicar les anomalies observades en el moviment d’Urà. Amb la predicció, l’astrònom alemany Johann Gottfried Galle va ser capaç de trobar-lo al cel el 23 de setembre de 1846 a només 1º de la posició calculada.

Si la superTerra existeix finalment, Batygin i Brown comenten que hauria d’existir també una nova població d’objectes del Cinturó de Kuiper encara desconeguda. Uns objectes que amb òrbites molt excèntriques es mogueren en òrbites perpendiculars a les òrbites dels sis cossos de l’estudi. Si aquests nous objectes són descoberts finalment es reforçaria molt la hipòtesi de la superTerra.

Aquests són, però, indicis indirectes. El que realment interessa ara és l’observació directa de l’objecte, si realment existeix. La suposada superTerra es troba tan lluny que la seua brillantor serà molt feble. Potser els telescopis infrarojos en òrbita com el WISE podrien captar la dèbil escalfor que emeta.

kbatygin-mbrown-0049_1000I si finalment Michael E. Brown té raó i la superTerra és un membre real del sistema solar, podrà finalment dir que ha descobert un planeta, en aquest cas el 9é. I espera que no li passe el mateix que li passà amb Eris, que indirectament causà la mort de Plutó com a planeta.

1.- Visió artistica d’un planeta gegant expulsat del seu sistema estel·lar en la foscor de l’espai. Els astrònoms pensen que el nostre sistema solar pot tindre una distant superTerra, expulsada a les afores en les primeres etapes de la formació dels planetes. NASA.
2.- Caracterísitiques del suposat nové planeta del sistema solar.  ‘Planet Nine’ May Exist: New Evidence for Another World in Our Solar System. SPACE.com.
3.- Òrbites dels cossos transneptunians i de la suposada superTerra. Not So Fast: Why There Likely Isn’t A Large Planet Beyond Pluto.
4.- Mike Brown i Konstanin Batygin en Caltech. Lance Hayashida/Caltech.

Desvelant els secrets de Ceres

ceres-nasaL’objecte més gran del cinturó d’asteroides, Ceres, està essent explorat d’una manera sistemàtica des de fa quasi un any per Dawn, una revolucionaria nau de la NASA amb un sistema de propulsió digne de Star Trek.

Ceres és un planeta nan dins del reialme dels asteroides. La seua forma arrodonida i un diàmetre de 945 km la van col·locar l’any 2006 en el club dels planetes nans, juntament amb Plutó i Eris.

Tanmateix quan va ser descobert per Giuseppe Piazzi en Palermo l’1 de gener de 1801 va ser considerat un planeta, que, a més a més, omplia el buit entre Mart i Júpiter segons havia predit la Llei de Titius-Bode. El descobriment posterior d’altres cossos com Vesta van permetre concloure que Ceres era només el més gran dels membres del cinturó d’asteroides i per això el seu nom complet actualment és 1 Ceres.

Des de telescopis en la Terra o des del Telescopi Espacial Hubble s’observaren fa uns anys unes taques fosques, que s’associaren a possibles cràters, i d’altres taques molt brillants sense una explicació clara.

Per l’interés d’explorar el cinturó d’asteroides en detall, la nau Dawn de la NASA va ser llançada a l’espai el 27 de setembre de 2007. En un viatge de més de 8 anys va visitar primerament Vesta l’any 2011 on s’hi va estar en òrbita durant uns mesos, per a després dirigir-se cap a Ceres on arribà el passat 6 de març de 2015. Des d’aleshores ençà ha explorat el planeta nan en diferents òrbites cada vegada més pròximes al planeta nan fins arribar a situar-se a només 385 km de la superfície des del desembre passat.

El planeta nan rep el nom de la deesa romana de l’agricultura. El seu nom va ser proposat pel mateix descobridor Piazzi amb l’afegit del nom del rei de Sicilia d’aleshores, Ferran I. Tanmateix el nom proposat, Cerere Ferdinandea, va perdre ràpidament el cognom en no ser acceptat pels astrònoms europeus. Ara, amb l’arribada de Dawn a Ceres, i seguint una tradició ben arrelada de la Unió Astronòmica Internacional, totes els nous accidents geogràfics descoberts rebran noms de sers mitològics de totes les cultures del món relacionats amb l’agricultura. Com a curiositat, l’element químic ceri (nombre atòmic 58) va ser descobert el 1803 i va prendre el nom de l’asteroide, que s’havia descobert dos anys abans.

Occator_PIA19889Quan l’any passat Dawn es col·locà en òrbita de Ceres va descobrir un món en miniatura, amb muntanyes i valls, grans fissures i unes taques molt brillants, les quals ja van ser detectades pel telescopi Hubble ja fa una dècada. Dins del cràter de 92 km Occator, nom del deu de l’arada i ajudant de Ceres, s’hi observa les taques brillants més grans, la composició de les quals han estat un misteri fins fa unes setmanes.

Finalment el passat 9 de desembre de 2015, els científics de la missió van informar a través en la revista Nature que les taques brillants podrien estar relacionades amb un tipus de sal, particularment una forma de la salmorra que conté sulfat de magnesi, hexahidrit (MgSO4·6H2O), similar al que podem trobar en alguns llocs a la Terra com a Manresa. Un altre estudi conclou que les taques podrien estar associades amb argiles riques en amoníac.

Aquesta segona conclusió és ben interessant ja que, de fet, a la temperatura en que es troba Ceres, el gel d’amoníac no es pot mantindre en la seua superfície i se sublimaria per la calor del Sol. Ara bé les molècules d’amoníac serien estables si es troben en combinació amb altres minerals com ara l’argila. Però hi ha encara una conseqüència més interessant si realment les taques blanques són causades per gel d’amoníac i és que aquest fet seria un clar indici que Ceres no es va formar en el cinturó dPIA20192-16-640x350‘asteroides, on ara es troba, sinó molt més lluny del Sol, en les afores fredes del sistema solar i que després, les pertorbacions gravitatòries dels grans planetes l’haurien portat on es troba ara.

El passat 21 de desembre Dawn observà detalls del cràter Kupalo de 26 km de diàmetre. El seu nom prové del deu eslau de la vegetació i la collita. Amb un detall sorprenent, es veuen les parets del cràter d’impacte cobertes per un material blanc que podria ser algun tipus de sal.

598px-Ceres_Cutaway-en.svgFa dos anys imatges preses des del Telescopi Espacial Hubble detectaren clars indicis de presència d’aigua emesa des de la superfície de Ceres. Tot fa pensar que existeix una capa d’aigua líquida en l’interior del planeta nan.

Es creu que Ceres és un cos diferenciat, és a dir que l’interior està format per diferents capes de distinta densitat. Hi hauria un nucli rocós sobre el qual hi hauria una capa de gel d’aigua. Aquesta capa de 100 quilòmetres de guix contindria fins a 200 milions de quilòmetres cúbics d’aigua, la qual cosa seria més que la quantitat d’aigua dolça a la Terra.

640px-Electrostatic_ion_thruster-en.svgFinalment caldria parlar una mica del motor iònic de la nau, digne d’una pel·lícula de ciència ficció i que segurament s’utilitzarà en altres missions. L’energia elèctrica que s’obté dels panells solars s’utilitza en part per a separar els electrons dels núclis d’un gas de xenó, ionitzant-los. Amb uns potents camps magnètic i elèctric, aquests ions són dirigits i accelerats fins a 40000 km/h fora del motor i, pel principi d’acció i reacció, causen una espenta a la nau. El sistema de propulsió de la nau Dawn és molt eficient, fins a 10 vegades més eficients que els tradicionals motors de combustibles químics. El vídeo següent ho explica.

Continuarem expectant pels descobriments que ens puga revelar la fantàstica nau Dawn.

Més informació: After 8 years, Dawn probe brings Ceres into closest focus.

Imatges:

1.- Imatge de Ceres obtinguda per Dawn. NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
2.- Rotació de Ceres i cràter Occator. NASA/JPL-Caltech
3.-PIA19889: Dawn fa una mirada al cràter Occator.  NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.
4.- Cràter Kupalo, un dels cràters més joves de Ceres. NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
5.- Diagrama de la possible estructura interna de Ceres. NASA, ESA, i A. Feild (STScI)
6.- Esquema d’un motor iònic. Oona Räisänen
7.- Vídeo de funcionament del motor de Dawn. NASA Glenn Research Center.

Pluto, el dimoni destronat

Planetes nans

No hi ha res que dure per sempre. Plutó ha deixat de ser considerat un planeta del Sistema Solar. Aquesta decisió que a alguns els pot semblar arbitrària té, tanmateix, unes profundes raons.

Plutó va ser descobert l’any 1930 per l’astrònom nord-americà Clyde W. Tombaugh. Podeu veure l’interessant post de Juli Peretó d’avui mateix. Ja feia temps que les pertorbacions gravitatòries de l’òrbita de Neptú preveien que havia d’existir algun altre cos més enllà. Es tractava de trobar el planeta X, el desconegut. Tombaugh va tindre èxit i donat que es considerava que estava a les afores del Sistema Solar se li va assignar el nom de Plutó, déu de l’infern grecoromà. Més tard, l’any 1978, Jim Christy va descobrir-li un satèl·lit, Caront, nom del barquer que duia els morts a l’infern creuant el riu Estígia.

Plutó no ha deixat de sorprendre els astrònoms. La seua òrbita de 249 anys és tan el·líptica que a vegades entra dins de l’òrbita de Neptú però la gran inclinació orbital fa que no hi haja perill de col·lisió. A més, està format per una amalgama de roques (70%) i gels de nitrogen i metà congelat (30%). La seua atmosfera és intermitent, és a dir, normalment està congelada però quan està més prop del Sol, aquesta es vaporitza i durant uns anys gaudeix d’una lleugera capa gasosa de nitrogen i metà. La grandària de Plutó tampoc no és gran cosa ja que és més menut que la Lluna, les quatre grans llunes de Júpiter (Ió, Europa, Ganimedes i Cal·listo), Tritó i Tità.

Els altres planetes, des de Mercuri a Neptú tenen unes característiques més comunes, òrbites quasi circulars, poca inclinació orbital, etc. Però les característiques peculiars de Plutó havien estat acceptades com s’accepten les estranyeses de l’ovella negra de la família.

Les coses s’han capgirat, però, des de fa uns anys. Més enllà de Plutó han anat descobrint-se nous cossos celestes orbitant el Sol. Móns tan allunyats que el Sol només és l’estrella més brillant del cel, a unes temperatures fregant els 250 graus sota zero. És la zona del cinturó de Kuiper on es creu que existeixen milers de cossos. El descobriment de l’objecte 2003 UB 313 per un equip d’astrònoms de Califòrnia liderats per M. Brown i la constància que és un centenar de quilòmetres més gros que Plutó han acabat d’encendre la polèmica. Brown argumenta, amb raó, que si Plutó és considerat planeta, aquest nou cos, que anomena informalment Xena, que és més gran, també ho ha de ser.

Aquest fet ha portat a la Unió Astronòmica Internacional (IAU) a posicionar-se. Si s’accepta que Xena és un planeta, també ho ha de ser Ceres, el major dels asteroides; Caront, la lluna gegant de Plutó i segurament unes desenes de cossos que es descobriran més enllà de Plutó. No ha estat així, afortunadament. Les coses han anat d’una altra manera. Per primera vegada en la història s’ha posat una definició clara del que es considera un planeta. És un objecte que:

  • a) orbita el Sol, sense ser un satèl·lit,
  • b) té la massa suficient per a adquirir una forma d’equilibri hidrostàtic -siga més o menys esfèric- i
  • c) domine el seu entorn, tot havent netejat la seua òrbita d’objectes menors.

Plutó clarament incompleix la condició c) ja que entra en l’òrbita de Neptú i aquest és molt més gran. Calia un premi de consolació per als nord-americans que de colp han perdut dos llocs en el rànquing de descobridors planetaris (Plutó i Xena). A més, i molt més important que això, calia donar lloc a l’allau d’objectes que s’espera descobrir en els pròxims anys en el cinturó de Kuiper. S’ha creat la classificació de planeta nan en què la condició c) no es compleix. De moment han entrat en aquest apartat Plutó, Ceres i Xena. I pròximament, segurament hi podrien entrar Caront, Vesta, Pal·las i Hygiea (asteroides)  si es demostra que són més o menys esfèrics.

La ciència, per principi, tracta de classificar i ordenar per poder comprendre. Aquesta és la utilitat última de tot el citat afer: comprendre el nostre Sistema Solar i la seua formació, ara que centenars de nous planetes s’estan descobrint al voltant d’altres estrelles.