Desde que hace poco más de un año Rosetta está en órbita, ni siquiera alcanza el tiempo para enterarnos de todas las novedades que surgen respecto al conocimiento de cómo funcionan los cometas. En esta nota publicada en el blog de Rosetta de la ESA (
http://blogs.esa.int/rosetta/2015/09/18/rosettas-far-excursion-to-study-the-coma-at-large/
que tuvimos el honor de traducir para la web de cometas de la LIADA:
https://rastreadoresdecometas.wordpress.com/2015/09/26/excursion-de-rosetta-para-estudiar-la-coma-del-67p/
podemos enterarnos por donde anda precisamente Rosetta en estos días: se ha alejado de su órbita cercana para poder estudiar la coma en perspectiva y descubrir el "arco de choque" del 67P. Si quieren saber qué es eso, pueden leer esta entrada.
El
pasado 23 de septiembre Rosetta emprendió una excursión de tres semanas que la
llevará hasta una distancia de 1500 kms. del núcleo del cometa 67P /
Churyumov-Gerasimenko, la distancia más lejana desde que llegó al cometa en
agosto de 2014.
Los
diversos componentes de un cometa, como el arco de choque. Crédito: ESA
El
principal objetivo científico de este curso de acción es estudiar el estado de
la coma del 67P/Churyumov Gerasimenko en una escala más amplia, mientras que la
actividad del cometa sigue siendo alta en la fase de post-perihelio. Si bien
casi todos los instrumentos de Rosetta estarán operando durante la excursión,
esta exploración de la coma en general será especialmente interesante para
estudiar el entorno de plasma del cometa con los instrumentos del Rosetta
Plasma Consortium (RPC). En particular, los científicos están apuntando a la
detección del arco de choque, un límite entre la magnetosfera del cometa y el
viento solar ambiente. La existencia de un arco de choque en el entorno de un
cometa alrededor de su pico de actividad se predijo en 1967 por Ludwig
Biermann, y ha sido confirmado en las últimas décadas por las observaciones en
los cometas 21P/Giacobini-Zinner, 1P/Halley, 26P/Grigg-Skjellerup y 19P/
Borrelly.
"Las
medidas previas que se realizaron durante los sobrevuelos sólo proporcionaron
datos puntuales y limitados sobre los arcos de choque de un puñado de cometas.
Rosetta, en cambio, obtendrá datos a través de varios días, el seguimiento de
la evolución del entorno de plasma del 67P/CG poco después de su
perihelio", dice Claire Vallat, científica del Rosetta Science Ground
Segment del European Space Astronomy Centre (ESAC) de la ESA.
A
lo largo de la nueva trayectoria, Rosetta se alejará del núcleo hasta unos 1500 kilómetros en
la dirección del Sol, donde se espera encontrar el arco de choque. Esta
distancia máxima se alcanzará a finales de septiembre, luego la nave espacial
regresará a distancias más cercanas a mediados de octubre.
El
entorno de plasma de un cometa activo. De TE Cravens & TI Gombosi, Cometary
Magnetospheres: a tutorial, 2004, Advances in Space Research, Volumen 33,
número 11, p. 1968 hasta 1.976.
"Si
bien puede parecer extraño apartarse del núcleo en este momento, estas medidas
son necesarias para entender el comportamiento del cometa en general y deben
realizarse sin dejar pasar demasiado tiempo después del perihelio, para que el
cometa siga siendo apreciablemente activo", añade Claire.
La
salida a la excursión a 1500 kms. de distancia se inició con una maniobra de
encendido matutina a las 01:40 GMT (03:40 CEST) del 23 de septiembre. Las
órdenes para un encendido con un empuje de 2,34 m/s se subieron por adelantado
y Rosetta será empujada hacia un camino de escape lento.
Después
de que se complete la maniobra de encendido, Rosetta se moverá fuera de su
órbita actual, aproximadamente 450
km del núcleo, dirigiéndose al objetivo en el punto más
alejado de la excursión con un ángulo de fase de 50 grados, y llegando a la
distancia de 1500 kms. del cometa el 30 de septiembre. En esa fecha, la nave va
a llegar al lado matutino del 67P/CG, sobre el hemisferio sur del cometa, a -60
grados de latitud.
"Una
vez que estemos muy lejos del cometa, no vamos a ser capaces de identificar los
puntos de referencia para la navegación ya que vamos a estar demasiado lejos.
La navegación se basará en la determinación del centro del cometa en las
imágenes NavCam", dice la Spacecraft Operations Manager Sylvain Lodiot en
el European Space Operations
Centre (ESOC) de la ESA.
Después
de haber alcanzado el punto más lejano en este tramo, Rosetta realizará un
encendido de retorno que la traerá de nuevo a unos 500 km sobre el cometa el 7
de octubre. Mientras que la nave espacial está en la excursión, el medio
ambiente del cometa continuará evolucionando, pero el equipo de operaciones de
la misión no tendrá una caracterización actualizada del nivel de actividad, por
lo que el retorno será con cautela.
"No
iremos directamente a los 500 kms, retornaremos paso a paso mientras conocemos
lo que está pasando en el cometa y recuperamos conocimiento de su
actividad", dice Lodiot.
Cuando
un cometa se acerca al Sol, las moléculas congeladas - incluyendo agua,
monóxido de carbono y dióxido de carbono – comienzan a sublimar tanto sobre
como debajo de la superficie del núcleo. Cuando los gases escapan del núcleo
llevan consigo partículas de polvo y, en conjunto, producen la coma del cometa.
Visualización
de las líneas de campo magnético en el entorno de plasma del cometa. El campo
magnético interplanetario "no perturbado" es visible a la izquierda,
el arco de choque en el centro y el campo magnético alrededor del cometa a la
derecha. La pequeña esfera azul, con un radio de aproximadamente 100 km, muestra el tamaño de
la coma más interna, que contiene la cavidad diamagnética y el campo magnético.
Créditos: Modelado y simulación: Technische Universität Braunschweig y
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; Visualización: Zuse-Institut de
Berlín
Las
moléculas en la coma son originalmente neutras, pero se pueden despojar de uno
o más de sus electrones, quedando así ionizadas, debido a una variedad de
procesos físicos en el entorno del cometa. Los moléculas ionizadas resultantes,
como H2O + y O +, construyen la magnetosfera del cometa y comienzan a
interactuar con el viento solar - una corriente de partículas cargadas e iones
que fluyen desde el Sol hacia todo el sistema solar.
Los
iones del cometa, que se mueven muy lentamente con respecto al flujo de alta
velocidad del viento solar, son "recogidos" por el viento solar,
añadiendo más y más masa a su flujo. Como consecuencia, el viento solar siente
la presencia de un obstáculo, representado por el cometa activo, y desacelera
gradualmente, hasta que finalmente se presenta una discontinuidad con una
fuerte diferencia de los valores de campo magnético entre los dos entornos de
plasma: es el arco de choque.
Durante
sobrevuelos de cometas visitados anteriormente, se detectaron arco choques a
distancias de varios miles de kilómetros del núcleo. En 1986, la misión Giotto
de la ESA midió
un arco de choque de alrededor de un millón de kilómetros del núcleo del cometa
1P / Halley; más tarde, en 1992, se detectó otro arco de choque durante su
sobrevuelo del cometa 26P / Grigg-Skjellerup, unos 20.000 km del núcleo.
Los
parámetros del plasma medidos por la misión Giotto de la ESA en 1992, durante su
sobrevuelo del cometa 26P / Grigg-Skjellerup. De AJ Coates et al, 1997, Journal of
Geophysical Research, vol. 102, no. A4, página 7105.
"La
ubicación del arco de choque depende de la actividad del cometa", explica
Hans Nilsson, del Swedish Institute for Space Physics, investigador principal
del Ion Composition Analyser Ion - uno de los instrumentos del RPC.
"El
cometa 1P / Halley era mucho más activo que el 67P / CG y el arco de choque
estaba mucho más lejos de lo que esperamos encontrar con Rosetta. Por otro
lado, 26P / Grigg-Skjellerup era un cometa de relativamente baja actividad y su
tasa de producción de gas en el momento del encuentro con Giotto fue similar a
la de 67P / CG en el momento de perihelio".
Mientras
que Rosetta no se aventurará tan lejos del núcleo, el momento de la excursión
lejana- seis a ocho semanas después del perihelio - fue planeado de tal manera
que el arco de choque vaya a estar más cerca del núcleo.
"Las
simulaciones de plasma híbrido indican que el arco de choque debería haberse
formado ya y que deberíamos verlo a alrededor de un millar de kilómetros del
núcleo", explica Christoph Koenders, un científico del RPC del Institute
for Geophysics and Extraterrestrial Physics de la Technische Universität
Braunschweig en Alemania.
"La
ubicación exacta del límite depende de la velocidad del viento solar, de la
densidad, de la tasa de producción de gas del cometa y del campo magnético
interplanetario, y pequeñas variaciones en estos parámetros podría cambiarla
considerablemente. Sin embargo, estamos seguros de que vamos a detectar el arco
de choque en algún momento durante la excursión".
Visualizaciones
de una simulación de plasma híbrido de la interacción del cometa 67P /
Churyumov-Gerasimenko, a una distancia de 1,3 unidades astronómicas del Sol,
que muestran la fuerza del campo magnético en el plano z = 0 (cuadro
izquierdo), la densidad (cuadro medio) y la velocidad (cuadro de la derecha) de
los protones del viento solar. Adaptado de C. Koenders et al, 2013, Planetary
and Space Science, vol. 87, páginas 85-95.
Durante
la excursión lejana que comenzará el 23 de septiembre, los científicos del RPC
están planeando muestrear la magnetosfera de 67P/CG en un rango de distancias
desde el núcleo que no han sido sondeadas, midiendo las propiedades de los
iones y electrones y el campo magnético en el plasma ambiente. Además del arco
de choque, se espera detectar varias otras regiones de transición, tales como
una cometopausa y una envoltura magnética cometaria, así como algunos otros
límites posibles, que mostrarán todos una firma única en cada una de las
mediciones.
Mientras
que la resolución temporal de los datos será similar a la obtenida durante
anteriores sobrevuelos de otros cometas, la resolución espacial será mejorada
en varios órdenes de magnitud gracias a la velocidad mucho menor de Rosetta con
respecto al cometa. Además, habrá una oportunidad de estudiar las variaciones
temporales del entorno de plasma del cometa, ya que la nave espacial pasará
mucho tiempo en cada región de la magnetosfera del cometa.
"Los
arcos de choque son un fenómeno omnipresente en la astrofísica y estudiarlos in
situ es un gran avance", dice Matt Taylor, científico del proyecto Rosetta
de la ESA.
"Por
ejemplo, la misión Cluster de la
ESA exploró el arco de choque muy fino de nuestro propio
planeta hace unos años, revelando que es un sitio ideal para la aceleración de
partículas. Ahora, Rosetta nos permitirá estudiar un arco de choque de un
cuerpo celeste muy diferente en gran detalle. Dado que las condiciones en este
cometa están en el límite para la formación del arco de choque, tendremos la
oportunidad de investigar con gran detalle cómo surgen estos límites".
Los
científicos están ansiosos por usar estos datos para aprender acerca de la
formación de las ondas de choque y otros límites en el entorno de plasma de un
cometa, y examinar cómo afectan la transferencia de energía y la dirección del
viento solar a la atmósfera del cometa. El cometa 67P / CG ofrece un nuevo
entorno que permite estudiar la interacción del viento solar en un contexto que
es muy diferente del de un planeta.
