El interior del cometa de Rosetta

Los cometas son ‘escombros’ congelados, los restos del proceso que formó los planetas hace 4.600 millones de años. Distintas misiones espaciales han visitado un total de ocho cometas, haciendo posible determinar las propiedades básicas de estas cápsulas del tiempo. No obstante, aunque ya se han resuelto muchas incógnitas, se han planteado otras nuevas. 

Se sabe que los cometas están compuestos de una mezcla de polvo y hielo, lo que implica que si fuesen completamente compactos, serían más densos que el agua congelada. Sin embargo, los resultados de anteriores misiones demostraron que muchos de ellos tienen una densidad extremadamente baja, lo que sugiere que son cuerpos con una gran porosidad. 

La cuestión es: ¿esta porosidad se debe a la presencia de grandes cavidades en su núcleo, o es más bien una estructura homogénea de baja densidad? 

En un nuevo estudio, publicado esta semana en la revista Nature, un equipo de investigadores dirigido por Martin Pätzold, del Instituto Renano para la Investigación Ambiental de la Universidad de Colonia, Alemania, ha demostrado que el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko también se trata de un objeto de baja densidad, pero se ha podido descartar que tenga un núcleo cavernoso. 

Este hallazgo es coherente con los resultados obtenidos a través del experimento radar CONSERT de Rosetta, que logró demostrar que la ‘cabeza’ del cometa bilobulado es bastante homogénea a escalas de unas pocas decenas de metros. 

La explicación más razonable es que la porosidad del cometa se deba a una propiedad intrínseca de las partículas de polvo que están mezcladas con el hielo que compone su núcleo. De hecho, estudios anteriores habían demostrado que las partículas de polvo de un cometa típico no eran sólidas, sino más bien unos conglomerados ‘esponjosos’ de alta porosidad y baja densidad. Los instrumentos COSIMA y GIADA de Rosetta han demostrado que el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko también presenta este mismo tipo de granos de polvo.

El equipo de Pätzold llegó a esta conclusión tras analizar los resultados del experimento RSI, que mide las alteraciones en la órbita de Rosetta provocadas por el campo gravitatorio del cometa, que a su vez depende de la distribución de masa del mismo. 

Las perturbaciones orbitales que sufre Rosetta se pueden determinar a partir de los cambios en la frecuencia de las señales que el satélite envía a Tierra, un fenómeno conocido como efecto Doppler. Este efecto se produce cuando existe un movimiento relativo entre el emisor y el receptor de una onda, y es el que provoca que las sirenas de las ambulancias cambien de tono cuando pasan a nuestro lado. 

En el caso de Rosetta, la mayor o menor atracción gravitatoria del cometa provoca un ligero desplazamiento que se traduce en cambios en la frecuencia de su enlace de radio. Durante sus operaciones rutinarias, Rosetta se comunica con tierra a través de la antena de 35 metros de diámetro de la estación de seguimiento de la ESA en Nueva Norcia, Australia. Las señales recibidas por esta antena fueron analizadas para reconstruir el campo gravitatorio del cometa. Si tuviese cavidades de gran tamaño, se habrían manifestado como una menor atracción gravitatoria de carácter localizado. 

La misión Rosetta de la ESA es la primera en realizar este complejo tipo de medidas en el entorno de un cometa. 

“La ley de la gravedad de Newton nos dice que Rosetta es atraído por todo cuerpo”, explica Martin Pätzold, investigador principal del experimento RSI. 

“En términos prácticos, esto significa que tenemos que eliminar la influencia del Sol, de todos los planetas – desde los gigantes a los enanos – y de los objetos más grandes del cinturón principal de asteroides, para poder estudiar los efectos debidos únicamente a la atracción del cometa. Afortunadamente conocemos bien estas influencias, y hoy en día es una práctica habitual de las operaciones espaciales”. 

A continuación, se tienen que aislar los efectos de la presión de la radiación solar y de los gases que forman la cola del cometa, ya que estos dos fenómenos también apartan al satélite de su trayectoria nominal. En este caso, el instrumento ROSINA de Rosetta resultó ser de gran utilidad, ya que mide el flujo de gases en el entorno del satélite, permitiendo al equipo de Pätzold eliminar las perturbaciones que provoca. 

Llegados a este punto, cualquier movimiento residual se debe únicamente a la masa del cometa. En el caso del 67P/Churyumov-Gerasimenko, los resultados indican que presenta una masa de algo menos de 10.000 toneladas. Las imágenes tomadas por la cámara OSIRIS de Rosetta permitieron desarrollar un modelo tridimensional del cometa, a partir del que se derivó que tiene un volumen de 18.7 km³. Estas dos figuras indican que su densidad es de apenas 533 kg/m³. 

El estudio de su estructura interna sólo fue posible gracias a un golpe cósmico de suerte. 

Como no se conocía de antemano la intensidad de la actividad del cometa, para garantizar la seguridad del satélite se diseñó una trayectoria de aproximación cautelar que mantendría a Rosetta a una distancia mínima de 10 kilómetros de su núcleo. 

Desafortunadamente, antes del año 2014 el equipo de RSI había indicado que necesitarían acercarse a menos de 10 kilómetros del cometa para poder estudiar su estructura interna. Estos cálculos estaban basados en las observaciones realizadas desde tierra, que parecían indicar que el cometa tendría forma esférica. A más de 10 kilómetros sólo se podría determinar su masa total. 

Sin embargo, cuando Rosetta empezó a acercarse al cometa, su extraña forma se hizo evidente. Afortunadamente para el equipo de RSI, su estructura bilobulada provoca que las variaciones de su campo gravitatorio sean mucho más pronunciadas, y por lo tanto más fáciles de medir a distancia. 

“Empezamos a detectar variaciones en el campo gravitatorio a una distancia de 30 kilómetros”, añade Pätzold. 

Cuando Rosetta alcanzó su órbita a 10 kilómetros, RSI fue capaz de realizar medidas de alta precisión. Esto ha permitido que el equipo de científicos confíe en la veracidad de su hallazgo. Pero quizás tengan una oportunidad aún mejor para completar su estudio. 

El próximo mes de septiembre Rosetta comenzará a descender para terminar su misión impactando de forma controlada contra la superficie del cometa. Esta maniobra es un auténtico reto para los especialistas en dinámica del vuelo del Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) en Darmstadt, Alemania, ya que cuanto más se aproxime el satélite al cometa, su compleja forma hará más difícil la navegación. No obstante, las medidas de RSI ganarán precisión, lo que podría ofrecer la oportunidad de buscar cavernas de unos pocos cientos de metros de diámetro.

Nota a los editores 

“A homogeneous nucleus for Comet 67P/ Churyumov–Gerasimenko from its gravity field,” de M. Pätzold et al. ha sido publicado por la revista Nature. 

Para más información:

Martin Pätzold
Rheinische Institut für Umweltforschung an der Universität zu Köln, Germany
Email: mpaetzol@uni-koeln.de

Matt Taylor
ESA Rosetta Project Scientist
Email: matt.taylor@esa.int

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int