¿Dónde está el hielo en Ceres? Nuevos hallazgos de la misión Dawn de la NASA.

Esta animación muestra al planeta enano Ceres al que se le ha superpuesto la concentración de hidrógeno determinada a partir de los datos adquiridos por el Detector de Rayos Gama y de Neutrones (su sigla en inglés es “GRaND”: Gamma Ray and Neutron Detector), a bordo de la nave espacial Dawn de la NASA. El instrumento mide el contenido de  hidrógeno en el primer metro del regolito, el material suelto en la superficie de Ceres. La escala de colores da el contenido de hidrógeno en unidades equivalentes de agua, asumiendo que todo el hidrógeno presente está en forma de agua, H2O. El color azul indica los lugares donde el contenido de hidrógeno es alto, cerca de los polos, mientras que el rojo indica menor contenido, en latitudes más bajas. En realidad una porción del hidrógeno está en forma de hielo de agua, y la otra en forma de minerales hidratados (tales como OH, en el grupo de minerales de las serpentinas). La información en color está superpuesta a un mapa de relieve sombreado que brinda el contexto. Crédito: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI.
A primera vista, Ceres, el cuerpo más grande del Cinturón Principal de Asteroides, no puede tener un aspecto helado. Las imágenes de la nave espacial Dawn de la NASA han revelado un mundo oscuro, lleno de cráteres cuya área más brillante está hecha de sales altamente reflectantes – no hielo. Pero los estudios científicos recientemente publicados de Dawn muestran dos líneas distintas de pruebas de existencia de hielo en o cerca de la superficie del planeta enano. Los investigadores presentaron estos resultados en la reunión del 2016 de la Unión Geofísica Americana en San Francisco.
“Estos estudios apoyan la idea de que el hielo se separó de la roca temprano en la historia de Ceres, formando una capa de la corteza rica en hielo, y que el hielo se ha mantenido cerca de la superficie en la historia del Sistema Solar”, dijo Carol Raymond, Investigador Principal adjunto de la misión Dawn, con base en el Laboratorio de Propulsión Jet de la NASA, en Pasadena, California.
El hielo de agua en otros cuerpos planetarios es importante porque es un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos. “En la búsqueda de los cuerpos que eran ricos en agua en el pasado distante, podemos descubrir pistas en cuanto a dónde  puede haber existido  vida en el Sistema Solar temprano”, dijo Raymond.

El hielo está por todas partes en Ceres

El material más cercano a la superficie  de Ceres es rico en hidrógeno, con concentraciones más altas en latitudes medias y altas – en consonancia con amplias extensiones de hielo de agua, de acuerdo con un nuevo estudio publicado en la revista Science.
“En Ceres, el hielo no sólo se localiza en unos pocos cráteres. Está en todas partes, y más cerca de la superficie al aumentar la latitud ,” dijo Thomas Prettyman, Investigador Principal del Detector de Rayos Gama y de Neutrones de Dawn (GRaND), con base en el Instituto de Ciencia Planetaria , en Tucson, Arizona.
Los investigadores utilizaron el instrumento GRaND para determinar las concentraciones de hidrógeno, hierro y potasio en el primer metro de profundidad de la superficie de Ceres. GRaND mide el número y la energía de los rayos gamma y los neutrones que emanan de Ceres. Los neutrones se producen cuando los rayos cósmicos galácticos interactúan con la superficie de Ceres. Algunos neutrones son absorbidos en la superficie, mientras que otros se escapan. Dado que el hidrógeno  ralentiza (desacelera) los neutrones, la presencia de hidrógeno se asocia con un menor número de neutrones que escapan. En Ceres, es probable que el hidrógeno esté en forma de agua congelada (que está de hecho formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno).
Los investigadores encontraron que en lugar de una capa de hielo sólido, es probable que se trate de una mezcla porosa de materiales rocosos en la que el hielo llena los poros, . Los datos del GRaND muestran que la mezcla es de aproximadamente 10 por ciento de hielo en peso.
“Estos resultados confirman las predicciones hechas hace casi tres décadas, que el hielo puede sobrevivir durante miles de millones de años justo debajo de la superficie de Ceres,” dijo Prettyman. “La evidencia fortalece el caso de la presencia de hielo de agua cerca de la superficie en otros asteroides del Cinturón Principal.“

Pistas sobre la vida interior de Ceres

Las concentraciones de hierro, hidrógeno, potasio y carbono proporcionan evidencia adicional de que la capa superior de material de recubrimiento de Ceres fue alterada por agua líquida proveniente del interior de Ceres. Los científicos teorizan que la desintegración de elementos radiactivos dentro de Ceres suministró el calor que condujo este proceso de alteración, la separación de Ceres en una carcasa exterior con hielos y un interior y rocoso. La separación de hielo y roca podría dar lugar a diferencias en la composición química de la superficie y del interior de Ceres.
Debido a que  los meteoritos llamados condritas carbonáceas también fueron alterados por el agua, los científicos están interesados ​​en compararlos con Ceres. Estos meteoritos probablemente provienen de cuerpos que eran más pequeños que Ceres, pero con un flujo  limitado, de fluido  por lo que pueden proporcionar pistas sobre la historia interior de Ceres. El estudio publicado en Science, muestra que Ceres tiene más hidrógeno y menos hierro que estos meteoritos, tal vez porque las partículas más densas se hundieron mientras que los materiales ricos en salmuera se elevaron a la superficie. Alternativamente, Ceres o sus componentes pueden haberse formado en una región diferente del Sistema Solar que donde lo hicieron los meteoritos.

Hielo en sombra permanente

Un segundo estudio, dirigido por Thomas Platz, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, en Göttingen, Alemania, y publicado en la revista Nature – Astronomía, se centró en los cráteres que se encuentran permanentemente en la sombra en el hemisferio norte de Ceres. Los científicos examinaron de cerca cientos de cráteres fríos y oscuros llamados “trampas frías” – a menos de menos de -163 ºC  (110 Kelvin), que son tan fríos que muy poco  hielo se transforma en vapor en el transcurso de unos mil millones de años. Los investigadores encontraron depósitos de material brillante en 10 de estos cráteres. En un cráter que está parcialmente iluminado por el Sol, el espectrómetro de cartografiado infrarrojo de Dawn confirmó la presencia de hielo.

Esta animación de imágenes de la nave espacial Dawn de la NASA muestra un cráter en la región polar norte de Ceres que tiene una parte en sombra durante todo el año. En varios cráteres como éste,  han sido observados depósitos brillantes de hielo de agua, por la cámara de encuadre de Dawn. Este hallazgo sugiere que un volumen  de hielo de agua se puede almacenar por un período de tiempo considerable en el  frío, de los cráteres oscuros en Ceres. Tales depósitos se llaman “trampas frías”. A menos  de -163 ºC  (110 Kelvin),  son tan frías que muy poco hielo se convierte en vapor en el curso de mil millones de años. Estos hallazgos de un estudio del 2016 fueron publicados en la revista “Nature, Astronomía”.  Crédito: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.
Esto sugiere que el hielo de agua se puede almacenar en el frío de los cráteres oscuros de Ceres. El hielo en las trampas frías previamente ha sido visto en Mercurio y, en algunos casos, en la Luna. Todos estos cuerpos tienen pequeñas inclinaciones con respecto a sus ejes de rotación, por lo que sus polos son extremadamente fríos y están salpicados de cráteres en sombra persistente. Los científicos creen que los cuerpos que los impactaron pueden haber entregado hielo a Mercurio y a la Luna. Los orígenes del hielo de Ceres en trampas frías son más misteriosos, sin embargo.
“Estamos interesados ​​en cómo este hielo llegó allí y cómo logró durar tanto tiempo”, dijo el co-autor Norbert Schörghofer de la Universidad de Hawai. “Podría haber venido de la corteza rica en hielo de Ceres, o podría haber sido entregado desde el espacio.”
Independientemente de su origen, las moléculas de agua en Ceres tienen la capacidad de saltar alrededor de las regiones más cálidas hacia los polos. Una atmósfera tenue de agua ha sido sugerida por estudios anteriores, incluyendo las observaciones del observatorio espacial Herschel, de vapor de agua en Ceres en el período 2012-13. Las moléculas de agua que salen de la superficie caerían de nuevo en Ceres, y podrían aterrizar en trampas frías. Con cada salto existe la posibilidad de que la molécula se pierda en el espacio, pero una fracción de ellas termina en las trampas frías, donde se acumulan.

Este gráfico muestra una trayectoria teórica de una molécula de agua en Ceres. Algunas moléculas de agua caen en cráteres fríos, oscuros llamados “trampas frías”, donde muy poco del hielo allí existente se transforma en vapor, incluso en el transcurso de mil millones de años. Créditos: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA. Ver imagen a tamaño completo.

Los ‘puntos brillantes’ consiguen nombre.

 El cráter Occator en perspectiva https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA20179 Una imagen del  cráter Occator   sobre un modelo digital del terreno ofrece una vista en perspectiva en 3-D de la estructura de impacto. Varias áreas brillantes se  ven en este cráter. La parte interior del cráter forma un tipo de “cráter dentro de un cráter” que mide aproximadamente 6 millas (10 kilómetros) de diámetro y 0,3 millas (0,5 kilómetros) de profundidad, y contiene el material más brillante en todo Ceres. Occator mide cerca de 60 millas (90 kilómetros) de ancho. Con su borde afilado y paredes, y abundantes terrazas y depósitos de deslizamientos, Occator parece ser una de las estructuras más jóvenes de Ceres. Los científicos de la misión Dawn estiman su edad en unos 78 millones de años. Crédito: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA.
El área más brillante de Ceres, que se encuentra en el cráter Occator del hemisferio norte , no brilla debido al hielo, sino más bien a causa de sales altamente reflectantes. Un nuevo video producido por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Berlín simula la experiencia de volar alrededor de este cráter y  explorar su topografía. región central brillante de Occator, que incluye una cúpula con fracturas, ha sido recientemente llamada Cerealia Fácula.El conjunto de manchas menos reflectantes en el cráter, al este del centro se llaman Vinalia Fáculas.”El interior único de Occator puede haberse formado en una combinación de procesos que estamos investigando actualmente,” dijo Ralf Jaumann, Científico Planetario y  co-Investigador de Dawnen el DLR. “El impacto que creó el cráter podría haber provocado el afloramiento de líquido desde el interior de Ceres, que luego dejó atrás las sales,”(por evaporación del agua).

Los próximos pasos de Dawn

Dawn comenzó su fase de extensión de la misión en Julio del 2016, y en la actualidad está volando en una órbita elíptica a más de 4.500 millas (7.200 kilómetros) de Ceres. Durante la misión principal, Dawn estuvo en órbita y logró todos sus objetivos originales en Ceres y en el protoplaneta Vesta , que visitó entre Julio del 2011 y Septiembre del 2012.La misión Dawn es administrado por el JPL para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Dawn es un proyecto del Programa de Descubrimiento de la Dirección, gestionado por el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama. UCLA es responsable de la ciencia general de la misión Dawn. Orbital ATK Inc., en Dulles, Virginia, diseñó y construyó la nave espacial. El Centro Aeroespacial Alemán, el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, la Agencia Espacial Italiana y el Instituto Italiano de Astrofísica son socios internacionales del equipo de la misión.
Para obtener una lista completa de los participantes de la misión, visite: http://dawn.jpl.nasa.gov/mission.
Más información sobre Dawn está disponible en los siguientes sitios: https://dawn.jpl.nasa.gov    https://www.nasa.gov/dawn.
 Fuente: NASA-JPL-Caltech.       Artículo original: “Where is the Ice on Ceres? New NASA Dawn Findings“, Editor:Elizabeth Landau.
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Colecciones de artículos y papers sobre Ceres en los medios:

¿Cómo ubicar a Ceres en el cielo?:

Sobre la existencia de hielo en los cráteres en sombra de algunos cuerpos del Sistema Solar:
Libros:
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