Vulcanoide

Los vulcanoides son una población hipotética de asteroides que orbitan alrededor del Sol en una zona dinámicamente estable dentro de la órbita del planeta Mercurio . Reciben su nombre del planeta hipotético Vulcano , propuesto a partir de irregularidades en la órbita de Mercurio que posteriormente se explicaron mediante la relatividad general . Hasta el momento, no se ha descubierto ningún vulcanoide, y aún no está claro si existe alguno.

De existir, los vulcanoides podrían pasar desapercibidos fácilmente debido a su pequeño tamaño y a la intensa luz del Sol. Por su proximidad al Sol, las búsquedas desde tierra solo pueden realizarse durante el crepúsculo o los eclipses solares. Cualquier vulcanoide debe tener un diámetro de entre 100 metros (330 pies) y 6 kilómetros (3,7 millas) y probablemente se encuentre en órbitas casi circulares cerca del límite exterior de la zona gravitacionalmente estable entre el Sol y Mercurio. Estos deben distinguirse de los asteroides Atira , que pueden tener perihelios dentro de la órbita de Mercurio, pero cuyos afelios se extienden hasta las órbitas de Venus o dentro de la órbita terrestre. Debido a que cruzan la órbita de Mercurio, estos cuerpos no se clasifican como vulcanoides.  

Si se encuentran, los vulcanoides podrían proporcionar a los científicos material del primer período de formación planetaria , así como información sobre las condiciones predominantes en el Sistema Solar primitivo . Si bien se ha descubierto que todas las demás regiones gravitacionalmente estables del Sistema Solar contienen objetos, fuerzas no gravitacionales (como el efecto Yarkovsky ) o la influencia de un planeta en migración durante las primeras etapas del desarrollo del Sistema Solar podrían haber agotado esta área de cualquier asteroide que pudiera haber existido allí.

Durante siglos se ha hipotetizado la existencia de cuerpos celestes en el interior de la órbita de Mercurio, y se han buscado. El astrónomo alemán Christoph Scheiner creyó haber visto pequeños cuerpos pasando frente al Sol en 1611, pero posteriormente se demostró que se trataba de manchas solares . ^{[ 1 ]} En la década de 1850, Urbain Le Verrier realizó cálculos detallados de la órbita de Mercurio y encontró una pequeña discrepancia en la precesión del perihelio del planeta con respecto a los valores predichos. Postuló que la influencia gravitacional de un pequeño planeta o anillo de asteroides dentro de la órbita de Mercurio explicaría la desviación. Poco después, un astrónomo aficionado llamado Edmond Lescarbault afirmó haber visto el planeta propuesto por Le Verrier transitar el Sol. El nuevo planeta fue rápidamente bautizado como Vulcano , pero nunca más se volvió a ver, y el comportamiento anómalo de la órbita de Mercurio fue explicado por la teoría general de la relatividad de Einstein en 1915. Los vulcanoides toman su nombre de este planeta hipotético. ^{[ 2 ]} Lo que Lescarbault vio fue probablemente otra mancha solar. ^{[ 3 ]}

Los vulcanoides, de existir, serían difíciles de detectar debido al fuerte resplandor del Sol cercano, ^{[ 4 ]} y las búsquedas terrestres solo pueden realizarse durante el crepúsculo o durante eclipses solares . ^{[ 5 ]} Se realizaron varias búsquedas durante eclipses a principios del siglo XX, ^{[ 6 ]} que no revelaron ningún vulcanoides, y las observaciones durante eclipses siguen siendo un método de búsqueda común. ^{[ 7 ]} Los telescopios convencionales no pueden usarse para buscarlos porque el Sol cercano podría dañar sus ópticas. ^{[ 8 ]}

En 1998, los astrónomos analizaron datos del instrumento LASCO de la nave espacial SOHO , que consta de tres coronógrafos . Los datos recopilados entre enero y mayo de ese año no mostraron ningún vulcanoides más brillante que la magnitud 7. Esto corresponde a un diámetro de aproximadamente 60 kilómetros (37 millas) , suponiendo que los asteroides tengan un albedo similar al de Mercurio. En particular, se descartó un planeta menor de gran tamaño a una distancia de 0,18 UA, predicho por la teoría de la relatividad de escala . ^{[ 9 ]} 

Los intentos posteriores de detectar los vulcanoides implicaron llevar equipo astronómico por encima de la interferencia de la atmósfera terrestre , a alturas donde el cielo crepuscular es más oscuro y claro que en el suelo. ^{[ 10 ]} En 2000, el científico planetario Alan Stern realizó estudios de la zona de vulcanoides utilizando un avión espía Lockheed U-2 . Los vuelos se realizaron a una altura de 21.300 metros (69.900 pies) durante el crepúsculo. ^{[ 11 ]} En 2002, él y Dan Durda realizaron observaciones similares en un avión de combate F-18 . Realizaron tres vuelos sobre el desierto de Mojave a una altitud de 15.000 metros (49.000 pies) y realizaron observaciones con el Sistema de Imágenes Universales del Suroeste - Aerotransportado (SWUIS-A). ^{[ 12 ]}  

Incluso a estas alturas, la atmósfera sigue presente y puede interferir en la búsqueda de vulcanoides. En 2004, se intentó un vuelo espacial suborbital para colocar una cámara por encima de la atmósfera terrestre. El 16 de enero, se lanzó un cohete Black Brant desde White Sands, Nuevo México , con una potente cámara llamada VulCam, ^{[ 13 ]} en un vuelo de diez minutos. ^{[ 4 ]} Este vuelo alcanzó una altitud de 274 000 metros (899 000 pies) ^{[ 13 ]} y tomó más de 50 000 imágenes. Ninguna de las imágenes reveló vulcanoides, pero hubo problemas técnicos. ^{[ 4 ]} 

Las búsquedas en los datos de las dos naves espaciales STEREO de la NASA no han detectado ningún asteroide vulcanoidal. ^{[ 14 ]} Es dudoso que existan vulcanoides de más de 5,7 kilómetros (3,5 millas) de diámetro. ^{[ 14 ]} 

La sonda espacial MESSENGER tomó algunas imágenes de las regiones exteriores de la zona vulcanoidal; sin embargo, sus oportunidades fueron limitadas porque sus instrumentos debían mantenerse siempre alejados del Sol para evitar daños. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Sin embargo, antes de su desaparición en 2015, la nave no logró producir evidencia sustancial sobre los vulcanoides.

Un vulcanoide es un asteroide en órbita estable con un semieje mayor menor que el de Mercurio (es decir, 0,387 UA ). ^{[ 7 ] [ 17 ]} Esto no incluye objetos como los cometas rasantes , que, aunque tienen perihelios dentro de la órbita de Mercurio, tienen semiejes mayores mucho mayores. ^{[ 7 ]} 

Se cree que los vulcanoides existen en una banda gravitacionalmente estable dentro de la órbita de Mercurio, a distancias de 0,06 – 0,21  UA del Sol . ^{[ 18 ]} Se ha encontrado que todas las demás regiones igualmente estables en el Sistema Solar contienen objetos, ^{[ 8 ]} aunque fuerzas no gravitacionales como la presión de radiación , ^{[ 9 ]} el arrastre de Poynting-Robertson ^{[ 18 ]} y el efecto Yarkovsky ^{[ 5 ]} pueden haber agotado el área de vulcanoides de su contenido original. Puede que no queden más de 300 – 900 vulcanoides de más de 1 kilómetro (0,62 mi) de radio, si es que queda alguno. ^{[ 19 ]} Un estudio de 2020 encontró que el efecto Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack es lo suficientemente fuerte como para destruir hipotéticos vulcanoides de hasta 100 km de radio en escalas de tiempo mucho más pequeñas que la edad del Sistema Solar; Se descubrió que los asteroides potencialmente vulcanoides giraban constantemente debido al efecto YORP hasta que se fisionaban rotacionalmente en cuerpos más pequeños, lo que ocurría repetidamente hasta que los restos eran lo suficientemente pequeños como para ser expulsados ​​de la región vulcanoidal por el efecto Yarkovsky; esto explicaría por qué no se han observado vulcanoides. ^{[ 20 ]} La estabilidad gravitacional de la zona vulcanoidal se debe en parte a que solo hay un planeta vecino. En ese sentido, se puede comparar con el cinturón de Kuiper . ^{[ 18 ]}  

El borde exterior de la zona vulcanoidal se encuentra aproximadamente a 0,21  UA del Sol. Los objetos más distantes que esto son inestables debido a las interacciones con Mercurio y se verían perturbados hacia órbitas que cruzan la de Mercurio en escalas de tiempo del orden de 100 millones de años. ^{[ 18 ]} (Algunas definiciones incluirían, no obstante, a dichos objetos inestables como vulcanoides siempre que sus órbitas actuales se encuentren completamente dentro de la de Mercurio). ^{[ 21 ]} El borde interior no está claramente definido: los objetos más cercanos a 0,06  UA son particularmente susceptibles al arrastre de Poynting-Robertson y al efecto Yarkovsky, ^{[ 18 ]} e incluso hasta 0,09  UA los vulcanoides tendrían temperaturas de 1000 K o más, lo suficientemente altas como para que la evaporación de las rocas se convierta en el factor limitante de su vida útil. ^{[ 22 ]} 

El volumen máximo posible de la zona vulcanoidal es muy pequeño en comparación con el del cinturón de asteroides . ^{[ 22 ]} Las colisiones entre objetos en la zona vulcanoidal serían frecuentes y altamente energéticas, tendiendo a provocar la destrucción de los objetos. La ubicación más favorable para los vulcanoides es probablemente en órbitas circulares cerca del borde exterior de la zona vulcanoidal. ^{[ 23 ]} Es improbable que los vulcanoides tengan inclinaciones de más de unos 10° con respecto a la eclíptica . ^{[ 7 ] [ 18 ]} También son posibles los troyanos de Mercurio , asteroides atrapados en los puntos de Lagrange de Mercurio . ^{[ 24 ]}

Cualquier vulcanoides que exista debe ser relativamente pequeño. Búsquedas anteriores, particularmente de la nave espacial STEREO , descartan asteroides de más de 6 kilómetros (3,7 mi) de diámetro. ^{[ 14 ]} El tamaño mínimo es de unos 100 metros (330 ft) ; ^{[ 18 ]} las partículas más pequeñas de 0,2 μm son fuertemente repelidas por la presión de radiación, y los objetos más pequeños de 70 m serían atraídos hacia el Sol por el arrastre de Poynting-Robertson . ^{[ 9 ]} Entre estos límites superior e inferior, se cree que es posible una población de asteroides de entre 1 kilómetro (0,62 mi) y 6 kilómetros (3,7 mi) de diámetro. ^{[ 10 ]} Estarían casi lo suficientemente calientes como para brillar al rojo vivo. ^{[ 17 ]}      

Se cree que los vulcanoides serían muy ricos en elementos con un punto de fusión alto , como el hierro y el níquel . Es improbable que posean regolito porque dicho material fragmentado se calienta y enfría más rápidamente, y se ve más afectado por el efecto Yarkovsky , que la roca sólida. ^{[ 5 ]} Los vulcanoides probablemente sean similares a Mercurio en color y albedo, ^{[ 7 ]} y pueden contener material remanente de las primeras etapas de la formación del Sistema Solar. ^{[ 12 ]}

Hay evidencia de que Mercurio fue impactado por un objeto grande relativamente tarde en su desarrollo, ^{[ 5 ]} una colisión que despojó gran parte de la corteza y el manto de Mercurio, ^{[ 16 ]} y que explica el adelgazamiento del manto de Mercurio en comparación con los mantos de los otros planetas terrestres . Si tal impacto ocurrió, gran parte de los escombros resultantes podrían seguir orbitando el Sol en la zona vulcanoidal. ^{[ 13 ]}

Los vulcanoides, al ser una clase completamente nueva de cuerpos celestes, serían interesantes por derecho propio, ^{[ 24 ]} pero descubrir si existen o no proporcionaría información sobre la formación y evolución del Sistema Solar . Si existen, podrían contener material remanente del período más temprano de formación planetaria, ^{[ 12 ]} y ayudar a determinar las condiciones bajo las cuales se formaron los planetas terrestres , particularmente Mercurio. ^{[ 24 ]} En particular, si los vulcanoides existen o existieron en el pasado, representarían una población adicional de impactadores que no han afectado a ningún otro planeta excepto Mercurio, ^{[ 16 ]} haciendo que la superficie de ese planeta parezca más antigua de lo que realmente es. ^{[ 24 ]} Si se descubre que los vulcanoides no existen, esto impondría diferentes restricciones a la formación planetaria ^{[ 24 ]} y sugeriría que otros procesos han estado actuando en el Sistema Solar interior, como la migración planetaria que despejó el área. ^{[ 18 ]}

• 594913 ꞌAylóꞌchaxnim (el único asteroide conocido que siempre se encuentra dentro de la órbita de Venus)
• 2021 PH 27 , un asteroide del grupo Atira con el semieje mayor más pequeño entre los asteroides.
• Asteroide Atira (los asteroides siempre se encuentran dentro de la órbita terrestre)
• Grupos de planetas menores
• Kreutz, que se alimenta del sol
• Lista de objetos hipotéticos del Sistema Solar
• Lista de planetas menores que cruzan el tránsito de Mercurio
• Vulcano (planeta hipotético)