nube de polvo interplanetario

La nube de polvo interplanetario , o nube zodiacal (como fuente de la luz zodiacal ), consiste en polvo cósmico (pequeñas partículas que flotan en el espacio exterior ) que impregna el espacio entre planetas dentro de sistemas planetarios , como el Sistema Solar . ^{[ 2 ]} Este sistema de partículas ha sido estudiado durante muchos años para comprender su naturaleza, origen y relación con cuerpos más grandes. Existen varios métodos para obtener mediciones de polvo espacial .

En el Sistema Solar, las partículas de polvo interplanetario desempeñan un papel en la dispersión de la luz solar y en la emisión de radiación térmica , que es la característica más prominente de la radiación del cielo nocturno , con longitudes de onda que van de 5 a 50 μm . ^{[ 3 ]} Los tamaños de las partículas de los granos que caracterizan la emisión infrarroja cerca de la órbita de la Tierra suelen ir de 10 a 100 μm. ^{[ 4 ]} Los cráteres de impacto microscópicos en las rocas lunares traídas por el Programa Apolo ^{[ 5 ]} revelaron la distribución de tamaño de las partículas de polvo cósmico que bombardean la superficie lunar. La distribución "Grün" del polvo interplanetario a 1 UA, ^{[ 6 ]} describe el flujo de polvo cósmico de tamaños de nm a mm a 1 UA.

La masa total de la nube de polvo interplanetario es aproximadamente3,5 × 10 ¹⁶  kg , o la masa de un asteroide de radio 15  km (con una densidad de aproximadamente 2,5 g/cm ³ ). ^{[ 7 ]} Esta nube de polvo, que se extiende a lo largo del zodíaco sobre la eclíptica , es visible como la luz zodiacal en un cielo oscuro y sin luna, y se observa mejor hacia el sol durante el crepúsculo astronómico .

Las observaciones de la nave espacial Pioneer en la década de 1970 vincularon la luz zodiacal con la nube de polvo interplanetario en el Sistema Solar. ^{[ 8 ]} Además, el instrumento VBSDC de la sonda New Horizons fue diseñado para detectar impactos del polvo de la nube zodiacal en el Sistema Solar. ^{[ 9 ]}

Las fuentes de partículas de polvo interplanetario (PPI) incluyen, como mínimo: colisiones de asteroides, actividad cometaria y colisiones en el sistema solar interior, colisiones en el cinturón de Kuiper y granos del medio interestelar (Backman, D., 1997). El origen de la nube zodiacal ha sido durante mucho tiempo objeto de una de las controversias más acaloradas en el campo de la astronomía.

Se creía que las partículas de polvo interplanetario (PDI) se habían originado a partir de cometas o asteroides cuyas partículas se habían dispersado por toda la extensión de la nube. Sin embargo, observaciones posteriores han sugerido que las tormentas de polvo marcianas podrían ser las responsables de la formación de la nube zodiacal. ^{[ 10 ] [ 2 ]}

Los principales procesos físicos que "afectan" (mecanismos de destrucción o expulsión) a las partículas de polvo interplanetario son: la expulsión por presión de radiación , el arrastre de radiación de Poynting-Robertson (PR) hacia el interior , la presión del viento solar (con efectos electromagnéticos significativos), la sublimación , las colisiones mutuas y los efectos dinámicos de los planetas (Backman, D., 1997).

La vida útil de estas partículas de polvo es muy corta en comparación con la del Sistema Solar. Si se encuentran granos alrededor de una estrella con más de 10 millones de años, estos deben provenir de fragmentos recientemente liberados de objetos más grandes; es decir, no pueden ser granos remanentes del disco protoplanetario (Backman, comunicación privada). Por lo tanto, se trataría de polvo de "última generación". El polvo zodiacal del Sistema Solar está compuesto en un 99,9 % por polvo de última generación y en un 0,1 % por polvo del medio interestelar intruso . Todos los granos primordiales de la formación del Sistema Solar fueron eliminados hace mucho tiempo.

Las partículas que se ven afectadas principalmente por la presión de la radiación se conocen como "meteoritos beta". Generalmente tienen una masa inferior a 1,4 × 10⁻¹² ^g  y son expulsadas del Sol hacia el espacio interestelar. ^{[ 11 ]}

La nube de polvo interplanetario tiene una estructura compleja (Reach, W., 1997). Además de una densidad de fondo, esta incluye:

• Se han detectado al menos 8 estelas de polvo , cuyo origen se atribuye a cometas de período corto .
• Varias bandas de polvo, cuyo origen se cree que se encuentra en familias de asteroides del cinturón principal , son las más intensas. Las tres bandas más fuertes provienen de las familias Themis , Koronis y Eos . Otras familias de origen incluyen Maria , Eunomia y posiblemente Vesta y/o Hygiea (Reach et al. 1996).
• Se conocen al menos dos anillos de polvo resonantes (por ejemplo, el anillo de polvo resonante de la Tierra, aunque se cree que cada planeta del Sistema Solar tiene un anillo resonante con una "estela") (Jackson y Zook, 1988, 1992) (Dermott, SF et al., 1994, 1997).

Anillos de polvo

Se ha descubierto que el polvo interplanetario forma anillos de polvo en el espacio orbital de Mercurio y Venus. ^{[ 13 ]} Se sospecha que el anillo de polvo orbital de Venus se origina a partir de asteroides que siguen a Venus aún no detectados, ^{[ 13 ]} polvo interplanetario que migra en ondas de un espacio orbital a otro, o a partir de los restos del disco circunestelar del Sistema Solar , a partir del cual se formó su disco protoplanetario y luego el propio sistema planetario solar . ^{[ 14 ]}

En 1951, Fred Whipple predijo que los micrometeoritos de menos de 100 micrómetros de diámetro podrían desacelerarse al impactar con la atmósfera superior de la Tierra sin fundirse. ^{[ 15 ]} La era moderna del estudio de laboratorio de estas partículas comenzó con los vuelos de recolección estratosférica de Donald E. Brownlee y colaboradores en la década de 1970, utilizando globos y luego aviones U-2 . ^{[ 16 ]}

Aunque algunas de las partículas encontradas eran similares al material de las colecciones de meteoritos actuales, la naturaleza nanoporosa y la composición cósmica promedio no equilibrada de otras partículas sugirieron que comenzaron como agregados de grano fino de bloques de construcción no volátiles y hielo cometario. ^{[ 17 ] [ 18 ]} La naturaleza interplanetaria de estas partículas fue verificada posteriormente mediante observaciones de gases nobles ^{[ 19 ]} y trazas de erupciones solares ^{[ 20 ]} .

En ese contexto, se desarrolló un programa para la recolección y conservación atmosférica de estas partículas en el Centro Espacial Johnson en Texas. ^{[ 21 ]} Esta colección de micrometeoritos estratosféricos, junto con granos presolares de meteoritos, son fuentes únicas de material extraterrestre (sin mencionar que son pequeños objetos astronómicos por derecho propio) disponibles para su estudio en laboratorios hoy en día.

Entre las naves espaciales que han llevado detectores de polvo se incluyen Helios , Pioneer 10 , Pioneer 11 , Ulysses (órbita heliocéntrica hasta la distancia de Júpiter), Galileo (orbitador de Júpiter), Cassini (orbitador de Saturno) y New Horizons (véase Venetia Burney Student Dust Counter ).

La nube de polvo interplanetario solar oscurece la luz de fondo extragaláctica , lo que hace que las observaciones de la misma desde el Sistema Solar Interior sean muy limitadas. ^{[ 12 ]}

En los siguientes libros se publicaron recopilaciones de artículos de revisión sobre diversos aspectos del polvo interplanetario y campos relacionados:

En 1978, Tony McDonnell editó el libro Polvo Cósmico ^{[ 22 ],} que contenía capítulos ^{[ 23 ]} sobre cometas, junto con la luz zodiacal como indicador de polvo interplanetario, meteoros, polvo interestelar, estudios de micropartículas mediante técnicas de muestreo y estudios de micropartículas mediante instrumentación espacial. También se presta atención a la erosión por impacto lunar y planetario, aspectos de la dinámica de partículas y técnicas de aceleración y procesos de impacto de alta velocidad empleados para la simulación en laboratorio de los efectos producidos por micrometeoroides.

2001 Eberhard Grün , Bo Gustafson, Stan Dermott y Hugo Fechtig publicaron el libro Polvo interplanetario . ^{[ 24 ]} Los temas cubiertos ^{[ 25 ]} son: perspectivas históricas; polvo cometario; entorno cercano a la Tierra; meteoroides y meteoros; propiedades del polvo interplanetario, información de muestras recolectadas; mediciones in situ de polvo cósmico; modelado numérico de la estructura de la Nube Zodiacal; síntesis de observaciones; instrumentación; procesos físicos; propiedades ópticas del polvo interplanetario; evolución orbital del polvo interplanetario; polvo circumplanetario, observaciones y física simple; polvo interestelar y discos de polvo circunestelar.

2019 Rafael Rodrigo, Jürgen Blum, Hsiang-Wen Hsu, Detlef V.  Koschny, Anny-Chantal Levasseur-Regourd , Jesús Martín-Pintado, Veerle J.  Sterken y Andrew Westphal recopilaron revisiones en el libro Polvo cósmico del laboratorio a las estrellas . ^{[ 26 ]} Se incluyen discusiones ^{[ 27 ]} sobre el polvo en diversos entornos: desde atmósferas planetarias y cuerpos sin atmósfera hasta polvo interplanetario, meteoroides, polvo de cometas y emisiones de lunas activas hasta polvo interestelar y discos protoplanetarios. Se discuten diversas técnicas y resultados de investigación, incluyendo mediciones in situ, observación remota, experimentos de laboratorio y modelado, y análisis de muestras recuperadas.

• disco circunestelar
• polvo cósmico
• medio interplanetario
• suelo marciano
• Tormentas de polvo en Marte
• Micrometeoroides
• polvo exozodiacal
• luz zodiacal

• Jackson AA; Zook, HA (1988). "Un anillo de polvo del sistema solar con la Tierra como su pastor" . Nature . 337 (6208): 629– 631. Bibcode : 1989Natur.337..629J . doi : 10.1038/337629a0 . S2CID 4351090 . 
• Jackson AA; Zook, HA (1992). "Evolución orbital de partículas de polvo de cometas y asteroides" . Icarus . 97 (1): 70– 84. Bibcode : 1992Icar...97...70J . doi : 10.1016/0019-1035(92)90057-E .
• May, Brian Harold (2008). Un estudio de las velocidades radiales en la nube de polvo zodiacal (tesis doctoral) . Nueva York: Springer. hdl : 10044/1/1333 . ISBN 978-0-387-77705-4.
• Backman, Dana (1997). "Taller sobre exozodias, NASA-Ames, 23-25 ​​de octubre de 1997". Emisión zodiacal extrasolar - Informe del panel de estudio de la NASA .
• Informe del panel de la NASA sobre la emisión zodiacal extrasolar
• Dermott, SF; Jayaraman, S.; Xu, YL; Gustafson, AAS; Liou, JC (30 de junio de 1994). "Un anillo circunsolar de polvo de asteroide en resonancia con la Tierra". Nature . 369 (6483): 719–23 . Bibcode : 1994Natur.369..719D . doi : 10.1038/369719a0 . S2CID 4345910 . 
• Dermott, SF (1997). "Firmas de planetas en luz zodiacal". Emisión zodiacal extrasolar - Informe del panel de estudio de la NASA .
• Levasseur-Regourd, AC (1996). "Propiedades ópticas y térmicas del polvo zodiacal". Física, química y dinámica del polvo interplanetario, serie de conferencias de la ASP, vol . 104, págs.  301–.
• Reach, W. (1997). "Estructura general de la nube de polvo zodiacal". Emisión zodiacal extrasolar - Informe del panel de estudio de la NASA .
• Reach, WT; Franz, BA; Weiland, JL (1997). "La estructura tridimensional de las bandas de polvo zodiacales". Icarus . 127 (2): 461– 484. Bibcode : 1997Icar..127..461R . doi : 10.1006/icar.1997.5704 .