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Ceres (planeta enano)

Ceres (pronunciado / ˈ s ɪər iː z / SEER -eez ; [20] designación de planeta menor 1 Ceres ) es un planeta enano en el cinturón de asteroides principal medio entre las órbitas de Marte y Júpiter . Fue el primer asteroide descubierto el 1 de enero de 1801 por Giuseppe Piazzi en el Observatorio Astronómico de Palermo en Sicilia y anunciado como un nuevo planeta . Más tarde, Ceres fue clasificado como asteroide y luego como planeta enano, el único que siempre se encuentra dentro de la órbita de Neptuno .

El pequeño tamaño de Ceres significa que incluso en su punto más brillante, es demasiado tenue para ser visto a simple vista , excepto bajo cielos extremadamente oscuros. Su magnitud aparente oscila entre 6,7 y 9,3, alcanzando su punto máximo en la oposición (cuando está más cerca de la Tierra) una vez cada período sinódico de 15 a 16 meses . Como resultado, las características de su superficie son apenas visibles incluso con los telescopios más potentes, y poco se sabía sobre ella hasta que la nave espacial robótica de la NASA Dawn se acercó a Ceres para su misión orbital en 2015.

Dawn descubrió que la superficie de Ceres era una mezcla de agua helada y minerales hidratados como carbonatos y arcilla . Los datos de gravedad sugieren que Ceres se diferencia parcialmente en un manto/núcleo fangoso (roca de hielo) y una corteza menos densa pero más fuerte que tiene como máximo un treinta por ciento de hielo en volumen. Aunque es probable que Ceres carezca de un océano interno de agua líquida, las salmueras todavía fluyen a través del manto exterior y llegan a la superficie, lo que permite que criovolcanes como el Ahuna Mons se formen aproximadamente cada cincuenta millones de años. Esto convierte a Ceres en el cuerpo criovolcánicamente activo más cercano al Sol, y las salmueras proporcionan un hábitat potencial para la vida microbiana .

En enero de 2014, se detectaron emisiones de vapor de agua alrededor de Ceres, creando una atmósfera tenue y transitoria conocida como exosfera . [21]

Historia

Descubrimiento

En los años transcurridos entre la aceptación del heliocentrismo en el siglo XVIII y el descubrimiento de Neptuno en 1846, varios astrónomos sostuvieron que leyes matemáticas predecían la existencia de un planeta oculto o desaparecido entre las órbitas de Marte y Júpiter . En 1596, el astrónomo teórico Johannes Kepler creía que las proporciones entre las órbitas planetarias se ajustarían al " diseño de Dios " sólo con la adición de dos planetas: uno entre Júpiter y Marte y otro entre Venus y Mercurio. [22] Otros teóricos, como Immanuel Kant , se preguntaban si la brecha había sido creada por la gravedad de Júpiter; En 1761, el astrónomo y matemático Johann Heinrich Lambert preguntó: "¿Y quién sabe si ya faltan planetas que han salido del vasto espacio entre Marte y Júpiter? ¿Se aplica entonces tanto a los cuerpos celestes como a la Tierra que el roce más fuerte? los más débiles, y ¿están Júpiter y Saturno destinados a saquear para siempre?" [22]

En 1772, el astrónomo alemán Johann Elert Bode , citando a Johann Daniel Titius , publicó una fórmula conocida más tarde como ley de Titius-Bode que parecía predecir las órbitas de los planetas conocidos, excepto por una brecha inexplicable entre Marte y Júpiter. [22] [23] Esta fórmula predijo que debería haber otro planeta con un radio orbital cercano a 2,8 unidades astronómicas (AU), o 420  millones  de kilómetros, del Sol. [23] La ley de Titius-Bode ganó más credibilidad con el descubrimiento de Urano por parte de William Herschel en 1781 cerca de la distancia prevista para un planeta más allá de Saturno . [22] En 1800, un grupo encabezado por Franz Xaver von Zach , editor de la revista astronómica alemana Monatliche Correspondenz  [de] ( Correspondencia mensual ), envió solicitudes a veinticuatro astrónomos experimentados, a quienes apodó la " policía celestial ", [ 23] pidiendo que combinen esfuerzos y comiencen una búsqueda metódica del planeta esperado. [23] Aunque no descubrieron Ceres, más tarde encontraron los asteroides Palas , Juno y Vesta . [23]

Uno de los astrónomos seleccionados para la búsqueda fue Giuseppe Piazzi , un sacerdote católico de la Academia de Palermo, Sicilia . Antes de recibir su invitación para unirse al grupo, Piazzi descubrió Ceres el 1 de enero de 1801. [24] Estaba buscando "la [estrella] número 87 del Catálogo de estrellas zodiacales del Sr. La Caille ", [22] pero encontró que " fue precedido por otro". [22] En lugar de una estrella, Piazzi había encontrado un objeto en movimiento parecido a una estrella, que al principio pensó que era un cometa. [25] Piazzi observó a Ceres veinticuatro veces, y el último avistamiento se produjo el 11 de febrero de 1801, cuando una enfermedad interrumpió su trabajo. Anunció su descubrimiento el 24 de enero de 1801 en cartas a dos colegas astrónomos, su compatriota Barnaba Oriani de Milán y Bode en Berlín . [26] Lo describió como un cometa, pero "dado que su movimiento es tan lento y bastante uniforme, se me ha ocurrido varias veces que podría ser algo mejor que un cometa". [22] En abril, Piazzi envió sus observaciones completas a Oriani, Bode y al astrónomo francés Jérôme Lalande . La información se publicó en la edición de septiembre de 1801 del Monatliche Correspondenz . [25]

En ese momento, la posición aparente de Ceres había cambiado (principalmente debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol) y estaba demasiado cerca del resplandor del Sol para que otros astrónomos pudieran confirmar las observaciones de Piazzi. Hacia finales de año, Ceres debería haber vuelto a ser visible, pero después de tanto tiempo era difícil predecir su posición exacta. Para recuperar Ceres, el matemático Carl Friedrich Gauss , que entonces tenía veinticuatro años, desarrolló un método eficaz de determinación de la órbita . [25] En unas pocas semanas, predijo el camino de Ceres y envió sus resultados a von Zach. El 31 de diciembre de 1801, von Zach y su compañero policía celestial Heinrich WM Olbers encontraron a Ceres cerca de la posición prevista y continuaron registrando su posición. [25] A 2,8 AU del Sol, Ceres parecía ajustarse casi perfectamente a la ley de Titius-Bode; Cuando Neptuno fue descubierto en 1846, ocho UA más cerca de lo previsto, la mayoría de los astrónomos concluyeron que la ley era una coincidencia. [27]

Los primeros observadores sólo pudieron calcular el tamaño de Ceres con una precisión de un orden de magnitud . Herschel subestimó su diámetro en 260 km (160 millas) en 1802; en 1811, el astrónomo alemán Johann Hieronymus Schröter lo sobreestimó en 2.613 km (1.624 millas). [28] En la década de 1970, la fotometría infrarroja permitió mediciones más precisas de su albedo , y el diámetro de Ceres se determinó dentro del diez por ciento de su valor real de 939  km. [28]

Nombre y símbolo

El nombre propuesto por Piazzi para su descubrimiento fue Ceres Ferdinandea : Ceres en honor a la diosa romana de la agricultura , cuyo hogar terrenal y templo más antiguo se encontraba en Sicilia; y Ferdinandea en honor del monarca y mecenas de Piazzi, el rey Fernando  III de Sicilia . [25] Este último no era aceptable para otras naciones y fue abandonado. Antes de la recuperación de Ceres por von Zach en diciembre de 1801, von Zach se refería al planeta como Hera , y Bode se refería a él como Juno . A pesar de las objeciones de Piazzi, esos nombres ganaron popularidad en Alemania antes de que se confirmara la existencia del objeto. Una vez que lo fue, los astrónomos se decidieron por el nombre de Piazzi. [29]

Las formas adjetivales de Ceres son cereriana [30] [31] y cereriana , [32] ambas pronunciadas / s ɪ ˈ r ɪər i ə n / . [33] [34] El cerio , un elemento de tierras raras descubierto en 1803, lleva el nombre del planeta enano Ceres. [35] [b]

El antiguo símbolo astronómico de Ceres, todavía utilizado en astrología, es una hoz .⚳. [25] [37] La ​​hoz era uno de los símbolos clásicos de la diosa Ceres y fue sugerida, aparentemente de forma independiente, por von Zach y Bode en 1802. [38] En forma, es similar al símbolo ⟨♀⟩ (un círculo con una pequeña cruz debajo) del planeta Venus, pero con una interrupción en el círculo. Tenía varias variantes gráficas menores, incluida una forma invertida.tipografía como una 'C' (la letra inicial del nombre Ceres ) con un signo más. El símbolo genérico de asteroide de un disco numerado, ①, se introdujo en 1867 y rápidamente se convirtió en la norma. [25] [39]

Clasificación

La masa de 1 Ceres (azul) en comparación con otros asteroides grandes: 4 Vesta , 2 Pallas , 10 Hygiea , 704 Interamnia , 15 Eunomia y el resto del Cinturón Principal. La unidad de masa es × 10.18 kilogramos.

La categorización de Ceres ha cambiado más de una vez y ha sido objeto de cierto desacuerdo. Bode creía que Ceres era el "planeta perdido" que había propuesto que existiera entre Marte y Júpiter. [22] A Ceres se le asignó un símbolo planetario y permaneció incluido como planeta en los libros y tablas de astronomía (junto con Palas, Juno y Vesta) durante más de medio siglo. [40]

A medida que se descubrieron otros objetos en las cercanías de Ceres, los astrónomos comenzaron a sospechar que representaba el primero de una nueva clase de objetos. [22] Cuando se descubrió Palas en 1802, Herschel acuñó el término asteroide ("parecido a una estrella") para estos cuerpos, [40] escribiendo que "se parecen tanto a estrellas pequeñas que apenas se distinguen de ellas, incluso por muy buenas telescopios". [41] En 1852, Johann Franz Encke , en el Berliner Astronomisches Jahrbuch , declaró que el sistema tradicional de otorgar símbolos planetarios era demasiado engorroso para estos nuevos objetos e introdujo un nuevo método de colocar números antes de sus nombres en orden de descubrimiento. Inicialmente, el sistema de numeración comenzaba con el quinto asteroide, 5 Astraea , como número  1, pero en 1867 Ceres fue adoptado en el nuevo sistema con el nombre de 1  Ceres. [40]

En la década de 1860, los astrónomos aceptaron ampliamente que existía una diferencia fundamental entre los planetas principales y los asteroides como Ceres, aunque la palabra "planeta" aún no se había definido con precisión . [40] En la década de 1950, los científicos generalmente dejaron de considerar a la mayoría de los asteroides como planetas, pero Ceres a veces conservó su estatus después de eso debido a su complejidad geofísica similar a la de un planeta. [42] Luego, en 2006, el debate en torno a Plutón condujo a pedidos de una definición de "planeta" y la posible reclasificación de Ceres, tal vez incluso su reinstalación general como planeta. [43] Una propuesta ante la Unión Astronómica Internacional (IAU), el organismo global responsable de la nomenclatura y clasificación astronómica, definió un planeta como "un cuerpo celeste que (a) tiene masa suficiente para que su autogravedad supere las fuerzas de los cuerpos rígidos de modo que asume una forma de equilibrio hidrostático (casi redonda), y (b) está en órbita alrededor de una estrella, y no es ni una estrella ni un satélite de un planeta". [44] Si se hubiera adoptado esta resolución, habría convertido a Ceres en el quinto planeta en orden desde el Sol, [45] pero el 24 de agosto de 2006 la asamblea adoptó el requisito adicional de que un planeta debe haber " limpiado el vecindario alrededor de su órbita". . Ceres no es un planeta porque no domina su órbita, ya que la comparte con los miles de otros asteroides del cinturón de asteroides y constituye sólo alrededor del cuarenta por ciento de la masa total del cinturón. [46] Los cuerpos que cumplían con la primera definición propuesta pero no con la segunda, como Ceres, fueron clasificados como planetas enanos . [47] Los geólogos planetarios todavía ignoran a menudo esta definición y consideran que Ceres es un planeta de todos modos. [48]

Ceres es un planeta enano, pero existe cierta confusión sobre si también es un asteroide. Una página web de la NASA afirma que Vesta, el segundo objeto más grande del cinturón, es el asteroide más grande. [49] La IAU ha sido equívoca sobre el tema, [50] [51] aunque su Minor Planet Center , la organización encargada de catalogar tales objetos, señala que los planetas enanos pueden tener designaciones duales, [52] y la IAU conjunta/ USGS /NASA Gazetteer clasifica a Ceres como asteroide y planeta enano. [53]

Orbita

Órbitas de Ceres (roja, inclinada) junto con Júpiter y los planetas interiores (blanco y gris). El diagrama superior muestra la órbita de Ceres de arriba hacia abajo. El diagrama inferior es una vista lateral que muestra la inclinación orbital de Ceres hacia la eclíptica . Los tonos más claros indican por encima de la eclíptica; Los más oscuros se indican a continuación.

Ceres sigue una órbita entre Marte y Júpiter, cerca de la mitad del cinturón de asteroides, con un período orbital (año) de 4,6 años terrestres. [2] En comparación con otros planetas y planetas enanos, la órbita de Ceres está moderadamente inclinada en relación con la de la Tierra; su inclinación ( i ) es de 10,6°, frente a los 7° de Mercurio y los 17° de Plutón. También es ligeramente alargado, con una excentricidad ( e ) = 0,08, frente al 0,09 de Marte. [2]

Ceres no forma parte de una familia de asteroides , probablemente debido a su gran proporción de hielo, ya que cuerpos más pequeños con la misma composición se habrían sublimado hasta quedar en nada a lo largo de la edad del Sistema Solar. [54] Alguna vez se pensó que era un miembro de la familia Gefion , [55] cuyos miembros comparten elementos orbitales propios similares , lo que sugiere un origen común a través de una colisión de asteroides en el pasado. Más tarde se descubrió que Ceres tenía una composición diferente a la de la familia Gefion [55] y parece ser un intruso , que tiene elementos orbitales similares pero no un origen común. [56]

Resonancias

Debido a sus pequeñas masas y grandes separaciones, los objetos dentro del cinturón de asteroides rara vez caen en resonancias gravitacionales entre sí. [57] Sin embargo, Ceres es capaz de capturar otros asteroides en resonancias temporales 1:1 (lo que los convierte en troyanos temporales ), durante períodos que van desde unos pocos cientos de miles hasta más de dos millones de años. Se han identificado cincuenta de estos objetos. [58] Ceres está cerca de una resonancia orbital de movimiento medio 1:1 con Palas (sus períodos orbitales propios difieren en un 0,2%), pero no lo suficientemente cerca como para ser significativo en escalas de tiempo astronómicas. [59]

Rotación e inclinación axial.

Regiones permanentemente sombreadas capaces de acumular hielo en la superficie.

El período de rotación de Ceres (el día cereriano) es de 9  horas y 4  minutos; [11] el pequeño cráter ecuatorial de Kait se selecciona como su primer meridiano . [60] Ceres tiene una inclinación axial de 4°, [11] lo suficientemente pequeña como para que sus regiones polares contengan cráteres permanentemente en sombra que se espera que actúen como trampas frías y acumulen hielo de agua con el tiempo, similar a lo que ocurre en la Luna y Mercurio. . Se espera que alrededor del 0,14% de las moléculas de agua liberadas desde la superficie acaben en las trampas, saltando una media de tres veces antes de escapar o quedar atrapadas. [11]

Dawn , la primera nave espacial en orbitar Ceres, determinó que el eje del polo norte apunta en ascensión recta 19 h 25 m 40,3 s (291,418°), declinación +66° 45' 50" (aproximadamente 1,5 grados desde Delta Draconis ), lo que significa una inclinación axial de 4°. Esto significa que Ceres actualmente ve poca o ninguna variación estacional en la luz solar según la latitud. [61] En el transcurso de tres millones de años, la influencia gravitacional de Júpiter y Saturno ha desencadenado cambios cíclicos en la inclinación axial de Ceres, que van desde De dos a veinte grados, lo que significa que la variación estacional en la exposición al sol ha ocurrido en el pasado, con el último período de actividad estacional estimado hace 14.000 años. Los cráteres que permanecen en la sombra durante los períodos de máxima inclinación axial son los que tienen más probabilidades de retener agua. hielo procedente de erupciones o impactos cometarios a lo largo de la edad del Sistema Solar [62]

Geología

Ceres es el asteroide más grande del cinturón de asteroides principal. [17] Ha sido clasificado como asteroide de tipo C o carbonoso [17] y, debido a la presencia de minerales arcillosos, como asteroide de tipo G. [63] Tiene una composición similar, pero no idéntica, a la de los meteoritos de condritas carbonosas . [64] Es un esferoide achatado, con un diámetro ecuatorial un 8% mayor que su diámetro polar. [2] Las mediciones de la nave espacial Dawn encontraron un diámetro medio de 939,4 km (583,7 millas) [2] y una masa de9,38 × 1020kg . _  _ [65] Esto le da a Ceres una densidad de2,16 g/cm 3 , [2] lo que sugiere que una cuarta parte de su masa es agua helada. [66]

Ceres comprende el 40% de la estimación(2394 ± 5) × 10 18  kg de masa del cinturón de asteroides, y tiene 3+1⁄2 veces la masa del siguiente asteroide, Vesta , pero es sólo el 1,3% de la masa de la Luna . Está cerca de estar en equilibrio hidrostático , pero aún no se han explicado algunas desviaciones de su forma de equilibrio. [67] Suponiendo que esté en equilibrio, Ceres es el único planeta enano que siempre está dentro de la órbita de Neptuno. [66] Los modelos han sugerido que el material rocoso de Ceres está parcialmente diferenciado y que puede poseer un núcleo pequeño , [68] [69] pero los datos también son consistentes con un manto de silicatos hidratadosy ningún núcleo. [67] Debido a que Dawn carecía de un magnetómetro , no se sabe si Ceres tiene un campo magnético ; se cree que no. [70] [71] La diferenciación interna de Ceres puede estar relacionada con su falta de un satélite natural , ya que se cree que los satélites de los asteroides del cinturón principal se forman a partir de una interrupción por colisión, creando una estructura de pila de escombros indiferenciada . [72]

Superficie

Composición

La composición de la superficie de Ceres es homogénea a escala global y es rica en carbonatos y filosilicatos amoniacales que han sido alterados por el agua, [67] aunque el hielo de agua en el regolito varía desde aproximadamente el 10% en latitudes polares hasta mucho más seco, incluso hielo. -libre, en las regiones ecuatoriales. [67]

Los estudios realizados con el Telescopio Espacial Hubble muestran grafito , azufre y dióxido de azufre en la superficie de Ceres. El grafito es evidentemente el resultado de la erosión espacial en las superficies más antiguas de Ceres; los dos últimos son volátiles en las condiciones cererianas y se esperaría que escaparan rápidamente o se asentaran en trampas frías, por lo que evidentemente están asociados con áreas con actividad geológica relativamente reciente. [73]

Se detectaron compuestos orgánicos en el cráter Ernutet, [74] y la mayor parte de la superficie cercana del planeta es rica en carbono, aproximadamente un 20% en masa. [75] El contenido de carbono es más de cinco veces mayor que el de los meteoritos de condritas carbonosas analizados en la Tierra. [75] El carbono de la superficie muestra evidencia de estar mezclado con productos de las interacciones entre roca y agua, como las arcillas. [75] Esta química sugiere que Ceres se formó en un ambiente frío, tal vez fuera de la órbita de Júpiter, y que se acumuló a partir de materiales ultra ricos en carbono en presencia de agua, lo que podría proporcionar condiciones favorables para la química orgánica. [75]

Cráteres

Mapa topográfico de Ceres. Los pisos más bajos del cráter (índigo) y los picos más altos (blanco) representan una diferencia de elevación de 15  km (10  millas). [77] "Ysolo Mons" ha pasado a llamarse "Yamor Mons". [76]

Dawn reveló que Ceres tiene una superficie llena de cráteres, aunque con menos cráteres grandes de lo esperado. [78] Los modelos basados ​​en la formación del actual cinturón de asteroides habían predicho que Ceres debería tener de diez a quince cráteres de más de 400 km (250 millas) de diámetro. [78] El cráter más grande confirmado en Ceres, la cuenca de Kerwan , tiene 284 km (176 millas) de ancho. [79] La razón más probable de esto es que la relajación viscosa de la corteza aplana lentamente los impactos más grandes. [78]

La región del polo norte de Ceres muestra muchos más cráteres que la región ecuatorial, y la región ecuatorial oriental en particular presenta relativamente pocos cráteres. [80] La frecuencia de tamaño general de los cráteres de entre veinte y cien kilómetros (10 a 60  millas) es consistente con su origen en el Bombardeo Intenso Tardío , con cráteres fuera de las antiguas regiones polares probablemente borrados por el criovulcanismo temprano . [80] Es probable que tres grandes cuencas poco profundas (planicias) con bordes degradados sean cráteres erosionados. [67] La ​​más grande, Vendimia Planitia , con 800 km (500 millas) de ancho, [78] es también la característica geográfica más grande de Ceres. [81] Dos de los tres tienen concentraciones de amonio superiores a la media. [67]

Dawn observó 4.423 rocas de más de 105 m (344 pies) de diámetro en la superficie de Ceres. Estos cantos rodados probablemente se formaron a través de impactos y se encuentran dentro o cerca de los cráteres, aunque no todos los cráteres contienen cantos rodados. Los grandes cantos rodados son más numerosos en latitudes más altas. Los cantos rodados de Ceres son frágiles y se degradan rápidamente debido al estrés térmico (al amanecer y al anochecer, la temperatura de la superficie cambia rápidamente) y a los impactos de meteoritos. Se estima que su edad máxima es de 150  millones de años, mucho más corta que la vida útil de los cantos rodados de Vesta. [82]

Características tectónicas

Aunque Ceres carece de placas tectónicas , [83] y la gran mayoría de las características de su superficie están vinculadas a impactos o a actividad criovolcánica, [84] se han identificado tentativamente varias características potencialmente tectónicas en su superficie, particularmente en su hemisferio oriental. Las Samhain Catenae, fracturas lineales de escala kilométrica en la superficie de Ceres, carecen de cualquier vínculo aparente con los impactos y se parecen mucho a las cadenas de cráteres, que son indicativas de fallas normales enterradas . Además, varios cráteres de Ceres tienen suelos fracturados y poco profundos compatibles con una intrusión criomagmática. [85]

criovulcanismo

Ceres tiene una montaña prominente, Ahuna Mons ; parece ser un criovolcán y tiene pocos cráteres, lo que sugiere una edad máxima de 240  millones de años. [87] Su campo gravitacional relativamente alto sugiere que es denso y, por lo tanto, está compuesto más de roca que de hielo, y que su ubicación probablemente se debe al diapirismo de una suspensión de salmuera y partículas de silicato de la parte superior del manto. [54] Es aproximadamente la antípoda de la cuenca de Kerwan. La energía sísmica del impacto que formó Kerwan puede haberse concentrado en el lado opuesto de Ceres, fracturando las capas externas de la corteza y provocando el movimiento de criomagma de alta viscosidad (hielo de agua fangosa ablandado por su contenido de sales) hacia la superficie. [88] Kerwan también muestra evidencia de los efectos del agua líquida debido al derretimiento por impacto del hielo subterráneo. [79]

Una simulación por computadora de 2018 sugiere que los criovolcanes en Ceres, una vez formados, retroceden debido a una relajación viscosa durante varios cientos de millones de años. El equipo identificó 22 características como fuertes candidatos para criovolcanes relajados en la superficie de Ceres. [87] [89] Yamor Mons, un antiguo pico lleno de cráteres de impacto, se parece a Ahuna Mons a pesar de ser mucho más antiguo, debido a que se encuentra en la región polar norte de Ceres, donde las temperaturas más bajas impiden la relajación viscosa de la corteza. [84] Los modelos sugieren que, durante los últimos mil millones de años, se ha formado un criovolcán en Ceres en promedio cada cincuenta millones de años. [84] Las erupciones no se distribuyen uniformemente sobre Ceres, pero pueden estar relacionadas con antiguas cuencas de impacto. [84] El modelo sugiere que, contrariamente a los hallazgos en Ahuna Mons, los criovolcanes de Ceres deben estar compuestos de material mucho menos denso que el promedio de la corteza de Ceres, o la relajación viscosa observada no podría ocurrir. [87]

Una cantidad inesperadamente grande de cráteres cererianos tienen pozos centrales, quizás debido a procesos criovolcánicos; otros tienen picos centrales. [90] Dawn ha observado cientos de puntos brillantes (fáculas) , el más brillante en medio de los 80 km (50 millas) del cráter Occator . [91] El punto brillante en el centro de Occator se llama Cerealia Facula, [92] y el grupo de puntos brillantes al este, Vinalia Faculae. [93] Occator posee un pozo de 9 a 10 km de ancho, parcialmente lleno por una cúpula central. La cúpula es posterior a las fáculas y probablemente se deba a la congelación de un depósito subterráneo, comparable a los pingos en la región ártica de la Tierra. [94] [95] Periódicamente aparece una neblina sobre Cerealia, lo que respalda la hipótesis de que algún tipo de desgasificación o hielo sublimado formó los puntos brillantes. [96] En marzo de 2016, Dawn encontró evidencia definitiva de hielo de agua en la superficie de Ceres en el cráter Oxo . [97]

El 9 de diciembre de 2015, los científicos de la NASA informaron que los puntos brillantes en Ceres pueden deberse a un tipo de sal de salmuera evaporada que contiene hexahidrato de sulfato de magnesio (MgSO 4 ·6H 2 O); También se encontró que las manchas estaban asociadas con arcillas ricas en amoníaco. [98] En 2017 se informó que los espectros del infrarrojo cercano de estas áreas brillantes eran consistentes con una gran cantidad de carbonato de sodio ( Na
2CO
3) y cantidades más pequeñas de cloruro de amonio ( NH
4Cl ) o bicarbonato de amonio ( NH
4HCO
3). [99] [100] Se ha sugerido que estos materiales se originan a partir de la cristalización de salmueras que alcanzaron la superficie. [101] En agosto de 2020, la NASA confirmó que Ceres era un cuerpo rico en agua con un profundo depósito de salmuera que se filtraba a la superficie en cientos de lugares [102] causando "puntos brillantes", incluidos los del cráter Occator. [103]

Estructura interna

una imagen en corte del interior de Ceres
Modelo de tres capas de la estructura interna de Ceres:
  • Corteza exterior gruesa (hielo, sales, minerales hidratados)
  • Líquido rico en sal ( salmuera ) y roca
  • "Manto" (roca hidratada)

La geología activa de Ceres está impulsada por el hielo y las salmueras. Se estima que el agua lixiviada de la roca posee una salinidad de alrededor del 5%. En total, Ceres tiene aproximadamente un 50% de agua en volumen (en comparación con el 0,1% de la Tierra) y un 73% de roca en masa. [15]

Los cráteres más grandes de Ceres tienen varios kilómetros de profundidad, lo que no coincide con un subsuelo poco profundo rico en hielo. El hecho de que la superficie haya conservado cráteres de casi 300 km (200 millas) de diámetro indica que la capa más externa de Ceres es aproximadamente 1000 veces más fuerte que el hielo de agua. Esto es consistente con una mezcla de silicatos , sales hidratadas y clatratos de metano , con no más del 30% de agua helada en volumen. [67] [104]

Las mediciones de gravedad de Dawn han generado tres modelos competitivos para el interior de Ceres. [15] En el modelo de tres capas, se cree que Ceres consiste en una corteza exterior de hielo, sales y minerales hidratados de 40 km (25 millas) de espesor y un "manto " fangoso interior de roca hidratada, como arcillas, separadas por una capa de 60 km (37 millas) de una mezcla fangosa de salmuera y roca. [105] No es posible saber si el interior profundo de Ceres contiene líquido o un núcleo de material denso rico en metal, [106] pero la baja densidad central sugiere que puede retener alrededor del 10% de porosidad . [15] Un estudio estimó que las densidades del núcleo y del manto/corteza eran de 2,46 a 2,90 y de 1,68 a 1,95  g/cm 3 respectivamente, y el manto y la corteza juntos tenían entre 70 y 190 km (40 a 120 millas) de espesor. Sólo se espera una deshidratación parcial (expulsión de hielo) del núcleo, aunque la alta densidad del manto en relación con el hielo de agua refleja su enriquecimiento en silicatos y sales. [10] Es decir, el núcleo (si existe), el manto y la corteza están formados por roca y hielo, aunque en diferentes proporciones.

La composición mineral de Ceres se puede determinar (indirectamente) sólo para sus 100 kilómetros exteriores (60 millas). La sólida corteza exterior, de 40 km (25 millas) de espesor, es una mezcla de hielo, sales y minerales hidratados. Debajo hay una capa que puede contener una pequeña cantidad de salmuera. Esto se extiende hasta una profundidad de al menos el límite de detección de 100 km (60 millas). Se cree que debajo hay un manto dominado por rocas hidratadas como las arcillas. [106]

En un modelo de dos capas, Ceres consta de un núcleo de cóndrulos y un manto de hielo mezclado y partículas sólidas del tamaño de una micra ("barro"). La sublimación del hielo en la superficie dejaría un depósito de partículas hidratadas de unos veinte metros de espesor. El rango del grado de diferenciación es consistente con los datos, desde un núcleo grande de 360 ​​km (220 millas) de 75% cóndrulos y 25% de partículas y un manto de 75% de hielo y 25% de partículas, hasta un pequeño núcleo de 85 km. (55 millas) núcleo que consta casi en su totalidad de partículas y un manto de 30% de hielo y 70% de partículas. Con un núcleo grande, el límite entre el núcleo y el manto debe estar lo suficientemente caliente como para que quepan bolsas de salmuera. Con un núcleo pequeño, el manto debería permanecer líquido por debajo de los 110 km (68 millas). En el último caso, una congelación del 2% del depósito de líquido comprimiría el líquido lo suficiente como para forzar una parte a subir a la superficie, produciendo criovulcanismo. [107]

Un segundo modelo de dos capas sugiere una diferenciación parcial de Ceres en una corteza rica en volátiles y un manto más denso de silicatos hidratados. Se puede calcular una variedad de densidades para la corteza y el manto a partir de los tipos de meteoritos que se cree que impactaron en Ceres. Con meteoritos de clase CI (densidad 2,46 g/cm 3 ), la corteza tendría aproximadamente 70 km (40 millas) de espesor y una densidad de 1,68 g/cm 3 ; con meteoritos de clase CM (densidad 2,9 g/cm 3 ), la corteza tendría aproximadamente 190 km (120 millas) de espesor y una densidad de 1,9 g/cm 3 . El modelado de mejor ajuste produce una corteza de aproximadamente 40 km (25 millas) de espesor con una densidad de aproximadamente 1,25 g/cm 3 y una densidad manto/núcleo de aproximadamente 2,4 g/cm 3 . [67]

Atmósfera

En 2017, Dawn confirmó que Ceres tiene una atmósfera transitoria de vapor de agua. [108] A principios de 2014 aparecieron indicios de una atmósfera, cuando el Observatorio Espacial Herschel detectó fuentes localizadas de vapor de agua en latitudes medias en Ceres, de no más de 60 km (40 millas) de diámetro, cada una de las cuales emite aproximadamente10 26 moléculas (3  kg) de agua por segundo. [109] [110] [c] Dos regiones fuente potenciales, designadas Piazzi (123°E, 21°N) y Región A (231°E, 23°N), se visualizaron en el infrarrojo cercano como áreas oscuras (Región A también tiene un centro luminoso) junto al Observatorio Keck . Los posibles mecanismos para la liberación de vapor son la sublimación de aproximadamente 0,6 km 2 (0,2 millas cuadradas) de hielo superficial expuesto, erupciones criovolcánicas resultantes del calor interno radiogénico , [109] o la presurización de un océano subterráneo debido al engrosamiento de una capa de hielo suprayacente. [113] En 2015, David Jewitt incluyó a Ceres en su lista de asteroides activos . [114] El hielo de agua superficial es inestable a distancias inferiores a 5 AU del Sol, [115] por lo que se espera que se sublime si se expone directamente a la radiación solar. El hielo de agua puede migrar desde las capas profundas de Ceres a la superficie, pero escapa en poco tiempo. Se esperaría que la sublimación de la superficie fuera menor cuando Ceres esté más lejos del Sol en su órbita, y las emisiones alimentadas internamente no deberían verse afectadas por su posición orbital. Los limitados datos previamente disponibles sugerían una sublimación de estilo cometario, [109] pero la evidencia de Dawn sugiere que la actividad geológica podría ser al menos parcialmente responsable. [116]

Los estudios que utilizan el detector de neutrones y rayos gamma de Dawn (GRaND) ​​revelan que Ceres acelera los electrones del viento solar; la hipótesis más aceptada es que estos electrones están siendo acelerados por colisiones entre el viento solar y una tenue exosfera de vapor de agua. [117] [118] Choques de arco como estos también podrían explicarse por un campo magnético transitorio, pero esto se considera menos probable, ya que no se cree que el interior de Ceres sea suficientemente conductor de electricidad. [118]

Origen y evolución

Ceres es un protoplaneta superviviente que se formó  hace 4.560 millones de años; junto con Palas y Vesta, uno de los tres únicos que quedan en el Sistema Solar interior, [119] y el resto se fusionó para formar planetas terrestres , se hizo añicos en colisiones [120] o fue expulsado por Júpiter. [121] A pesar de la ubicación actual de Ceres, su composición no es consistente con haberse formado dentro del cinturón de asteroides. Más bien parece que se formó entre las órbitas de Júpiter y Saturno, y fue desviado hacia el cinturón de asteroides cuando Júpiter emigró hacia afuera. [15] El descubrimiento de sales de amonio en el cráter Occator apoya un origen en el Sistema Solar exterior, ya que el amoníaco es mucho más abundante en esa región. [122]

La evolución geológica temprana de Ceres dependió de las fuentes de calor disponibles durante y después de su formación: energía de impacto proveniente de la acreción planetesimal y la desintegración de radionucleidos (posiblemente incluidos radionucleidos extintos de vida corta como el aluminio-26 ). Estos pueden haber sido suficientes para permitir a Ceres diferenciarse en un núcleo rocoso y un manto helado, o incluso en un océano de agua líquida, [67] poco después de su formación. [69] Este océano debería haber dejado una capa helada debajo de la superficie cuando se congeló. El hecho de que Dawn no haya encontrado evidencia de tal capa sugiere que la corteza original de Ceres fue destruida al menos parcialmente por impactos posteriores que mezclaron completamente el hielo con las sales y el material rico en silicatos del antiguo fondo marino y el material debajo. [67]

Ceres posee sorprendentemente pocos cráteres grandes, lo que sugiere que la relajación viscosa y el criovulcanismo han borrado características geológicas más antiguas. [123] La presencia de arcillas y carbonatos requiere reacciones químicas a temperaturas superiores a 50  °C, consistentes con la actividad hidrotermal. [54]

Se ha vuelto considerablemente menos activo geológicamente con el tiempo, con una superficie dominada por cráteres de impacto ; sin embargo, la evidencia de Dawn revela que los procesos internos han seguido esculpiendo la superficie de Ceres en gran medida [124] contrariamente a las predicciones de que el pequeño tamaño de Ceres habría cesado la actividad geológica interna en una etapa temprana de su historia. [125]

Habitabilidad

una imagen polar de Ceres que muestra un color azul oscuro en todo el hemisferio norte
Concentración de hidrógeno (azul) en el metro superior del regolito que indica la presencia de hielo de agua.

Aunque Ceres no se discute tan activamente como un hogar potencial para vida microbiana extraterrestre como lo son Marte , Europa , Encelado o Titán , tiene la mayor cantidad de agua de cualquier cuerpo en el Sistema Solar interior después de la Tierra, [54] y las probables bolsas de salmuera. bajo su superficie podrían proporcionar hábitats para la vida. [54] No experimenta calentamiento por mareas , como Europa o Encelado, pero está lo suficientemente cerca del Sol y contiene suficientes isótopos radiactivos de larga vida para preservar el agua líquida en su subsuelo durante períodos prolongados. [54] La detección remota de compuestos orgánicos y la presencia de agua mezclada con un 20% de carbono en masa en su superficie cercana podría proporcionar condiciones favorables para la química orgánica. [75] De los elementos bioquímicos, Ceres es rico en carbono , hidrógeno , oxígeno y nitrógeno , [126] pero el fósforo aún no se ha detectado, [127] y el azufre, a pesar de haber sido sugerido por las observaciones UV del Hubble, no fue detectado por Dawn. . [54]

Observación y exploración

Observación

una esfera marrón difusa con algunos puntos brillantes y oscuros borrosos
Una imagen mejorada del Hubble de Ceres, la mejor adquirida por un telescopio, tomada en 2004

Cuando está en oposición cerca de su perihelio , Ceres puede alcanzar una magnitud aparente de +6,7. [128] Esto es demasiado tenue para ser visible a simple vista , pero en condiciones de visualización ideales, los ojos atentos pueden verlo. Vesta es el único otro asteroide que puede alcanzar regularmente una magnitud similar brillante, mientras que Palas y 7 Iris lo hacen sólo cuando están en oposición y cerca del perihelio. [129] Cuando está en conjunción , Ceres tiene una magnitud de alrededor de +9,3, lo que corresponde a los objetos más débiles visibles con binoculares de 10 × 50; por lo tanto, se puede ver con estos binoculares en un cielo nocturno naturalmente oscuro y claro alrededor de la luna nueva . [18]

El 13 de noviembre de 1984, se observó una ocultación de la estrella BD+8°471 por Ceres en México, Florida y en todo el Caribe , lo que permitió medir mejor su tamaño, forma y albedo. [130] El 25 de junio de 1995, Hubble obtuvo imágenes ultravioleta de Ceres con una resolución de 50 km (30 millas). [63] En 2002, el Observatorio Keck obtuvo imágenes infrarrojas con una resolución de 30 km (20 millas) utilizando óptica adaptativa . [131]

Antes de la misión Dawn , sólo se habían detectado inequívocamente algunas características de la superficie de Ceres. Las imágenes ultravioleta de alta resolución del Hubble en 1995 mostraron una mancha oscura en su superficie, que recibió el sobrenombre de "Piazzi" en honor al descubridor de Ceres. [63] Se pensaba que era un cráter. Las imágenes en luz visible de una rotación completa tomadas por el Hubble en 2003 y 2004 mostraron once características superficiales reconocibles, cuya naturaleza era indeterminada. [14] [132] Uno de ellos correspondía al largometraje de Piazzi. [14] Las imágenes del infrarrojo cercano durante una rotación completa, tomadas con óptica adaptativa por el Observatorio Keck en 2012, mostraron características brillantes y oscuras que se movían con la rotación de Ceres. [133] Dos rasgos oscuros eran circulares y se suponía que eran cráteres; se observó que uno tenía una región central brillante y el otro se identificó como el rasgo de Piazzi. [133] Dawn finalmente reveló que Piazzi era una región oscura en el medio de Vendimia Planitia , cerca del cráter Dantu , y la otra característica oscura estaba dentro de Hanami Planitia y cerca del cráter Occator . [134]

misión del amanecer

Se forma una gran elipse rosa alrededor de un pequeño punto verde, que poco a poco va quedando rodeado por un halo rosa mate.
Animación de la trayectoria de Dawn alrededor de Ceres del 1 de febrero de 2015 al 1 de febrero de 2025
   Amanecer  ·   ceres
Dawn ve el disparo de un propulsor iónico
Concepción artística de la nave espacial Dawn.

A principios de la década de 1990, la NASA inició el Programa Discovery , que pretendía ser una serie de misiones científicas de bajo costo. En 1996, el equipo de estudio del programa propuso una misión de alta prioridad para explorar el cinturón de asteroides utilizando una nave espacial con motor de iones . La financiación siguió siendo problemática durante casi una década, pero en 2004, el vehículo Dawn pasó su revisión crítica de diseño. [135]

Dawn , la primera misión espacial que visitó Vesta o Ceres, se lanzó el 27 de septiembre de 2007. El 3 de mayo de 2011, Dawn adquirió su primera imagen de objetivo a 1.200.000 km (750.000 millas) de Vesta. [136] Después de orbitar Vesta durante trece meses, Dawn utilizó su motor de iones para partir hacia Ceres, y la captura gravitacional se produjo el 6 de marzo de 2015 [137] con una separación de 61.000 km (38.000 millas), [138] cuatro meses antes de la Nueva Sobrevuelo de Horizontes de Plutón. [138]

La instrumentación de la nave espacial incluía una cámara de encuadre, un espectrómetro visual e infrarrojo y un detector de rayos gamma y neutrones . Estos instrumentos examinaron la forma y la composición elemental de Ceres. [139] El 13 de enero de 2015, cuando Dawn se acercaba a Ceres, la nave espacial tomó sus primeras imágenes con una resolución cercana al Hubble, revelando cráteres de impacto y una pequeña mancha de alto albedo en la superficie. De febrero a abril se llevaron a cabo sesiones adicionales de imágenes, con una resolución cada vez mejor. [140]

El perfil de la misión de Dawn requería que estudiara Ceres desde una serie de órbitas polares circulares en altitudes sucesivamente más bajas. Entró en su primera órbita de observación ("RC3") alrededor de Ceres a una altitud de 13.500 km (8.400 millas) el 23 de abril de 2015, permaneciendo solo en una órbita (15 días). [141] [142] La nave espacial luego redujo su distancia orbital a 4.400 km (2.700 mi) para su segunda órbita de observación ("encuesta") durante tres semanas, [143] luego hasta 1.470 km (910 mi) ("HAMO; "órbita cartográfica de gran altitud) durante dos meses [144] y luego hasta su órbita final a 375 km (233 millas) ("LAMO;" órbita cartográfica de baja altitud) durante al menos tres meses. [145] En octubre de 2015, la NASA publicó un retrato en color real de Ceres realizado por Dawn . [146] En 2017, la misión de Dawn se amplió para realizar una serie de órbitas más cercanas alrededor de Ceres hasta que se acabó la hidracina utilizada para mantener su órbita. [147]

Dawn pronto descubrió evidencia de criovulcanismo. En una imagen del 19 de febrero de 2015 se observaron dos puntos brillantes distintos (o características de alto albedo) dentro de un cráter (diferentes de los puntos brillantes observados en imágenes anteriores del Hubble) [148] , lo que llevó a especulaciones sobre un posible origen criovolcánico [149] o desgasificación. [150] El 2 de septiembre de 2016, los científicos del equipo de Dawn argumentaron en un artículo de Science que Ahuna Mons era la evidencia más sólida hasta el momento de características criovolcánicas en Ceres. [88] El 11 de mayo de 2015, la NASA publicó una imagen de mayor resolución que mostraba que las manchas estaban compuestas de múltiples manchas más pequeñas. [151] El 9 de diciembre de 2015, los científicos de la NASA informaron que los puntos brillantes en Ceres pueden estar relacionados con un tipo de sal, particularmente una forma de salmuera que contiene sulfato de magnesio hexahidrato (MgSO 4 ·6H 2 O); También se encontró que las manchas estaban asociadas con arcillas ricas en amoníaco . [98] En junio de 2016, se descubrió que los espectros del infrarrojo cercano de estas áreas brillantes eran consistentes con una gran cantidad de carbonato de sodio ( Na
2CO
3), lo que implica que la actividad geológica reciente probablemente estuvo involucrada en la creación de los puntos brillantes. [152]

De junio a octubre de 2018, Dawn orbitó Ceres desde una distancia de hasta 35 km (22 millas) hasta una distancia de hasta 4000 km (2500 millas). [153] La misión Dawn finalizó el 1 de noviembre de 2018 después de que la nave espacial se quedara sin combustible. [154]

Misiones futuras

En 2020, un equipo de la ESA propuso el concepto de Misión Calathus , una misión de seguimiento al cráter Occator , para devolver a la Tierra una muestra de fáculas de carbonatos brillantes y materia orgánica oscura. [155] La Agencia Espacial China está diseñando una misión de retorno de muestras desde Ceres que tendría lugar durante la década de 2020. [156]

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Ceres (planeta enano) .

Ver también

Notas

  1. ^ El valor dado para Ceres es el momento medio de inercia, que se cree que representa mejor su estructura interior que el momento polar de inercia, debido a su alto aplanamiento polar. [10]
  2. ↑ En 1807, Klaproth intentó cambiar el nombre del elemento a cererium , para evitar confusión con la raíz cēra , 'cera' (como en cereous , 'ceroso'), pero no tuvo éxito. [36]
  3. ^ Esta tasa de emisión es modesta en comparación con las calculadas para las columnas impulsadas por las mareas de Encelado (un cuerpo más pequeño) y Europa (un cuerpo más grande), 200  kg/s [111] y 7000  kg/s, [112] respectivamente.

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    • Área de superficie: 4πr 2
    • Gravedad superficial:GM/r 2
    • Velocidad de escape: √2GM/r
    • Velocidad de rotación:periodo de rotación/circunferencia
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