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 . Su nombre se debe al hipotético planeta Vulcano , que se propuso sobre la base de irregularidades en la órbita de Mercurio que luego se descubrió que podían explicarse mediante la relatividad general . Hasta el momento, no se ha descubierto ningún vulcanoides y aún no está claro si existe alguno.
Si existen, los vulcanoides podrían evadir fácilmente la detección porque serían muy pequeños y estarían cerca del brillante resplandor del Sol. Debido a su proximidad al Sol, las búsquedas desde la Tierra solo se pueden llevar a cabo durante el crepúsculo o los eclipses solares. Cualquier vulcanoides debe tener entre unos 100 metros (330 pies) y 6 kilómetros (3,7 millas) de diámetro y probablemente se encuentran en órbitas casi circulares cerca del borde 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 cuyo aphelio se extiende hasta las órbitas de Venus o dentro de la trayectoria orbital de la Tierra. Debido a que cruzan la órbita de Mercurio, estos cuerpos no se clasifican como vulcanoides.
Los vulcanoides, en caso de que se descubran, podrían proporcionar a los científicos material del primer período de formación planetaria , así como información sobre las condiciones prevalecientes en el Sistema Solar primitivo . Aunque 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 migratorio en las primeras etapas del desarrollo del Sistema Solar pueden haber agotado esta área de cualquier asteroide que pudiera haber estado allí.
Durante siglos se han formulado hipótesis sobre la existencia de cuerpos celestes en el interior de la órbita de Mercurio y se ha buscado su existencia. El astrónomo alemán Christoph Scheiner creyó haber visto pequeños cuerpos pasando por delante del Sol en 1611, pero más tarde se demostró que eran 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 respecto de los valores previstos. Postuló que la influencia gravitatoria 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 recibió rápidamente el nombre de Vulcano , pero nunca fue visto de nuevo, 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 vio Lescarbault fue probablemente otra mancha solar. [3]
Los vulcanoides, si existieran, serían difíciles de detectar debido al fuerte resplandor del Sol cercano, [4] y las búsquedas terrestres solo se pueden realizar durante el crepúsculo o durante los eclipses solares . [5] Se realizaron varias búsquedas durante los eclipses a principios de la década de 1900, [6] que no revelaron ningún vulcanoides, y las observaciones durante los eclipses siguen siendo un método de búsqueda común. [7] Los telescopios convencionales no se pueden utilizar para buscarlos porque el Sol cercano podría dañar su óptica. [8]
En 1998, los astrónomos analizaron los datos del instrumento LASCO de la nave espacial SOHO , que es un conjunto de tres coronógrafos . Los datos tomados entre enero y mayo de ese año no mostraron ningún vulcanoides más brillante que la magnitud 7. Esto corresponde a un diámetro de unos 60 kilómetros (37 mi), suponiendo que los asteroides tienen un albedo similar al de Mercurio. En particular, se descartó un planetoide grande 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 vulcanoide utilizando un avión espía Lockheed U-2 . Los vuelos se llevaron a cabo 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 . Hicieron 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 Universal del Suroeste Aéreo (SWUIS-A). [12]
Incluso a estas alturas, la atmósfera sigue estando presente y puede interferir en la búsqueda de vulcanoides. En 2004, se intentó un vuelo espacial suborbital para colocar una cámara sobre la atmósfera terrestre. El 16 de enero se lanzó un cohete Black Brant desde White Sands, Nuevo México , que transportaba 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 ningún vulcanoides, pero hubo problemas técnicos. [4]
Las búsquedas de datos de las dos naves espaciales STEREO de la NASA no han logrado detectar ningún asteroide vulcanoides. [14] Es dudoso que existan vulcanoides con un diámetro mayor a 5,7 kilómetros (3,5 millas). [14]
La sonda espacial MESSENGER tomó algunas imágenes de las regiones exteriores de la zona vulcanoide; sin embargo, sus oportunidades fueron limitadas porque sus instrumentos tenían que estar apuntando lejos del Sol en todo momento para evitar daños. [15] [16] Sin embargo, antes de su desaparición en 2015, la nave no logró producir evidencia sustancial sobre los vulcanoides.
El 13 de agosto de 2021 se descubrió un asteroide, 2021 PH 27 , con un perihelio dentro de la órbita de Mercurio. A su distancia mínima al Sol de 0,1331 UA, se acerca más del doble del Sol que el perihelio de Mercurio, de 0,307499 UA. Esto sitúa su aproximación más cercana dentro de la hipotética Zona Vulcanoide.
Un vulcanoide es un asteroide en una 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 del Sol , 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 a 0,21 UA del Sol . [18] Se ha descubierto que todas las demás regiones igualmente estables del 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 vulcanoidal de su contenido original. Es posible que no queden más de 300 a 900 vulcanoides de más de 1 kilómetro (0,62 mi) de radio, si es que queda alguno. [19] Un estudio de 2020 descubrió que el efecto Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack es lo suficientemente fuerte como para destruir vulcanoides hipotéticos de hasta 100 km de radio en escalas de tiempo mucho más pequeñas que la edad del Sistema Solar; Se ha descubierto que los posibles asteroides vulcanoides giran constantemente por efecto YORP hasta que se fisionan rotacionalmente en cuerpos más pequeños, lo que ocurre repetidamente hasta que los escombros son 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 al hecho de que solo hay un planeta vecino. En ese sentido, se puede comparar con el cinturón de Kuiper . [18]
El borde exterior de la zona vulcanoide está 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 hasta llegar a órbitas que cruzarían a Mercurio en escalas de tiempo del orden de 100 millones de años. [18] (Algunas definiciones incluirían, no obstante, objetos tan inestables como los vulcanoides siempre que sus órbitas se encuentren completamente en el interior de la de Mercurio.) [21] El borde interior no está definido con precisión: los objetos más cercanos a 0,06 UA son particularmente susceptibles al arrastre de Poynting-Robertson y al efecto Yarkovsky, [18] e incluso a 0,09 UA los vulcanoides tendrían temperaturas de 1000 K o más, que es lo suficientemente caliente 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 vulcanoide es muy pequeño en comparación con el del cinturón de asteroides . [22] Las colisiones entre objetos en la zona vulcanoide serían frecuentes y altamente energéticas, tendiendo a conducir a la destrucción de los objetos. La ubicación más favorable para los vulcanoides es probablemente en órbitas circulares cerca del borde exterior de la zona vulcanoide. [23] Es poco probable que los vulcanoides tengan inclinaciones de más de unos 10° con respecto a la eclíptica . [7] [18] Los troyanos de Mercurio , asteroides atrapados en los puntos de Lagrange de Mercurio , también son posibles. [24]
Cualquier vulcanoides que exista debe ser relativamente pequeño. Las búsquedas anteriores, en particular las de la sonda espacial STEREO , descartan asteroides mayores de 6 kilómetros (3,7 millas) de diámetro. [14] El tamaño mínimo es de unos 100 metros (330 pies); [18] las partículas menores de 0,2 μm son fuertemente repelidas por la presión de radiación, y los objetos menores de 70 m serían atraídos hacia el Sol por la fuerza de arrastre de Poynting-Robertson . [9] Entre estos límites superior e inferior, se cree que es posible una población de asteroides entre 1 kilómetro (0,62 millas) y 6 kilómetros (3,7 millas) de diámetro. [10] Serían casi lo suficientemente calientes como para brillar al rojo vivo. [17]
Se cree que los vulcanoides serían muy ricos en elementos con un alto punto de fusión , como el hierro y el níquel . Es poco probable que posean un regolito porque este material fragmentado se calienta y se enfría más rápidamente, y se ve afectado con mayor fuerza por el efecto Yarkovsky , que la roca sólida. [5] Los vulcanoides son probablemente similares a Mercurio en color y albedo, [7] y pueden contener material restante de las primeras etapas de la formación del Sistema Solar. [12]
Hay evidencia de que Mercurio fue golpeado por un objeto grande relativamente tarde en su desarrollo, [5] una colisión que despojó a Mercurio de gran parte de su corteza y manto, [16] lo que explica la delgadez del manto de Mercurio en comparación con los mantos de los otros planetas terrestres . Si tal impacto ocurrió, gran parte de los escombros resultantes aún podrían estar orbitando alrededor del Sol en la zona vulcanoide. [13]
Los vulcanoides, al ser una clase completamente nueva de cuerpos celestes, serían interesantes por sí mismos, [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 de planetas, [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 de planetas [24] y sugeriría que otros procesos han estado en funcionamiento en el Sistema Solar interior, como la migración planetaria que despejó el área. [18]
La existencia de una población no despreciable de Vatiras desacopladas de Venus plantea la cuestión de si algún objeto alcanza órbitas completamente interiores a la de Mercurio. La convención aceptada probablemente sería llamar a un objeto de este tipo un Vulcanoide, aunque el término generalmente se refiere a un objeto que ha residido dentro de Mercurio durante toda la vida del Sistema Solar.