Los vulcanoides son una hipotética población de asteroides que orbitan alrededor del Sol en una zona dinámicamente estable dentro de la órbita del planeta Mercurio . Llevan el nombre del hipotético planeta Vulcano , que se propuso sobre la base de irregularidades en la órbita de Mercurio que luego se descubrió que se explicaban por la relatividad general . Hasta el momento no se han descubierto vulcanoides y aún no está claro si existen.
Si existen, los vulcanoides podrían fácilmente evadir la detección porque serían muy pequeños y estarían cerca del brillante resplandor del Sol. Debido a su proximidad al Sol, las búsquedas desde tierra sólo pueden realizarse durante el crepúsculo o durante los eclipses solares. Cualquier vulcanoides debe tener entre unos 100 metros (330 pies) y 6 kilómetros (3,7 millas) de diámetro y probablemente esté ubicado 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 perihelio dentro de la órbita de Mercurio, pero cuya afelia 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 ser encontrados, podrían proporcionar a los científicos material del primer período de formación de planetas , así como información sobre las condiciones prevalecientes en el Sistema Solar temprano . 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 en migración en las primeras etapas del desarrollo del Sistema Solar pueden haber agotado esta área de cualquier asteroide que pueda haber estado allí.
Durante siglos se han planteado hipótesis y se han buscado cuerpos celestes situados en el interior de la órbita de Mercurio. El astrónomo alemán Christoph Scheiner pensó que había visto pequeños cuerpos pasando delante del Sol en 1611, pero más tarde se demostró que eran manchas solares . [1] En la década de 1850, Urbain Le Verrier hizo cálculos detallados de la órbita de Mercurio y encontró una pequeña discrepancia en la precesión del perihelio del planeta con respecto a los valores previstos. 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 en tránsito por el Sol. El nuevo planeta rápidamente recibió el nombre de 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 hipotético planeta. [2] Lo que vio Lescarbault fue probablemente otra mancha solar. [3]
Los vulcanoides, en caso de existir, serían difíciles de detectar debido al fuerte resplandor del Sol cercano, [4] y las búsquedas terrestres sólo pueden llevarse a cabo durante el crepúsculo o durante los eclipses solares . [5] Se realizaron varias búsquedas durante los eclipses a principios del siglo XX, [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 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 con un brillo superior a la magnitud 7. Esto corresponde a un diámetro de unos 60 kilómetros (37 millas), suponiendo que los asteroides tengan un albedo similar al de Mercurio. En particular, se descartó un gran planetoide a una distancia de 0,18 UA, como predijo la teoría de la relatividad de escala . [9]
Los intentos posteriores de detectar los vulcanoides implicaron llevar equipos astronómicos por encima de la interferencia de la atmósfera terrestre , a alturas donde el cielo crepuscular es más oscuro y claro que en la Tierra. [10] En 2000, el científico planetario Alan Stern realizó estudios de la zona vulcanoide 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 . Hicieron tres vuelos sobre el desierto de Mojave a una altitud de 15.000 metros (49.000 pies) y realizaron observaciones con el Southwest Universal Imaging System—Airborne (SWUIS-A). [12]
Incluso a estas alturas la atmósfera sigue presente y puede interferir con la búsqueda de vulcanoides. En 2004, se intentó un vuelo espacial suborbital para colocar una cámara sobre la atmósfera terrestre. Un cohete Black Brant fue lanzado desde White Sands, Nuevo México , el 16 de enero, llevando una poderosa 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 de datos de las dos naves espaciales STEREO de la NASA no han logrado detectar ningún asteroide vulcanoides. [14] Es dudoso que haya 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 vulcanoide; sin embargo, sus oportunidades eran limitadas porque sus instrumentos debían apuntar en todo momento en dirección opuesta al Sol para evitar daños. [15] [16] Sin embargo, antes de su desaparición en 2015, la nave no logró producir evidencia sustancial sobre vulcanoides.
El 13 de agosto de 2021, se descubrió un asteroide, 2021 PH 27 , con un perihelio muy dentro de la órbita de Mercurio. En su distancia mínima al Sol de 0,1331 AU, se acerca más del doble al Sol que el perihelio de Mercurio a 0,307499 AU. Esto sitúa su aproximación más cercana dentro de la supuesta Zona Vulcanoide.
Un vulcanoide es un asteroide en una órbita estable con un semieje mayor menor que el de Mercurio (es decir, 0,387 AU ). [7] [17] Esto no incluye objetos como los cometas que rozan el sol , que, aunque tienen perihelio dentro de la órbita de Mercurio, tienen semiejes mayores mucho más grandes. [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 AU 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] la resistencia de Poynting-Robertson [18] y el efecto Yarkovsky [5] pueden han agotado el área vulcanoide de su contenido original. Es posible que no queden más de 300 a 900 vulcanoides de más de 1 kilómetro (0,62 millas) de radio, si los hay. [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 posibles asteroides vulcanoides giraban constantemente por el efecto YORP hasta que se fisionaban rotacionalmente en cuerpos más pequeños, lo que ocurre repetidamente hasta que los escombros son lo suficientemente pequeños como para ser expulsados de la región vulcanoide por el efecto Yarkovsky; esto explicaría por qué no se han observado vulcanoides. [20] La estabilidad gravitacional de la zona vulcanoide 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 AU del Sol. Los objetos más distantes que esto son inestables debido a las interacciones con Mercurio y serían perturbados en órbitas que cruzan Mercurio en escalas de tiempo del orden de 100 millones de años. [18] (No obstante, algunas definiciones incluirían objetos tan inestables como los vulcanoides siempre que sus órbitas se encuentren completamente interiores a la de Mercurio.) [21] El borde interior no está claramente definido: los objetos más cercanos a 0,06 AU son particularmente susceptibles a Poynting– El arrastre de Robertson y el efecto Yarkovsky, [18] e incluso hasta 0,09 AU los vulcanoides tendrían temperaturas de 1.000 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. [22]
El volumen máximo posible de la zona vulcanoide es muy pequeño comparado con el del cinturón de asteroides . [22] Las colisiones entre objetos en la zona vulcanoide serían frecuentes y muy enérgicas, y tenderían 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 de vulcanoides. [23] Es poco probable que los vulcanoides tengan inclinaciones de más de aproximadamente 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. Búsquedas anteriores, particularmente desde la nave espacial STEREO , descartan asteroides de más de 6 kilómetros (3,7 millas) de diámetro. [14] El tamaño mínimo es de unos 100 metros (330 pies); [18] las partículas de menos de 0,2 μm son fuertemente rechazadas por la presión de la radiación, y los objetos de menos 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 millas) y 6 kilómetros (3,7 millas) de diámetro. [10] Estarían casi lo suficientemente calientes como para brillar al rojo vivo. [17]
Se piensa 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 dicho material fragmentado se calienta y enfría más rápidamente y se ve afectado más fuertemente 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 sobrante de las primeras etapas de 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 gran parte de la corteza y el manto de Mercurio, [16] y que explica la delgadez del manto de Mercurio en comparación con los mantos de otros planetas terrestres. planetas . Si se produjera tal impacto, gran parte de los escombros resultantes podrían estar todavía orbitando alrededor del Sol en la zona vulcanoide. [13]
Los vulcanoides, al ser una clase completamente nueva de cuerpos celestes, serían interesantes por derecho propio, [24] pero descubrir si existen o no arrojaría conocimientos sobre la formación y evolución del Sistema Solar . Si existen, podrían contener material sobrante 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 limitaciones a la formación de planetas [24] y sugeriría que otros procesos han estado funcionando en el Sistema Solar interior, como la migración planetaria que limpia 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 tal objeto Vulcanoide, aunque el término generalmente se refiere a un objeto que ha residido dentro de Mercurio durante toda la vida del Sistema Solar.