Resumen (17 de enero, 2006): Según los investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC), las colisiones de tipo 'golpea y escapa' entre planetas embrionarios durante un período crítico al inicio de la historia del sistema solar podrían explicar algunas propiedades de los planetas, asteroides y meteoritos que anteriormente carecían de explicación.





Basado en un comunicado de prensa de la UC en Santa Cruz

Crédito: NASA ARC (Centro de Investigación Ames)

En la edición del 12 de enero de la revista Nature, investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz, describieron sus descubrimientos sobre las colisiones de tipo “golpea y escapa”, las cuales tuvieron lugar entre planetas embrionarios durante el período crítico en el inicio de la historia del sistema solar. Esto, según ellos, podría explicar algunas propiedades de los planetas, asteroides y meteoritos que anteriormente carecían de explicación.

Los cuatro planetas “terrestres” o rocosos (Tierra, Marte, Venus y Mercurio) son el resultado de un período inicial de colisiones violentas entre cuerpos planetarios de diversos tamaños que duró decenas de millones de años. Los científicos han considerado estos eventos principalmente en cuanto al incremento de material nuevo y de otros efectos en el planeta que fue impactado, en tanto que al planeta impactor se le ha prestado menos atención. (Se define como impactor al más pequeño de los dos cuerpos en colisión).

Pero no siempre que los planetas colisionan se adhieren el uno al otro. En cerca de un cincuenta por ciento de las ocasiones, si los dos cuerpos que colisionan son de tamaño planetario, en este tipo de colisiones el cuerpo impactor rebota con consecuencias drásticas para sí mismo, señala Eric Asphaug, catedrático asociado de Ciencias de la Tierra en la UCSC y primer autor del artículo de Nature.

“El resultado final es que los planetas que abandonan la escena del crimen lucen muy diferentes a cuando llegaron —pueden perder su atmósfera, su corteza e incluso su manto, o pueden resquebrajarse formando una familia de objetos más pequeños”, comenta Asphaug.

Se pueden encontrar restos de estos impactores resquebrajados a lo largo del cinturón de asteroides y entre meteoritos, los cuales son fragmentos de otros cuerpos planetarios que han caído en la Tierra, afirma. Aun el planeta Mercurio pudo haber sido un impactor en una colisión de este tipo la cual haya hecho que una gran parte de sus capas exteriores se desmantelara, dejándolo con un núcleo relativamente grande y una corteza y un manto adelgazados, propone Asphaug. Sin embargo, este es un escenario especulativo y requiere de estudio adicional, añade.

Asphaug y el investigador de postgrado doctoral Craig Agnor utilizaron computadoras poderosas para correr simulaciones de una variedad de escenarios, desde rozaduras hasta impactos directos entre planetas de tamaños similares. El coautor Quentin Williams, catedrático de Ciencias de la Tierra de la UCSC, analizó los resultados de estas simulaciones en cuanto a sus efectos en la composición y estado final de los fragmentos. Los investigadores descubrieron que aun encuentros cercanos en los cuales los dos cuerpos de hecho no colisionan, pueden afectar en muy alto grado al cuerpo pequeño.

Esta es una imagen de las altiplanicies lunares tomada del Atlas Lunar Consolidado, el cual fue compilado durante la era de Apolo por el Laboratorio Lunar y Planetario (LPL) de la Universidad de Arizona (UA). Los estudios indican que este terreno fue bombardeado principalmente por asteroides —no por cometas— que fueron lanzados hacia dentro del sistema solar interno cuando el cinturón de asteroides fue desestabilizado durante la migración de los planetas gigantes. La Tierra fue bombardeada en forma semejante, pero la actividad geológica ha borrado la mayor parte de las huellas de ese bombardeo. La imagen se tomó el 1º. de abril de 1966. Crédito: Centro Espacial de Imágenes LPL

'Conforme dos cuerpos masivos pasan uno cerca del otro, las fuerzas gravitacionales inducen cambios físicos dramáticos —descompresión, derretimiento, desmantelamiento de material, y aun la aniquilación del cuerpo más pequeño', añade Williams. 'En gran medida, se puede practicar Física y Química con los planetas del Sistema Solar sin siquiera tocarlos”.

Un planeta ejerce una presión enorme sobre sí mismo a través de la gravedad propia, pero el arrastre gravitacional de un objeto más grande que pasa cerca puede causar que la presión disminuya vertiginosamente. Los efectos de esta despresurización pueden ser explosivos, afirma Williams.

“Es como descorchar la bebida más carbonatada del mundo”, explica. “Lo que sucede cuando hay descompresión en un planeta al 50% es algo que a estas alturas no comprendemos muy bien, pero puede desequilibrar la química y la física del planeta produciendo una complejidad de materiales que muy bien podrían explicar la heterogeneidad que vemos en los meteoritos”.

Se piensa que la formación de los planetas terrestres comenzó con una fase de acumulación de material ligera dentro del disco de gas y polvo que rodeaba al sol. Los planetas embrionarios engulleron mucho del material que se encontraba a su alrededor hasta que el Sistema Solar interno dio cabida a cerca de 100 planetas cuyos tamaños fluctuaban entre aquél de nuestra luna y el del planeta Marte, apunta Asphaug. Las interacciones gravitacionales entre ellos aunado al hecho de que Júpiter lanzara bruscamente a estos protoplanetas fuera de sus órbitas circulares, desencadenaron una etapa de impactos gigantescos que probablemente duró entre 30 y 50 millones de años, señala.

Los científicos han utilizado simulaciones computarizadas para reproducir la formación de los planetas terrestres comenzando con cientos de cuerpos más pequeños, pero en la mayoría de esas simulaciones se presupone que cuando los planetas colisionan se adhieren el uno al otro, indica Asphaug.

“Siempre hemos sabido que esto es un cálculo aproximado, pero en realidad no es fácil que los planetas se fusionen”, dice. “Nuestros cálculos muestran que los planetas deben haberse movido con bastante lentitud y que deben haberse golpeado casi de frente para que su volumen se incrementase”.

Es fácil que un planeta atraiga un cuerpo más pequeño que él mismo y que con ello acumule más volumen. Sin embargo, en impactos gigantescos entre cuerpos de tamaño comparable al de un planeta, tanto el planeta impactor como el planeta blanco tienen un tamaño similar. En el caso de que un impactor del tamaño de Marte tuviese como blanco otro planeta del tamaño de la Tierra, la masa del impactor sería una décima parte de la masa de la Tierra pero por lo menos la mitad de su diámetro, explica Asphaug.

“Imagine a dos planetas en colisión, uno de la mitad del tamaño del otro, a un ángulo de impacto típico de 45 grados. Cerca de la mitad del planeta pequeño en realidad no intersectaría con el planeta más grande, mientras que la otra mitad se pararía en seco”, indica Asphaug. “Así que tendría lugar un enorme cizallamiento, y después se darían fuerzas mareales increíblemente poderosas que actuarían a distancias cortas. La combinación funciona para destrozar al planeta más pequeño aun cuando éste se esté alejando, por lo que en los casos más severos el impactor pierde una gran fracción de su manto y ni qué decir tiene acerca de su atmósfera y corteza”.

Según Agnor, la problemática de la formación planetaria es altamente compleja y aclarar el papel que juegan las colisiones de “golpea y escapa” que reducen los planetas a fragmentos, requerirá de más estudio. Sin embargo, al examinar las colisiones planetarias desde el punto de perspectiva del impactor, los investigadores de la UCSC han identificado mecanismos físicos que pueden explicar muchos de los desconcertantes rasgos distintivos de los asteroides.

El Hubble escudriña los vestigios de la formación del disco Crédito: NASA/Hubble

Las colisiones de “golpea y escapa” pueden producir una amplia gama de asteroides de diferentes clases, indica Williams. “Algunos asteroides parecen planetas pequeños, no muy inestables, y al otro extremo del espectro están los que dan la impresión de ser huesos para perros, pero ricos en hierro, flotando en el espacio”, observa. “Este es un mecanismo que puede arrancar diferentes cantidades del material rocoso que compone la corteza y el manto. El sobrante puede variar desde sólo el núcleo, rico en hierro, hasta un juego completo de mezclas con diferentes cantidades de silicatos”.

Uno de los enigmas del cinturón de asteroides es el indicio que existe de una generalizada fusión global de asteroides. El calentamiento por impacto no es eficiente ya que deposita calor localmente. No está claro qué es lo que podría convertir un asteroide en una enorme burbuja de material fundido, pero la despresurización existente en una colisión de “golpea y escapa” puede tener ese efecto, añade Asphaug.

“Si la presión baja en un factor de dos, puede haber un cambio de algo que se encuentra apenas caliente a algo que esté en estado de fusión”, explica.

La despresurización también puede provocar que el agua se evapore y que se desprendan gases, lo cual explicaría porqué muchos de los meteoritos conocidos suelen no tener agua ni otras sustancias volátiles. Estos y otros procesos involucrados en las colisiones de “golpea y escapa” deberían estudiarse en más detalle, comenta Asphaug.

“Es un mecanismo nuevo para la evolución planetaria y para la formación de asteroides, y sugiere diversos escenarios interesantes que merecen más estudio”, concluye.