El planeta enano Ceres es un cuerpo bastante único y en gran parte misterioso que ha sido cuidadosamente estudiado por la sonda Dawn de la NASA desde la primavera de 2015. Ceres gira alrededor del Sol entre Marte y Júpiter en el cinturón de asteroides, pero los hallazgos científicos de Dawn sugieren que llegó a su actual "lugar de estacionamiento" desde lugares más alejados.
Ceres fue descubierto hace más de 200 años, pero durante casi dos siglos la gente no pudo ver nada excepto un punto o una pequeña mancha debido a imperfecciones en la óptica. El descubrimiento del Cinturón Principal de Asteroides comenzó con Ceres, y por su parecido externo con estrellas distantes, los asteroides obtuvieron su nombre: "en forma de estrella". Sus tamaños son tan pequeños que los telescopios del pasado y del siglo anterior no pudieron distinguir al menos algunos detalles de la superficie. Al principio, Ceres fue considerada un planeta, pero rápidamente "degradada" en asteroides, y en este rango pasó dos siglos. La discusión sobre el estado de Plutón condujo al refinamiento del término "planeta" y a la introducción del nuevo término "planeta enano". En 2006, Ceres recibió el título de planeta enano, y entre ellos se convirtió en el más pequeño y cercano a la Tierra. En este momento, el telescopio espacial Hubble pudo verlo mejor y mostrar una forma esférica, gracias a lo cual obtuvo este título. El diámetro de Ceres es de aproximadamente 950 km, que es 3.5 veces más pequeño que nuestra luna y 2.5 veces más pequeño que el diámetro de Plutón. El satélite Carron de Plutón es un poco más grande que Ceres, pero vuela alrededor del Sol por sí mismo y, por lo tanto, se ha ganado un título especial.
El resto de los planetas enanos: Plutón, Eris, Haumea y Makemake giran mucho más allá de la órbita de Neptuno. De estos, solo Plutón fue visitado brevemente por la sonda de la Tierra Nuevos Horizontes. En 2015, la estación automática interplanetaria Dawn (Dawn) llegó a Ceres, en tres años cambió varias órbitas de diferentes alturas: 5100-4400-1500-385-200 km, y ahora Ceres es el planeta enano más estudiado.
Dawn: es una sonda clásica para estudiar los cuerpos sin atmósfera del sistema solar: se coloca a bordo un pequeño telescopio pancromático con ocho filtros espectrales en una rueda, un espectrómetro infrarrojo y un espectrómetro de neutrones gamma.
Una característica de diseño de Dawn es su sistema de propulsión: utiliza motores de iones de cohetes eléctricos. Una característica de estos motores es la alta tasa de salida de gases reactivos, lo que les permite consumir suministros mucho más económicamente que los motores químicos más comunes. La desventaja de los intercambiadores de iones es una cantidad insignificante de gas en la corriente de chorro. Por lo tanto, cuando el motor químico deba encenderse durante varios minutos, el ion tendrá que funcionar durante decenas de horas. Además, los motores de cohetes eléctricos requieren mucha energía, por lo que Dawn está equipada con paneles solares con un alcance de casi 20 metros.
A pesar de las deficiencias de los motores de iones, permitieron a Dawn hacer un viaje largo y de varias etapas en el cinturón de asteroides y llevar a cabo un complejo programa científico. A partir de 2007, Dawn llegó al asteroide más grande del cinturón principal entre Marte y Júpiter - Oeste. Este cuerpo de piedra en bruto en forma de huevo tiene unos 550 km de tamaño. Si Vesta tuviera una forma esférica como Ceres, entonces también se llamaría un planeta enano.
Dawn entró en órbita alrededor de Vesta, y más de un año lo estudió desde tres órbitas diferentes. Luego, la sonda aprovechó la tracción de iones y regresó a la trayectoria interplanetaria para llegar al siguiente objetivo importante: el planeta enano Ceres. El vuelo duró dos años y medio.
Dato curioso: Dawn pasó ocho años en el cinturón de asteroides e hizo tres órbitas alrededor del Sol, pero no se encontró con un solo asteroide, excepto Vesta. Este es un buen ejemplo de cómo el espacio lleno de asteroides está en medio del Cinturón Principal. Si hubiera al menos un asteroide conocido en el camino, la NASA no perdería la oportunidad de estudiarlo al menos a distancia y en una trayectoria de paso.
El acercamiento con Ceres en el invierno de 2015 comenzó inmediatamente con intriga: en la superficie de un planeta enano oscuro (un poco más oscuro que la luna), se encontraron varias manchas blancas brillantes concentradas en el fondo de un cráter. Anteriormente, el telescopio espacial infrarrojo ESA Herschel determinó la liberación de vapor de agua a una intensidad de aproximadamente 3 kg / s en este punto, pero los científicos presentaron la hipótesis del hielo de agua cuidadosamente, considerando otras posibilidades.
El agua en Ceres no sorprendió a nadie, incluso antes, un análisis de sus características orbitales permitió calcular su masa, y después de ajustar los tamaños, obtuvieron una densidad promedio de 2.1 g por cm cúbico. Esto es muy pequeño en comparación con los asteroides de piedra. Por ejemplo, Vesta tiene una densidad de 3.4 g por cm cúbico, la roca basáltica más común en el Sistema Solar tiene una densidad de aproximadamente 2.6 g por cm cúbico, por lo tanto, incluso antes de la llegada de Dawn, se supuso un gran contenido de agua de hasta 50% en el manto de Ceres. A modo de comparación, los meteoritos que llegan a la Tierra desde Vesta no contienen más del 0.04% de agua.
La forma esférica de Ceres indica la diferenciación pasada, es decir. separación en un núcleo de piedra, posiblemente mezclado con metales, y un manto de piedra-hielo. Todo esto está cubierto con una delgada capa de regolito que se ha acumulado durante miles de millones de años en la superficie.
Los descubrimientos de Dawn comenzaron con puntos brillantes en un cráter llamado Occator, pero eso fue solo el comienzo. Inmediatamente noté otra característica notable: el cono casi regular de la montaña, llamado Akhuna. Se destacó en el contexto de la "rugosidad" promedio de la superficie, aumentando 5 km con una base de 20 km. Cerca de la montaña hay un profundo cráter de meteorito de aproximadamente el mismo tamaño, pero probablemente no están conectados. Pero en el lado opuesto del planeta enano se encuentra el cráter más antiguo y más grande de Ceres desde un asteroide con un diámetro de 280 km. Quizás el Monte Akhuna es un volcán que se formó en el punto focal de las ondas sísmicas en el momento del impacto desde la parte posterior. Procesos similares podrían ocurrir en Mercurio (la Llanura del Calor), Marte (las tierras altas de Farsidos y Elysius), la Tierra (meseta de Putorana). Se encontró evidencia de vulcanismo en el Monte Akhuna usando un espectrómetro infrarrojo: se determinaron depósitos de carbonato de sodio en la parte superior y las pendientes. Lo más probable es que Akhuna sea un criovolcán, es decir Un volcán arrojando agua con varias impurezas. Desafortunadamente, la montaña no tiene rastros frescos de vulcanismo.
Durante dos años, Dawn pudo identificar muchos materiales que indicaban la actividad geológica y química pasada del agua líquida en Ceres: se encontró arcilla que es el resultado de la erosión de las rocas volcánicas, el carbonato de sodio y su variante asociada con el agua en forma de hidrocarburo, mejor conocida como alimento. refresco, también encontré mucho. Los compuestos orgánicos son responsables de un ligero enrojecimiento en las emisiones de algunos cráteres de meteoritos. Además, resultó que la evolución de la superficie todavía está en curso: los deslizamientos de tierra descienden de las laderas de algunos cráteres, el agua se evapora de las secciones de la superficie calentada por el sol, crea una atmósfera temporal y se asienta con escarcha en una sombra fría.
La evidencia más brillante de actividad hidrotermal en Ceres fueron los puntos más brillantes en el cráter Occator. El cráter apareció hace unos 80 millones de años, pero los depósitos blancos, que también resultaron ser refrescos, son 30 millones de años más jóvenes que él. Los depósitos más frescos son generalmente recientes según los estándares geológicos, unos 4 millones de años. En el centro del punto más grande de carbonato, también se eleva una cúpula criovolcánica, solo que mucho más pequeña que Akhuna.
Otro misterio arrojó un estudio del campo gravitacional de Ceres. Según sus resultados, la densidad de la capa superior del planeta enano es bastante baja, más cerca del hielo que de la piedra. Según estudios anteriores, el agua debería constituir el 40-50% del manto superior. Al mismo tiempo, la estabilidad de grandes formaciones geológicas, como el Monte Akhuna o muchos cráteres profundos, es sorprendente. El permafrost normal no mantendría tales estructuras debido a la ductilidad del hielo. Resulta que algo dentro "sostiene el marco". Los científicos han sugerido que los clatratos actúan como el "refuerzo" de los intestinos de hielo de Ceres: los hidratos de gas son compuestos cristalinos de agua y varios gases que se forman a una cierta proporción de temperatura y presión. Por ejemplo, el hidrato de metano del agua y el metano se produce a 0 grados. Celsius a una presión de 50 atm, con una disminución de la temperatura, la presión necesaria disminuye. Los clatratos pueden ser 100-1000 veces más fuertes que el hielo, a la misma densidad. Es decir, tenemos ante nosotros evidencia indirecta de sustancias volátiles ocultas en las profundidades de Ceres, que ya no están en la superficie.
Otra confirmación de la desgasificación pasada de Ceres son las cadenas descubiertas de pequeños cráteres de 1-4 km de ancho, hasta 500 km de largo. Presumiblemente, surgieron en regolito sobre grietas en la corteza de un planeta enano. Las grietas pueden tener un origen diferente: de la tectónica, de un poderoso impacto de asteroides, de un cambio en el volumen de un cuerpo cósmico debido a su enfriamiento ... Pero cada una de estas razones tiene ciertos signos que no están en Ceres. La hipótesis más convincente fue precisamente la desgasificación, cuando los flujos de gas de los depósitos internos se liberaron de la corteza a través de las grietas.
El hallazgo más intrigante en Ceres fue el amoníaco encontrado en la superficie con carbonatos y arcillas. El amoniaco disuelto en el agua disminuye su punto de congelación, lo que permite que los criovolcanes entren en erupción incluso a temperaturas bajo cero. El amoníaco es interesante principalmente porque indica el origen de Ceres en algún lugar fuera de su órbita actual, es decir. ella es una alienígena en el cinturón principal de asteroides.
Esta conclusión se debe a la llamada “Línea de nieve” (línea de escarcha): la distancia desde el Sol, a la cual el calor se vuelve insuficiente para mantener una forma gaseosa, lo que conduce a la condensación del gas en forma sólida. Durante la formación del sistema solar, la línea de nieve para el agua se ubicó a una distancia de aproximadamente 420 millones de km del sol, es decir. sobre dónde gira Ceres. Ahora la línea de nieve del agua se encuentra aún más lejos, a unos 750 millones de kilómetros del Sol, casi en la órbita de Júpiter. Más cerca de esta distancia solo giran los planetas de piedra, los satélites y los asteroides, hielo sobre el que solo puede estar en los polos, en la sombra o debajo de la superficie. En los picos de las montañas, el hielo se mantiene debido a la presión atmosférica. Más lejos de la línea de nieve acuosa hay cometas de hielo, y casi todas las lunas del planeta están formadas por hielo o cubiertas de hielo.
A diferencia del agua, el amoníaco tiene una temperatura de condensación más baja, y durante la formación del sistema solar, su línea de nieve se encontraba a unos 80 millones de kilómetros más lejos de la órbita de Ceres, es decir. no pudo participar en su creación. Hay otros signos indirectos de que Ceres es un invitado en el cinturón principal. Como ya se mencionó, el agua en el planeta enano es incomparablemente mayor que en los asteroides cercanos. Las excepciones son solo en cometas "degenerados" y asteroides distantes en la órbita de Júpiter. Casi todos los principales asteroides principales del cinturón principal tienen sus propias familias, es decir grupos de pequeños asteroides que tienen características espectrales comunes y órbitas cercanas, pero Ceres no.
En general, debe reconocerse que Ceres es más similar en forma y composición a las grandes lunas de Júpiter o incluso a otros planetas enanos, como Plutón. Las lunas esféricas de Saturno son generalmente menos densas que Ceres, debido al mayor contenido de hielo. Plutón es más denso que los satélites helados, pero no llega a Ceres, pero podría ganar densidad debido a la "descarga" de gases ligeros, ya después de acercarse al Sol. La inclinación de la órbita de Ceres sugiere que no vino de Júpiter, por lo que tal vez fue un planeta enano en la parte posterior del sistema solar. Quizás un estudio más detallado dará respuestas.
Dawn ahora se está preparando para moverse a la órbita final más baja con una altura de 50 km, esto promete nuevos detalles en la superficie y nuevos descubrimientos. Aunque en el futuro valdría la pena lanzar una sonda de aterrizaje allí. Los descubrimientos ya realizados son suficientes para comprender su gran importancia para el estudio de la historia y la evolución del sistema solar.