Cuatro tipos de hielo en Plutón

El 14 de julio de 2015 la sonda espacial New Horizons tuvo su máximo acercamiento al planeta enano Plutón. Esta fue la primera vez, desde su descubrimiento en 1930, que pudimos observar Plutón en detalle. Los datos captados por New Horizons nos presentaron a este planeta enano y a sus satélites como nunca antes los habíamos visto.

CJ4-xi3UcAAryzr
Nuestra visión de Plutón a traves de los años

Esto ayudó a que, por fin, el año pasado los científicos pudiesen comenzar a responder algunas preguntas sobre este lejano mundo. ¿Cómo es la superficie de Plutón? ¿Cuál es su composición? Estas y otras dudas recién han comenzado a responderse. A mediados de marzo, un nuevo estudio publicado en Science presentó detalles de la composición de Plutón y sus satélites. Este artículo es solo uno de cinco papers sobre Plutón en Science esa semana, las primeras publicaciones oficiales del equipo de New Horizons.

¿Cómo se detectan los elementos químicos en planetas lejanos?

La espectroscopía es un área de la ciencia que se utiliza, entre otras cosas, para detectar elementos químicos que no podemos observar directamente. Un espectrógrafo permite detectar todo el espectro electromagnético de la luz visible.

Light dispersion of a mercury-vapor lamp with a prism made of flint glass
Un rayo de luz blanca pasa por un prisma, dispersando la luz en sus distintas longitudes de onda. Imagen vía Wikimedia Commons.

Cuando vemos un rayo de luz blanca, esa luz contiene longitudes de onda correspondientes a todos los colores del arcoiris. El problema es que, al venir toda esa luz en un mismo haz, la luz se ve blanca ya que lleva todos los colores mezclados. Eso es lo que ocurre en un telescopio normal, donde observamos sólo a través de lentes, y vemos los objetos en blanco y negro. Si hacemos que este haz de luz blanca pase por un prisma, este dispersará la luz en todas sus componentes de distintas longitudes de onda, lo que equivale a luz de distintos colores. De ahí viene la clásica imagen del rayo de luz convirtiéndose en un arcoiris al atravesar un prisma.

Fue Isaac Newton quien comenzó a estudiar este fenómeno y quien le dio su nombre al espectro de luz. Sin embargo, el óptico alemán Joseph von Fraunhofer fue el primero en descubrir las aplicaciones astronómicas para este fenómeno físico.

Fraunhofer se dedicó a construir prismas muy puros y detallados. Esto le permitió estudiar el espectro de la luz del Sol a mucha mayor resolución de lo que había logrado Newton. Al observar sus espectros en detalle, en 1814 Fraunhofer descubrió que el arcoiris no era continuo, sino que habían varias lineas negras muy delgadas en partes específicas del espectro.

F2iii-spectrum.star
Las llamadas “Líneas de Fraunhofer” en el espetro de luz de una estrella. Imagen vía Wikimedia Commons.

Algunas décadas después, a principios de los 1850s, los alemanes Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen descubrieron, al analizar el espectro de luz de gases de distintas composiciones, que cada elemento químico tenía una “firma” en este espectro. Cuando la luz blanca pasaba por una nube de algún elemento químico, este “absorbía” ciertos fotones de la luz a longitudes de ondas específicas, generando así las líneas negras en el espectro. Cada elemento químico distinto generaba una de las líneas negras siempre en la misma posición: una manera única de reconocer a cada elemento químico. Fue gracias a este descubrimiento que se pudo determinar la composición química de las estrellas, hazaña que hasta antes de 1800 se creía imposible, dado que llegar a una estrella y tomar una muestra de su composición no era factible.

Hoy en día, esa misma base es ampliamente utilizada en astronomía: analizando la luz que proviene de los objetos, y utilizando un espectrógrafo, se puede detectar la composición química de estrellas, cometas, asteroides, y planetas lejanos. En el caso, por ejemplo, de las atmósferas o nubes de gas, la absorción se produce cuando la luz atraviesa estas nubes compuestas de distintos elementos químicos. En el caso de un planeta u otros cuerpos sólidos, la absorción se produce cuando la luz rebota en su superficie, y los elementos químicos que están ahí presentes dejan su huella en el espectro de esta luz.

absorcion.png
Dos formas de generar líneas de absorción: cuando la luz pasa a través de una nube, los elementos químicos que la componen absorven fotones. Cuando la luz rebota en una superficie, los elementos químicos presentes en ésta también absorben luz y generan líneas en el espectro.

Plutón pasado por el prisma

Y eso fue, precisamente, lo que hizo el espectrógrafo de New Horizons. La superficie de Plutón refleja la luz que le llega del Sol. Los elementos químicos de la superficie dejan su marca en esta luz que rebota. Cuando se analiza con un espectrógrafo la luz proveniente del Sol que es reflejada por Plutón, todos los elementos químicos que lo componen quedan al descubierto.

Si bien ya se habían hecho análisis espectrales de Plutón observándolo desde la Tierra, los realizados con datos de New Horizons ofrecen una visión mucho más exacta de los elementos químicos presentes en su superficie, y también de cómo se distribuyen en el planeta.

Las observaciones evidencian la presencia de hielo de metano (CH4), de nitrógeno (N2), y de monóxido de carbono (CO). Los colores son solo representativos, y las zonas más brillantes corresponden a áreas de mayor absorción, es decir, donde hay más concentración de cada elemento químico:

F2.large.jpg
Las imágenes superiores muestran la distribución de cada elemento químico, mientras que las inferiores muestran las mismas zonas sobrepuestas con un mapa de Plutón. Imagen: Grundy et al., vía Science.

Se observa claramente que estos elementos se concentran en el “corazón” de Plutón, llamado informalmente Tombaugh Regio, y que es la superficie más joven del planeta, sin impactos de asteroides. Todos estos elementos son volátiles a la temperatura de Plutón, lo que sugiere que esta superficie podría estar renovándose constantemente, dándole así su aspecto prístino y libre de cráteres.

Además de estos elementos volátiles, también se detectó la presencia de hielo de agua y de dióxido de carbono en la superficie de Plutón. En la figura se puede observar que, a diferencia de los elementos volátiles que se ubican en la superficie más joven, estos hielos no volátiles de H2O y CO2 se ubican en zonas que no presentarían tanta renovación constante:

F3.large.jpg
El hielo de agua en Plutón, al no ser volátil, se correlaciona con las superficies más antiguas del planeta. Imagen: Grundy et al., vía Science.

¿Es Plutón multicolor?

El verdadero color de Plutón es el que observamos en las ya conocidas imágenes de New Horizons. Dichas imágenes presentan detalles de la superficie de Plutón a color real. Cuando se utiliza espectrografía para observar un objeto, estamos utilizando instrumentos especiales para ver longitudes de onda de la luz que no pueden verse normalmente.

nh-pluto-charon-natural-color.jpg
Plutón y su satélite Caronte a color natural. Imagen vía NASA.

Links de interés

Anuncios

Comentar

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s