La historia de los jóvenes depósitos fríos en la superficie de Ceres        

Por: Alan Fischer, Planetary Science Institute.

16 de abril de 2024

Mapa de la región polar norte de Ceres. Las áreas de color son áreas que están continuamente en sombra durante un año Ceres y, por lo tanto, son muy frías. Crédito de la imagen: Erwan Mazarico/GSFC.

Ceres, el asteroide más grande de nuestro Sistema Solar, esconde un oscuro secreto: depósitos de hielo extremadamente jóvenes en cráteres permanentemente en sombra cerca de sus polos. Si esto suena vagamente familiar, es porque nuestra Luna y el planeta Mercurio también tienen depósitos de hielo en sus respectivas zonas polares, que han sido estudiados de forma minuciosa durante décadas.

"Para Ceres, la historia comenzó en 2016, cuando la nave espacial Dawn, que en ese momento orbitaba alrededor de Ceres, vislumbró estos cráteres permanentemente oscuros y vio depósitos de hielo brillantes en algunos de ellos", dijo Norbert Schorghofer, autor principal de "Historia de Trampas frías de Ceres basadas en modelos de formas refinados", que aparece en The Planetary Science Journal, una prestigiosa publicación de investigación.

"El descubrimiento de 2016 planteó un enigma: muchos cráteres en las regiones polares de Ceres permanecen a la sombra durante todo el año (lo que en Ceres dura 4,6 años terrestres) y, por lo tanto, permanecen gélidamente fríos, pero sólo unos pocos de ellos albergan depósitos de hielo", apunta Schorghofer. "Pronto, otro descubrimiento proporcionó una pista de por qué: el eje de rotación de Ceres oscila hacia adelante y hacia atrás cada 24.000 años debido a las mareas del Sol y Júpiter. Cuando la inclinación del eje es alta y las estaciones fuertes, solo unos pocos cráteres permanecen en sombra durante todo el año, y estos son los cráteres que contienen depósitos de hielo brillantes".

Para determinar qué tan grandes eran las sombras dentro de los cráteres hace miles de años, los científicos construyen mapas de elevación digitales y luego realizan cálculos de trazado de rayos con ellos para reconstruir teóricamente las sombras proyectadas en el suelo de los cráteres. Los resultados son tan fiables como los modelos de formas digitales en los que se basan. Hay que tener en cuenta que los suelos de estos cráteres siempre están en sombra, por lo que no es fácil medir su profundidad.

La sonda espacial Dawn tenía una cámara muy sensible, que podía discernir características en el fondo del cráter en sombras. Las imágenes estéreo de regiones iluminadas por el Sol se utilizan a menudo para construir mapas de elevación digitales de regiones iluminadas por el Sol, pero hacer un mapa de elevación de terrenos sombreados es un desafío que rara vez se había asumido.

Como parte del nuevo estudio, el científico Robert Gaskell del Planetary Science Institute (PSI), desarrolló una nueva técnica para reconstruir alturas incluso en las partes sombreadas de un par de imágenes estéreo. Estos mapas de elevación mejorados se pueden utilizar luego para el trazado de rayos para predecir la extensión de las regiones frías y permanentemente sombreadas.

Estos mapas más precisos arrojaron un resultado sorprendente: cuando Ceres alcanzó su máxima inclinación del eje, que ocurrió por última vez hace unos 14.000 años, ningún cráter en Ceres permaneció perennemente en sombra y el hielo que había en ellos debe haberse sublimado rápidamente en el espacio. "Eso deja sólo una explicación plausible: los depósitos de hielo deben haberse formado más recientemente. Los resultados sugieren que todos estos depósitos de hielo deben haberse acumulado en los últimos 6.000 años o menos. Considerando que Ceres tiene más de 4 mil millones de años, eso es una edad notablemente joven", afirmó Schorghofer.

"Ceres es un objeto rico en hielo, pero casi nada de este hielo está expuesto en la superficie. Los cráteres polares antes mencionados y algunos pequeños parches fuera de las regiones polares son los únicos expuestos al hielo. Sin embargo, el hielo es omnipresente a poca profundidad, como descubierto por el científico de PSI Tom Prettyman y su equipo en 2017, por lo que incluso un pequeño impactador seco podría vaporizar parte de ese hielo", dijo Schorghofer.

El estudio también examinó la posibilidad de que otros tipos de hielo, además del hielo de agua, pudieran quedar atrapados en estos cráteres inusuales de Ceres. En nuestra Luna, partes de los cráteres polares son tan frías que incluso el hielo de CO2 y algunas otras especies químicas podrían durar en ellos miles de millones de años. Ceres está más lejos del Sol, por lo que se podría esperar que sus cráteres polares sean incluso más fríos que los de la Luna.

Schorghofer calculó las temperaturas dentro de los cráteres polares de Ceres, algo que nunca se había hecho antes. La respuesta fue sorprendente: aunque estos cráteres son lo suficientemente fríos como para retener agua helada, son demasiado calientes para retener otros tipos comunes de hielo.

A ello contribuyen dos circunstancias, en primer lugar, la inclinación del eje de Ceres, actualmente de 4 grados, es mayor que la inclinación de 1,5 grados de la Luna, por lo que una mayor parte de los bordes del cráter están iluminados por el Sol y se dispersa más luz sobre el suelo del cráter. En segundo lugar, Ceres simplemente no tiene cráteres permanentemente sombreados muy cerca del polo norte, a diferencia de la Luna, donde un cráter se encuentra casi exactamente en el polo sur. Por estas razones, las temperaturas no son tan bajas en Ceres como en partes de la superficie lunar.

El estudio describe el nuevo método utilizado para reconstruir la topografía utilizando imágenes estéreo de cráteres sombreados, proporciona un nuevo mapa de regiones permanentemente sombreadas para toda la región polar norte de Ceres, determina la extensión de las regiones permanentemente sombreadas dentro de cráteres polares con depósitos de hielo brillantes y estima las temperaturas para el interior de estos cráteres.

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