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Cometas y asteroides conformaron la primera atmósfera terrestre

El 22% del xenón presente una vez en la atmósfera procedía de cometas y el resto de asteroides, descubre Rosetta


Los cometas aportaron aproximadamente un quinto de la cantidad de xenón que se encontraba en la antigua atmósfera terrestre, según se desprende de los datos obtenidos por Rosetta del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, un fósil helado del antiguo Sistema Solar. El 22% del xenón presente una vez en la atmósfera terrestre podría proceder de cometas, mientras que el resto habría llegado a través de asteroides.





El cometa  67P/Churyumov-Gerasimenko. Foto: ESA/Rosetta/NavCam, CC BY-SA 3.0 IGO
El cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Foto: ESA/Rosetta/NavCam, CC BY-SA 3.0 IGO
La sonda espacial Rosetta de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha establecido la primera relación cuantitativa entre los cometas y la atmósfera terrestre, después de detectar varios isótopos de xenón en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, un fósil helado del antiguo Sistema Solar.

La combinación de este gas noble encontrada en el cometa resulta muy parecida al xenón U, la mezcla primigenia que, según los científicos, habría llegado a nuestro planeta mientras comenzaba a formarse el Sistema Solar. Estas mediciones sugieren que los cometas aportaron aproximadamente un quinto de la cantidad de xenón que se encontraba en la antigua atmósfera terrestre.

El xenón —un gas incoloro e inodoro que conforma menos de una milmillonésima parte del volumen de la atmósfera de la Tierra— podría ser la respuesta a una cuestión sobre los cometas que viene de largo: ¿contribuyeron a la aportación de materia a nuestro planeta cuando el Sistema Solar aún estaba formándose, hace unos 4.600 millones de años? Y si fuera así, ¿en qué cantidad?

Este gas noble se forma en distintos procesos estelares, desde las últimas fases de estrellas de masas baja e intermedia hasta explosiones de supernovas e incluso fusiones de estrellas de neutrones. Cada uno de estos fenómenos da lugar a distintos isótopos de este elemento. Al ser un gas noble, el xenón no interactúa con otros elementos químicos, por lo que es un marcador importante de la materia que dio origen al Sol y a los planetas, y que a su vez procedería de las generaciones más antiguas de estrellas.

“El xenón es el gas noble estable más pesado y quizá el más importante, debido a los muchos isótopos que origina en distintos procesos estelares: cada uno de ellos ofrece información adicional sobre nuestros orígenes cósmicos” explica Bernard Marty, del Centro de Investigación Petrográfica y Geoquímica (CRPG) del CNRS y la Universidad de Lorraine, Francia. Bernard es el autor principal de un artículo sobre el descubrimiento de xenón por parte de Rosetta en el cometa 67P/C-G, publicado en la revista Science.

Y es precisamente esta 'huella' especial la que ha hecho que los científicos empleen el xenón para investigar la composición de Sistema Solar temprano, al ofrecer claves para acotar su formación. A lo largo de las últimas décadas, han tomado muestras de sus distintos isótopos en varios lugares: en la atmósfera de la Tierra y de Marte, en meteoritos procedentes de asteroides, en Júpiter y en el viento solar, el flujo de partículas cargadas que escapa del Sol.

Xenón en el Sistema Solar

La combinación de xenón presente en la atmósfera de nuestro planeta contiene mayor cantidad de isótopos pesados que de isótopos ligeros; no obstante, esto se debe a que los elementos más leves escapan con mayor facilidad de la atracción gravitacional de la Tierra, perdiéndose en el espacio. Al corregir la composición atmosférica del xenón para tener en cuenta este efecto de escape, en los años setenta, los científicos calcularon la composición de la mezcla primigenia de este gas noble, conocida como xenón U, que una vez estuvo presente en la Tierra.

Este xenón U contenía una mezcla similar de isótopos ligeros a la de los asteroides y el viento solar, pero incluía unas cantidades significativamente menores de isótopos pesados.

“Por estos motivos, sospechamos desde hace mucho tiempo que el xenón en la atmósfera temprana de la Tierra podría tener un origen distinto al del promedio de este gas noble que se encuentra en el Sistema Solar”, comenta Bernard.

Una de las explicaciones es que el xenón del Sistema Solar procedería directamente de la nube protosolar, una masa de gas y polvo que dio lugar al Sol y a los planetas, mientras que el xenón que se encuentra en la atmósfera terrestre habría llegado a nuestro planeta en una etapa posterior, a través de cometas que, a su vez, estarían formados por una combinación de materia diferente.

La nube protosolar, clave

Gracias a la visita de la sonda Rosetta de la ESA al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, los científicos finalmente pudieron recopilar los datos que llevaban buscando tanto tiempo para corroborar esta hipótesis.

Como resultado de las observaciones, Rosina, un instrumental a bordo de Rosertta para determinar la composición de la atmósfera e ionósfera del cometa, y la velocidad de las partículas cargadas,  identificó siete isótopos de xenón, además de varios isótopos de otro gas noble, el criptón. De esta forma pudo establecerse que fueron tres los gases nobles detectados en el cometa, ya que las mediciones realizadas a finales de 2014 descubrieron la presencia de argón.

Un análisis más detallado de los datos reveló que la mezcla de xenón en el cometa, que contiene mayores cantidades de isótopos ligeros que de isótopos pesados, es muy diferente de la mezcla habitual en el Sistema Solar. Una comparación con la muestra de calibración a bordo confirmó que el xenón detectado en el cometa también era distinto de la mezcla que se encuentra en la atmósfera terrestre.

En efecto, la composición del xenón detectado en el cometa parece acercarse más a la composición que los científicos creen que estaría presente en la atmósfera temprana de nuestro planeta. 

De esta forma, Bernard y sus colegas pudieron establecer el primer vínculo cuantitativo entre los cometas y el velo gaseoso de la Tierra: basándose en las medidas de Rosetta en 67P/Churyumov-Gerasimenko, el 22% del xenón presente una vez en la atmósfera terrestre podría proceder de cometas, mientras que el resto habría llegado a través de asteroides.

Este resultado no contradice las mediciones isotópicas de agua en el cometa, que fueron muy distintas a las medidas en la Tierra. De hecho, dada la poca presencia del xenón en la atmósfera terrestre y la cantidad mucho mayor de agua en los océanos, los cometas podrían haber contribuido al xenón de la atmósfera sin tener un impacto significativo en la composición del agua de los océanos.

En cambio, la contribución inferida a partir de las mediciones de xenón reafirma la posibilidad de que los cometas hubieran sido responsables de transportar material prebiótico —como fósforo y el aminoácido glicina, también detectados por Rosetta en el cometa—, crucial para que surgiera vida en la Tierra.

Una sonda sobre un cometa

Rosetta es una sonda espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzada el 2 de marzo de 2004 con la misión de orbitar alrededor del cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko en 2014 y 2015, enviando un módulo de aterrizaje, Philae, a la superficie del cometa.

El 12 de noviembre del 2014 Philae se posó exitosamente sobre el cometa 67P, pero dos días después debió pasar a estado de hibernación por disponer de escasa energía, en razón de la reducida cantidad de luz solar recibida en su posición de aterrizaje. El 13 de junio de 2015, la sonda Philae salió de hibernación luego de haber acumulado energía suficiente en sus baterías.

Referencia

Xenon isotopes in 67P/Churyumov-Gerasimenko show that comets contributed to Earth's atmosphere. Science, Vol. 356, Issue 6342, pp. 1069-1072. DOI: 10.1126/science.aal3496
 


Lunes, 12 de Junio 2017
ESA/T21
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