Resolviendo el misterio de las manchas blancas de Ceres

Si hay alguna característica destacable del mayor cuerpo del cinturón de asteroides, esas son sus ubicuas y misteriosas manchas blancas. Cuando la sonda Dawn comenzó su misión alrededor de Ceres en 2015 nadie sabía de qué estaban hechas. El planeta enano posee una superficie increíblemente oscura con multitud de cráteres que, aparentemente, recuerda a la Luna o Mercurio. Pero las manchas nos indican que existe algún tipo de proceso geológico en marcha. No pueden estar hechas de hielo puro porque a la distancia que se encuentra Ceres del Sol el hielo es inestable y sublima en poco tiempo. Tras muchos debates, se concluyó que eran depósitos de sales. ¿Pero de qué tipo? Primero se creyó que eran acumulaciones de sulfato de magnesio, pero luego se determinó que estaban hechas de carbonato de sodio. ¿Están los investigadores seguros? Y, de ser así, ¿cómo se formaron? Como siempre, la verdad está resultando ser mucho más compleja de lo que se creía.

Las manchas brillantes del cráter Occator de Ceres,  de 92 km de diámetro.  Las manchas centrales se llaman Cerealia Facula,  mientras que las otras son Vinalia Facula (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)
Las manchas brillantes del cráter Occator de Ceres,de 92 km de diámetro.Las manchas centrales se llaman Cerealia Facula,mientras que las otras son Vinalia Facula (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Ceres es un mundo que resulta de vital importancia para entender el origen del sistema solar. Con 940 kilómetros de diámetro, acumula un tercio de toda la masa del cinturón de asteroides (aunque solo tiene el 1% de la masa de la Luna). Un reciente análisis detallado de las manchas blancas —también conocidas como bright spots— revela que no son uniformes, sino que existen unos cuatro tipos distintos. Todos ellos están asociados a cráteres de impacto, salvo por una única excepción: Ahuna Mons, la mayor montaña de Ceres. Las manchas se pueden dividir en dos grupos principales: aquellas que parecen haberse formado junto con los cráteres y las que se crearon posteriormente, la mayoría por procesos internos. Obviamente, las más interesantes son estas últimas y no es de extrañar que el grupo de manchas más famosas, las situadas en el centro del cráter Occator, sean de este tipo.

sas
Extensión de las manchas blancas en Ceres (Stein et al.).
asa
Manchas blancas (faculae) de Ceres (Stein et al.).

La superficie de Ceres ha resultado ser mucho más rocosa y con menos hielo de lo esperado, aunque la propia sonda Dawn ha confirmado que, debido a la densidad del planeta enano, el contenido en hielo debe ser del orden del 30%. En total, Dawn ha descubierto más de trescientas manchas blancas —faculae en la nomenclatura de la Unión Astronómica Internacional— agrupadas en unas noventa regiones, entendiendo como mancha blanca cualquier zona con un albedo un 30% o superior al del resto de la superficie. Dentro de las manchas blancas, las más brillantes son hasta un tercio más brillantes que las más oscuras. En realidad, las manchas brillantes lo son por contraste con respecto a la oscura superficie de Ceres (que tiene un albedo de solo el 4%): si pudiéramos ver las manchas más brillantes más de cerca serían más parecidas a nieve sucia que a la nieve recién caída.

Mapa de Ceres con las manchas blancas (Palomba et al.).
Mapa de Ceres con las manchas blancas (Palomba et al.).

La sonda Dawn no dispone de un espectrómetro de alta resolución para ahorrar costes, de ahí que la composición de las manchas haya que inferirla a partir de espectros rudimentarios obtenidos en el visible y el infrarrojo. Evidentemente, el grado de incertidumbre es muy grande y el análisis de la composición de las manchas, un tema que no está zanjado ni mucho menos, depende de la comparación de los datos de Dawn con espectros de diversas mezclas preparadas en el laboratorio. Pese a todo los expertos están de acuerdo en que la mayor parte del material brillante corresponde a depósitos de sales formados principalmente por carbonatos de calcio y magnesio mezclado con filosilicatos de magnesio, además de carbonato de sodio en las manchas más brillantes. En el resto de la superficie de Ceres predominan los filosilicatos de magnesio y arcillas con amoniaco, pero hay poca abundancia de carbonatos.

asa
Características espectrales de tres tipos de manchas blancas (Palomba et al).
Cráter Oxo, un ejemplo de cráter con manchas blancas en sus paredes (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA).
Cráter Oxo, un ejemplo de cráter con manchas blancas en sus paredes (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA).

Las manchas más brillantes son las del cráter Occator, conocidas como Cerealia Facula —en el centro del cráter— y Vinalia Facula —cerca del borde—. En su composición destaca el carbonato de sodio, hielo de agua y los filosilicatos de aluminio (en vez de magnesio). Otro tipo de manchas son las asociadas con cráteres como Haulani, Oxo, Kupalo o Juling. Se trata de cráteres jóvenes que presentan material expulsado a su alrededor rico en hielo fresco y carbonatos de magnesio y calcio, pero con poco carbonato de sodio. Por último, hay zonas como el cráter Ernutet con depósitos rojizos, quizás debido a la presencia de sustancias orgánicas. ¿Cómo ensamblar la historia evolutiva de Ceres a partir de estos tipos tan diversos de manchas? La navaja de Occam favorece un origen común a todas ellas. Las más jóvenes y frescas serían similares a las del cráter Occator (Cerealia y Vinalia Faculae), con mucho carbonato de sodio y sales de amoniaco. Con el tiempo parte de las sales y el hielo se volatizaría y se generaría una mezcla un poco más oscura, que es la que vemos en manchas como la del cráter Oxo. Si esperamos más tiempo todavía las manchas irían perdiendo su brillo a medida que se mezclan con el resto del material de la superficie. Este sería el caso de la mayoría de zonas brillantes de Ceres, con una composición dominada por filosilicatos de magnesio y poca abundancia de carbonatos de calcio y magnesio.

sa
Una posible clasificación de las manchas brillantes de Ceres (Thangjham et al.).
Haulani es un joven cráter asociado a manchas blancas (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA).
Haulani es un joven cráter asociado a manchas blancas (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA).

Ahora bien, ¿qué procesos han generado en primer lugar estos depósitos de sales? Puesto que todas las manchas, salvo Ahuna Mons, están asociadas a cráteres, lo lógico es pensar que estas se han formado gracias a los impactos de cuerpos menores contra la superficie. Existen tres modelos para explicar la creación de las manchas. Todos suponen que la parte exterior de Ceres es muy rocosa y contiene poco hielo, especialmente en las regiones ecuatoriales, pero a unos metros de profundidad se cree que existe una mezcla de roca, hielo (hasta un 40%) y sales. El modelo más simple nos dice que cuando se forma un cráter la parte central de la depresión sufre un calentamiento considerable y aparece material fundido. Con el tiempo el hielo se sublima, dejando atrás los depósitos de sales. Este modelo explica bien la aparición de manchas en la parte central y el fondo de los cráteres, pero no así en las paredes.

sasas
Dos procesos para explicar la aparición de manchas. En el A el calor de los impactos funde el hielo interior de Ceres, que se sublima y deja atrás depósitos de sales. En el B el calor de los impactos provoca que suba material rico en sales y hielo del interior (Stein et al.).

El otro modelo supone que bajo la superficie existen depósitos ricos en sales muy cerca del punto de fusión (la presencia de sales permite bajar este punto hasta los —22 ºC, pero la máxima temperatura superficial de Ceres es de solo —30 ºC). Al formarse un cráter el calor provoca que estos depósitos se fundan y asciendan por las grietas formadas durante el impacto hasta la superficie. La presencia de gases podría ayudar en el proceso de forma similar a lo que ocurre al descorchar una botella de cava. Este modelo favorece la aparición de manchas en cualquier parte de los cráteres. Ambos son modelos simples muy atractivos, pero el problema es que los investigadores no han detectado, contra todo pronóstico, una relación clara entre el brillo de las manchas y la edad de los cráteres. Por ejemplo, se estima que el cráter Haulani debe tener menos de seis millones de años, pero sus manchas son significativamente más oscuras —y, por lo tanto, más viejas— que las del cráter Occator, que tiene una edad de entre 24 y 34 millones de años. Sin embargo, las manchas de Occator parecen tener apenas cuatro millones de años e incluso podrían estar todavía ‘activas’, lo que explicaría la observación de una neblina diurna sobre el cráter (este último punto es todavía objeto de encendidos debates).

ass
Posible clasificación de las zonas brillantes y oscuras de Ceres (Thangjam et al.)
sas
Diferencias en la composición de las manchas blancas de Ceres (Thanjam et al.).

Si bajo la superficie de Ceres existen depósitos ricos en hielo y sales se podría explicar una actividad ‘retardada’ de las manchas con respecto a la formación de los cráteres. Al fin y al cabo, este material tardaría muchos millones de años en salir del interior. Ahuna Mons, la mayor montaña de Ceres con cuatro kilómetros de altura, es una estructura única en el planeta enano y es el ejemplo más claro de que existen procesos que elevan el hielo del interior hasta la superficie, aunque no está muy claro cómo. Eso sí, con este modelo los investigadores tienen muchas dificultades a la hora de explicar diferencias de decenas de millones de años entre la formación de los cráteres y la actividad de las manchas, que es precisamente lo que ocurre en Occator. Y aquí es donde entra en juego el tercer modelo, que favorece mecanismos de criovulcanismo por los cuales el hielo del interior del planeta enano sale a la superficie a través de las grietas creadas por los cráteres de forma más o menos independiente al calor generado por los mismos. El inconveniente de este modelo es de dónde sacamos el calor interno extra para explicar semejante actividad. Por otro lado, con respecto a las manchas brillantes que aparecen en las paredes de los cráteres jóvenes y profundos el mecanismo favorito para explicarlas es que los impactos habrían dejado al descubierto depósitos antiguos de sales (o sea, serían manchas viejas cubiertas por regolito).

Ahuna Mons. El relieve vertical ha sido exagerado (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA).
Ahuna Mons. El relieve vertical ha sido exagerado (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA).

En definitiva, las manchas blancas son estructuras jóvenes, lo que indica que la superficie de Ceres —¿y su interior?— está todavía activo, algo inusitado en un mundo tan frío y pequeño que no disfruta de procesos de calentamiento de marea como Encélado o Europa. Todo apunta a que las manchas blancas fueron más abundantes en el pasado, así que la apariencia original de Ceres sin duda tuvo que ser todo un espectáculo. Mientras tanto, la sonda Dawn continúa enviando datos desde Ceres. La NASA aprobó el pasado 19 de octubre una segunda misión extendida para la sonda y la primavera del año que viene cambiará su actual órbita circular por otra elíptica para obtener imágenes de muy alta resolución durante el periastro a tan solo treinta kilómetros de altura. Dawn tiene los días contados porque depende de unas limitadas reservas de hidrazina para orientarse después de que fallaran tres de sus cuatro volantes de inercia. No sabemos cuándo se agotarán las reservas, pero sí sabemos que la NASA no va a estrellar a Dawn contra Ceres para evitar una posible contaminación de microorganismos terrestres, así que una vez finalizada su misión la devolverá a una órbita circular para que permanezca allí para siempre.

Referencias:


29 Comentarios

Participa Suscríbete

Fernando GeneraleFernando Generale

Me encanta cuando la ciencia le tapa la boca a los charlatanes que promueven teorías de la conspiración sobre que las manchas eran obra de estraterestes 😛

jose-londonjose-london

La ciencia no pretende taparle la boca a nadie, no es su misión, y si lo fuera sería otra forma de fundamentalismo, otra cosa es que a algunos nos llene de satisfacción que a veces, no siempre, haya explicación desde un punto de vista racional, y que se pueda verificar en laboratorio aproximadamente en unas condiciones repetibles y verificables. Ahora bien, hablando de extraterrestres, toda nuestra ciencia se basa en nuestra percepción del universo, nuestros cinco sentidos, todo lo que quede fuera del universo físico a través de estos cinco sensores, queda fuera de la ciencia automáticamente, no se podría explicar, pero y si hubiese otros seres extraterrestres evolucionados a partir de otras formas exóticas de materia y/o energía, no podrían comunicarse ni percibir lo mismo que nosotros, sería imposible, ellos tendrían otra interpretación del universo, y para ellos sería ciencia también. No seamos tan limitados a la hora de aceptar solo como ciencia cosas basadas en los cinco sentidos, porque hay un montón mas de percepciones ahí fuera, que se escapan de lo “observable”. Pero es solo mi opinión, oiga, no pretendo ofender a nadie.

Jimmy MurdokJimmy Murdok

Gracias al desarrollo tecnológico vamos mucho más allá de nuestros limitados 5 sentidos pudiendo ver a través de lentes, microscopios electrónicos, ampliar los espectros, colisionar átomos, utilizar todo tipo de sensores, analizarla automáticamente…

U-95U-95

Censurar sobre todo a esa gente y a otra relativa (pista: siguen tomando como literal lo que aparece en un libro que empezo a escribirse hace casi 3000 años) es mala idea porque les da mas alas al hacerles sentirse perseguidos, cosa que les gusta porque asi atraen a mas gente. Dejarles que sigan con sus sinsentidos es un mal menor comparado con eso y lo mejor es combatirles con argumentos.

Dawn va a ser dejada en una orbita de aparcamiento alrededor de Ceres que va a durar siglos, asi que con suerte quizas pueda ser recuperada y puesta en un museo -ya que “siglos” es lo que va a tardar Ceres en ver una expedicion tripulada a este paso.

Impresiona que un cuerpo pequeño y solitario como Ceres parezca tan vivo. Quien sabe si habra vida en las profundidades de su corteza, no ya en su oceano subterraneo.

Enrique Moreno

No hay tanta gente que tome al pie de la letra ese libro de más de 3000 años que comentas. La mayoría de los que lo siguen lo interpretan y además las partes más modernas hablan de cosas, si bien acientíficas, al menos relativas al perdón y el amor.
Sin embargo hay otro libro de hace 1300 años cuyos seguidores sí que toman al pie de la letra por considerarlo “perfecto” y curiosamente sus partes más modernas son más belicosas y supremacistas que las antiguas (aunque entre ambas partes medien pocas décadas). Ese libro, junto sus complementarios de un par de siglos después son los que me da miedo a mí…

EtxazpiEtxazpi

Defender una religión y atacar a otra es una tontería. Son iguales de acientíficas e ilógicas. La madre del cordero está en las interpretaciones, interesadas en su gran mayoría, para gobernar a la masa como Dios manda.

JulioSpXJulioSpX

Tenemos mucho mas que 5 sentidos, tenemos docenas de potentisimos sentidos que podemos “traducir” a los 5 tradicionales. Todavia recuerdo las tontas objecciones de aquellos filosofos griegos a la vista, con el ejemplo del palo hundido en el agua. Conclusion: el mas profundo deseo del filosofo: que no se puede conocer (junto con que son mas importantes las preguntas que las respuestas ja ja). Bichos retrogrados.

Carlos MatemáticoCarlos Matemático

Lamentablemente, no lo creo, más allá que coincido con el comentario que la el rol de la ciencia no es tapar la boca a nadie sino producir conocimientos. Hay esferas que escapan a la racionalidad. Y la ignorancia no es la peor de ellas. El fanatismo es mucho peor. Cuando una persona se fanatiza, aunque en otro campo pueda ser una eminencia, no hay argumento que valga. Ahí tenemos a la postverdad. Y respecto a quienes buscaban extraterrestres como causas de las manchas blancas de Ceres, ¿Cuántos de ellos se interesaron por el objeto OUMUAMUA? Que lamentablemente, está abandonando el Sistema Solar sin pena ni gloria.

PacoPaco

Sales de magnesio, bicarbonato sódico… “Planeta Almax”, suena a ciencia ficción de serie B

SBSB

Ola, pese a los conocimientos de química que ya maneja el ser humano, es apasionante comprobar las dificultades que tenemos para explicar procesos que se producen en otros cuerpos de nuestro sistema. La mera observación no parece suficiente. Ceres sería uno de los lugares para desplegar una misión in situ que ayudase a explicar el qué y el cómo (aparte de la Dawn cuya operatividad, más pronto que tarde, se verá comprometida).

fisivifisivi

Apasionante artículo, cargado de conocimientos científicos muy recientes y muy bien explicados.

Los descubrimientos de la sonda Dawn en la superficie de Ceres en su composición y dinamismo me induce a algunas reflexiones y cuestiones. Aunque supongo que ya se las habrán planteado los científicos, me atrevo a exponerlas aquí, de buena fe, aun con cierto temor a que alguien se ofenda, o a crear controversias.

– Por lo visto, en la superficie, por estar expuestos al vacío y al sol, se subliman los elementos más ligeros, que están aún en las manchas claras, como el hidrógeno (del hielo), el carbono (de los carbonatos) y el nitrógeno (del amoniaco). Es de esperar que, al perder estos elementos de poco peso, el material de la superficie gane densidad, quizá hasta superar la densidad del interior.
¿Crearía esto una inestabilidad, que provocara hundimientos del suelo y que, empujados por el suelo que se hunde, ascendieran por flotación materiales más ligeros del interior?
¿Podría haberse formado así el monte Ahuna, a cuyo lado hay una depresión de volumen similar? (No quiero decir que el hundimiento en esa depresión sea suficiente causa para el levantamiento del monte).

– ¿La sublimación de esos elementos volátiles, que son fundamentales para la vida, se podría haber producido de la misma forma en nuestra Luna, quizá más tempranamente por su proximidad al sol y por su mayor gravedad?
En la superficie de la Luna parecen ser extraordinariamente escasos el hidrógeno, el carbono y el nitrógeno (Wikipedia). Quizá queden recursos inmensos a pocos metros de su superficie, protegidos de la sublimación por la roca del suelo.

Ciudadano XCiudadano X

Yo no soy científico, ni físico de sofá.. pero lo primero me parece imposible, prueba a hacer una salmuera muy saturada y dejar que se evapore el líquido, ni de broma va a llegar a tener una masa significante para explicar los procesos que vemos en Ceres,

Sobre lo segundo, los procesos de formación de ambos cuerpos son extremadamente diferentes, y los interiores tienen poco o practicamente nada que ver. (Y me da vagancia buscar sobre las densidades de materiales, masas de ambos cuerpos, eso está todo en la wiki…)

fisivifisivi

Creo que, para lo primero, sería más adecuado experimentar en una enorme cámara de vacío, a decenas de grados bajo 0, expuesta al sol por arriba, conteniendo una mezcla de toneladas de roca, polvo y salmuera. A partir de esto, esperar años manteniendo esas condiciones.
Aun así, no podríamos simular lo que ocurre en Ceres, porque es probable que se necesiten millones de años y espesores de muchos metros de corteza.

De todas formas, esto sólo es un experimento mental de un aficionado. No es para darle más vueltas.

Para saber algo fiable habrá que esperar a ver qué dicen los científicos a partir de lo que ha visto la Dawn y, con mucha suerte, a que se pose una sonda en Ceres bien dotada de instrumentos científicos.

Saludos

amagoamago

La sublimación es el cambio de estado de solido a gas. Si un carbonato sublima lo hacen las moléculas completas. No los átomos de cada elemento por su lado.

Ganar densidad puede ser suficiente para hundirse en un liquido, pero no en un solido. Simplificando mucho, se forma núcleo de hierro en los cuerpos en los que el calor es suficiente para fundir el manto de rocas. Ahí si que el hierro y otros elementos pesados se pueden ir hacia el núcleo.

fisivifisivi

Lo siento si ha parecido que quería decir que se subliman sólos esos elementos. Pienso que se pierden del suelo al sublimarse los compuestos de que forman parte. Por ejemplo: se perderían nitrógeno e hidrógeno al sublimarse o al evaporarse amoniaco, hidrógeno y oxígeno al sublimarse hielo, etc.
El caso de los carbonatos sería más difícil. Se me ocurre que la radiación solar podría disociarlos y desprender CO2, con lo que se perdería carbono, dejando óxidos sólidos. Los gases sublimados los arrastraría el viento solar, dejando el suelo de Ceres con una mayor proporción de compuestos de elementos más pesados, como el silicio y los metales.

fisivifisivi

Si el subsuelo de Ceres está formado en parte de hielo, este podría ceder ante el peso de materiales más densos de la superficie una vez se haya sublimado el hielo de esta. Si se deja una roca sobre el hielo, se hundirá poco a poco.

Enrique Moreno

Sé que usted me pidió que no le dirigiera la palabra en otro artículo, pero es que esta pregunta que usted hace es una buena pregunta.
En principio si se sublima el agua de estos minerales a priori la suposición es que la densidad disminuirá, no que aumentará. Esto que parece anti intuitivo se explica porque el agua de estos minerales se encuentra en forma física, no química. Es decir, el agua rellena huecos de la estructura cristalina (se denominan minerales hidratados), pero no forma parte química propiamente dicha (salvo que se formen cementos). Por tanto si se evapora el agua y el volumen permanece igual, la densidad disminuye.

Ahora bien, la realidad es mucho más compleja. Muchos de estos minerales (las arcillas especialmente) varían de volumen con su contenido de humedad enormemente. En general, aunque el agua “quepa” en su estructura, se producen interaciones a nivel molecular que hacen que el volumen varíe. Dependiendo del mineral el agua puede hacer que el volumen disminuya, pero mucho más frecuentemente que aumente por lo que la sublimación hará que la densidad aumente.

En mi humilde opinión yo creo que podría haber colapsos pero creo que el efecto de cambio de volumen es más importante que el cambio de “peso” causado por una diferente densidad.
Saludos.

AlxoAlxo

¿La navaja de Ockam no explicaría que el material es el impacto de meteoros pequeños con poca densidad (tipo bola de nieve sin compactar) que al impactar contra la superfie en vez de un cráter esparcen las sales e hielo de su interior? Quizás en el cinturón de asteriodes existen ese tipo de asteriodes pequeños con bajísima densidad con un núcleo de sales e hielo cubierto por polvo que lo protege de la sublimación.

fisivifisivi

Quizá tu solución sencilla explicase algunas de las manchas de Ceres, pero no excluye soluciones más complejas, como las que se dan en el artículo.

Pero no es tan sencilla esta solución. Pienso que para que funcionase el impacto debería ser extremadamente suave para no volatilizar el hielo con el calor producido por el choque.

Para el caso no resuelto del monte Ahuna, no veo cómo se puede explicar por un impacto. Es un monte de miles de metros de altura que no está dentro de un cráter, ni en una cordillera, sino que parece expulsado, como los volcanes, o que hubiera surgido por flotación, por ser menos denso que el material del suelo.

Jose Manuel CeleminJose Manuel Celemin

Aunque no este relacionado con el post
Elon Musk ya ha puesto en Twitter las fotos del falcon heavy

JxJx

Fui a ver las fotos: impresionante y magnifico cohete. ese lanzamiento va a ser todo un acontecimiento y espectáculo digno de ver

RedRed

Por qué pueden fallar esos volantes de inercia? :/ Es común ese error?
Sólo falta que haya sido un fallo de software jajaja

Offtopic: Ya hay foto de los tres Falcon 9 acompladitos listos para el FH! En Twitter e Instagram (cuenta de Elon Musk) los ha subido .
Al parecer, en el primer lanzamiento intentará la reutilización de las tres etapas (las tres tienen las patas para aterrizar y las rejillas).

Ciudadano XCiudadano X

Los volantes de inercia tienen fecha de caducidad, como todo elemento mecánico, sobre todo con la caña que les meten. Aún asi siguen siendo mucho más rentables que usar métodos químicos.

korokorokorokoro

(siguiendo OT)

Pedazo bicho el Heavy. Impresiona sólo en foto y ya se siente que esto va en serio por fin.

Eso si, es verlo, pensar que Musk & Co empezaron hace 15 años solamente, y preocuparse muy seriamente por Europa y Arianespace.

Que paren el Ariane 6 y metan todo en Pometeus y Mira, o desaparecen en 10 años.

1 Trackback

Responde a U-95

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Cancelar