Pequeños meteoros dejan humo en la atmósfera, y la NASA lo está estudiando


Un meteorito ilumina el cielo sobre la cima de una cresta de montaña cerca de Park City, Utah. Crédito: NASA/Bill Dunford

¡Es hora de las Gemínidas, la lluvia anual de meteoros de diciembre! Cada año, la Tierra pasa a través del rastro de escombros del asteroide 3200 Phaethon. Las rocas del tamaño de un guisante que deja atrás se queman en nuestra atmósfera, produciendo senderos brillantes en el cielo nocturno. La gente de todo el mundo mirará hacia el cielo y se maravillará con estos meteoros, también conocidos como estrellas fugaces.

Lo que no podemos ver a simple vista es la lluvia constante de meteoroides mucho más pequeños, a menudo llamados polvo cósmico, que bombardean nuestra atmósfera todos los días del año. Producido cuando los asteroides chocan o los cometas son vaporizados por el Sol, parte de este material se quema cuando entra en la atmósfera, al igual que las Gemínidas pero en una escala mucho menor. A unas 55 millas sobre la Tierra, las minúsculas bolas de fuego dejan una bocanada de partículas aún más pequeñas, llamadas humo meteórico. Las partículas se adhieren entre sí y crecen como pequeñas bolas de nieve a medida que caen a la Tierra durante varios años.

Los científicos habían predicho durante mucho tiempo que existía humo meteórico en la atmósfera media de la Tierra, pero a una milésima parte del ancho de un cabello humano, estas partículas de gran altitud son difíciles de estudiar. De qué está hecho el humo, cuánto de él hay y qué papel juega en la atmósfera son todas preguntas que los científicos han estado trabajando para responder.

Anteriormente, intentaron hacerlo utilizando cohetes suborbitales, pero los instrumentos solo tenían unos minutos para recopilar datos antes de caer de nuevo a la Tierra. Los datos que recopilaron fueron difíciles de interpretar. Los investigadores también hicieron conjeturas sobre la composición del humo al analizar meteoritos, fragmentos de meteoros que llegaron a la Tierra. Observaron pequeños trozos de estos objetos espaciales en núcleos de hielo polar y en tejados urbanos, pero no pudieron medir de manera confiable el humo en la atmósfera.

El Experimento de Ocultación Solar para el Hielo (SOFIE) de la NASA, que se lanzó a bordo del satélite Aeronomy of Ice in the Mesosphere (AIM) de la NASA en 2007, fue el primer instrumento a la altura de la tarea.

Nubes noctilucentes observadas por un globo de larga duración de la NASA. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

La primera encuesta

Desde su órbita, SOFIE mira a través de la atmósfera de la Tierra hacia el Sol, infiriendo información sobre la atmósfera midiendo la luz solar que pasa a través de ella. SOFIE mide la intensidad de longitudes de onda particulares de luz a diferentes altitudes en la atmósfera.

Conectando esas mediciones de intensidad en modelos, los investigadores pueden determinar qué átomos o moléculas están presentes en la atmósfera. SOFIE puede detectar una variedad de gases, incluyendo dióxido de carbono y ozono, así como aerosoles, pequeñas partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire. Algunas de las longitudes de onda se utilizan para detectar humo meteórico. Los científicos utilizaron los datos de SOFIE para crear el primer estudio a largo plazo basado en el espacio del humo meteórico, revelando que contiene principalmente hierro, oxígeno, silicio y magnesio.

Refinando los hallazgos

Hasta ahora, los científicos no estaban de acuerdo en la cantidad de material cósmico que llega a la atmósfera de la Tierra cada día, con estimaciones que oscilan entre dos y más de 200 toneladas. Pero SOFIE proporcionó un nuevo tipo de datos que, cuando se cotejan con otros análisis, podrían ofrecer un número más preciso. Primero, sin embargo, los científicos necesitaban averiguar exactamente de qué minerales estaba hecho el humo meteórico.
El sol se asoma sobre la extremidad de la Tierra fotografiado por los miembros de la tripulación de la Expedición 28 a bordo de la Estación Espacial Internacional. La imagen representa todas las capas de la atmósfera de la Tierra, desde la superficie hasta el espacio. Crédito: NASA

Para 2017, lo habían reducido a nueve posibilidades basadas en sus datos. "Este fue un progreso tremendo a pesar de que teníamos una gama de posibles respuestas", dijo Mark Hervig, científico de GATS, Inc., e investigador principal de SOFIE. Pero para responder mejor a sus preguntas restantes, los investigadores necesitaban saber cuál de las nueve composiciones debería ir en sus modelos.

Afortunadamente, un grupo de la Universidad de Leeds en el Reino Unido había ido recientemente al Polo Sur para recolectar muestras de polvo cósmico que sobrevivieron a la entrada atmosférica. La proporción de hierro, magnesio y silicio que midieron coincidió con una de las nueve posibles variaciones minerales que el equipo de SOFIE había identificado: el olivino rico en hierro, un mineral verde también abundante en la Tierra.

Usando sus propios datos y cálculos, el equipo de Leeds había estimado cuánto material cósmico ingresó a la atmósfera de la Tierra. Cuando el equipo de SOFIE ejecutó sus propios modelos con información sobre el olivino rico en hierro, las estimaciones de los dos equipos convergieron: cada día, alrededor de 25 toneladas de material extraterrestre llegan a la Tierra.

Impactos del humo meteórico

Todavía hay mucho que aprender sobre cómo el humo meteórico interactúa con la atmósfera y afecta la vida en la Tierra, pero los científicos ya han descubierto mucho.
Partículas de olivino de Green Sand Beach en Hawai. Crédito: Centro de Investigación Ames de la NASA/Tom Trower

La gente ha observado nubes iridiscentes en latitudes polares en el verano desde finales del siglo 19. Durante mucho tiempo se especuló que estas nubes noctilucentes, o brillantes por la noche, estaban hechas de hielo. Los científicos confirmaron eso en 2001 utilizando datos de un precursor de SOFIE. El hallazgo respondió a una pregunta, pero planteó otra. El hielo necesita un núcleo como un grano de polvo en el que cristalizar, y se pensaba que la atmósfera superior donde se forman estas nubes estaba bastante limpia. ¿De dónde vino el polvo? En 2012, utilizando SOFIE, los investigadores encontraron su respuesta: humo meteórico.

También hay cierta especulación entre los científicos sobre otros efectos. Uno de ellos es el fenómeno de la fertilización con hierro. El hierro es esencial para la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas convierten la luz solar en azúcar. En el océano, donde reside el fitoplancton, el hierro puede ser difícil de conseguir. Gran parte de ella sopla como polvo de la tierra antes de hundirse rápidamente. Algunos científicos sugieren que otra fuente podría ser el humo meteórico que se ha desplazado de la mesosfera. Así que es posible, pero no seguro, que haya algo de hierro extraterrestre que contribuya a la fotosíntesis en el océano.

Los científicos también están investigando el papel del humo meteórico en la formación de agua en la mesosfera. Es posible que el oxígeno y el hidrógeno reaccionen en la mesosfera, formando agua. Pero al igual que los cristales de hielo en las nubes noctilucentes, el hidrógeno y el agua necesitarían una superficie dura sobre la cual reaccionar. El humo meteórico podría proporcionar la superficie necesaria.

"Hay preguntas y misterios en nuestra atmósfera en los que el humo meteórico puede desempeñar un papel", dijo Hervig. "Es realmente cosas de frontera". Los datos de SOFIE continúan ayudando a responder algunas de estas preguntas, ofreciendo información sobre los efectos que estas partículas cósmicas tienen en la Tierra.

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