Una nueva población de asteroides: los resonantes 1:2 de Marte |
ResumenDescribimos aqui los detalles de nuestro reciente hallazgo de la existencia de una poblacion de aproximadamente 1500 asteroides dominados gravitacionalmente por Marte. Estos asteroides se encuentran capturados en un movimiento resonante con Marte, mas precisamente en la resonancia 1:2. Esto significa que cuando los asteroides completan una revolucion en torno del Sol, Marte completa exactamente 2. Este hallazgo rompe algun paradigma (como el dominio de Jupiter en el cinturon de asteroides), plantea nuevas interrogantes vinculadas con la formacion y evolucion del Sistema Solar (¿cómo se origino esta poblacion?) y tal vez ofrezca una respuesta al origen de ciertas familias de asteroides. |
1) La distribución de asteroides en el Sistema SolarDia a dia (o mas bien noche a noche) se descubren cientos de asteroides nuevos. Luego de varias observaciones (en esto trabaja el personal del Observatorio Astronomico Los Molinos) una orbita para cada asteroide puede ser determinada. Las bases de datos conteniendo los parametros orbitales de los asteroides con orbitas confirmadas son de acceso libre, una de ellas es ASTORB mantenida por Ted Bowell del Observatorio Lowell que actualmente (marzo 2007) contiene cerca de 370000 asteroides. Entre ellos estan los charruas (68853) Vaimaca y (73342) Guyunusa entre otros asteroides uruguayos.Si hacemos un grafico de la distribucion de asteroides segun su distancia media al Sol (o semieje mayor) obtenemos la siguiente figura: |
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Esta distribucion es el resultado de 4500 millones de años de evolucion.
Originalmente la poblacion de asteroides era mas uniforme y masiva pero las colisiones mutuas y la evolucion caotica
de las orbitas generaron un "proceso de desgaste". Lo que hoy vemos
es la fraccion de la poblacion que supo sobrevivir a estos procesos de desgaste
por haber encontrado un lugar estable en alguna etapa de su evolucion orbital.
Se aprecian claramente las famosas "fallas de Kirkwood", lugares donde escasean los asteroides debido a la existencia de resonancias con Jupiter que excitan las orbitas generando encuentros y colisiones entre los asteroides y los planetas Marte y Tierra. Por lo tanto alli no pueden permanecer por mucho tiempo pues son fuertemente "perturbados". Tambien se observa que existen concentraciones en ciertos lugares: los "Hildas" en 3.97 UA (recordamos que la UA es la unidad de distancia en el sistema solar y es igual a la distancia media Tierra-Sol que es aproximadamente 150 millones de kilometros), los "Troyanos" en 5.2 UA y otros grupos menores. Estas concentraciones son debidas a resonancias "benevolas" que funcionan como reservorio de asteroides por ser muy estables. Reservorio de asteroides que mas bien son cometas pues a esas distancias los gases congelados son comunes en la composicion quimica de los cuerpos. Las resonancias son lugares en donde el movimiento del asteroide esta en perfecta sincronia con un planeta, mas abajo lo ejemplificamos. |
2) ResonanciasLos movimientos resonantes solo ocurren en posiciones muy precisas del Sistema Solar pues es en esos precisos lugares donde el movimiento del asteroide y del planeta (generalmente Jupiter) estan exactamente sincronizados. Un poco mas alla o un poco mas aca la sincronia se rompe. En el siguiente grafico reproducimos la region del "cinturon principal de asteroides" incluyendo ademas las principales resonancias que actuan en la region. |
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En este grafico
indicamos no solo las resonancias con Jupiter sino tambien con todos los planetas
con diferentes colores.
En celeste se indican las resonancias con Jupiter,
en violeta con Saturno, en rojo con Marte y en verde con la Tierra.
Resonancia 2:1J por ejemplo significa que cuando el asteroide cumple 2 revoluciones en torno del Sol,
Jupiter ha cumplido exactamente 1 revolucion.
Es notorio el efecto destructivo de las resonancias 3:1, 5:2, 7:3, y 2:1 con Jupiter por ejemplo.
Indicamos ademas la "fuerza" asociada con cada resonancia. Cuanto mas alta es la linea que las representa
mayor es la fuerza de la resonancia. Una resonancia debil no debe
tener efectos en el movimiento de los asteroides pero una fuerte si. No es trivial hacer
el calculo de las fuerzas de las resonancias. Para esto tuvimos que desarrollar un metodo
que publicamos en la revista
Icarus
y que fue
bien recibido por
los lectores.
Como subproducto
de ese trabajo, encontramos por primera vez un pequeño grupo de asteroides en resonancias inusuales como
la 1:2 con la Tierra (3 asteroides) y la 2:5 con la Tierra (6 asteroides). Tambien encontramos 4 asteroides mas en la
resonancia 1:2 con Venus que se suman al unico que ya se conocia.
Esto sugiere que los "planetas terrestres" pueden tener alguna -pequeña- influencia orbital
sobre los asteroides.
Los detalles del metodo y algunos graficos pueden encontrarse aqui.
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3) El exceso de asteroides en 2.419 UANosotros notamos que ademas parece haber un efecto "constructivo" en la resonancia 1:2 con Marte pues en esa posicion existe un pico, un exceso, en la distribucion de asteroides. Si ampliamos esa region lo vemos mejor: |
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Exactamente alli donde opera la resonancia 1:2 con Marte hay un exceso de asteroides. El exceso
es de aproximadamente 400 asteroides si lo comparamos con el numero de asteroides
del entorno.
¿Será que esa concentracion responde a un efecto real de la resonancia 1:2 con Marte? ¿Podria operar la resonancia como un mecanismo de proteccion frente a la accion natural de desgaste de la region de los asteroides? Nos propusimos responder esas preguntas. Para eso elegimos de la base de datos ASTORB los 4000 asteroides mas proximos al pico y estudiamos su evolucion orbital 1 millon de años hacia el futuro. Esto lo podemos hacer con programas como EVORB o Mercury que son de dominio publico. Luego de algunos dias de calculo la computadora termino la integracion numerica. Y luego de analizar los resultados encontramos que aproximadamente 1500 asteroides, un numero todavia superior al exceso observado en la poblacion, estan dentro de la resonancia y dominados por ella. Tenemos entonces confirmacion de que la resonancia 1:2 con Marte opera como un reservorio frente a la accion de desgaste natural de la poblacion del cinturon de asteroides. Tal vez algo similar a lo que ocurre con los Hildas o los Troyanos de Jupiter. |
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Poblacion de asteroides resonantes en el Sistema Solar (applet java3D) |
4) La distinción de ser un resonante 1:2 de MarteEl hecho de que el movimiento de los asteroides sea resonante 1:2 con Marte implica que el movimiento de los asteroides respecto al sistema Sol-Marte es muy particular. En la siguiente grafica vemos el movimiento en dicho sistema de un asteroide ficticio proximo a la resonancia pero fuera de ella. En el grafico estamos viendo al Sol (punto amarillo), Marte (punto rojo) y en verde la trayectoria del asteroide vista "desde arriba", o como la veria un astronauta ubicado hacia el norte del plano del sistema solar desde varias UAs de distancia y girando sobre si mismo de forma de que Marte se encuentre siempre hacia su derecha. |
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Con el transcurso del tiempo el asteroide describe una especie de malla en este sistema, acercandose peligrosamente en ciertas epocas al planeta Marte.
Ahora veamos el caso de 142 Polana, un asteroide real capturado en la resonancia: |
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La sicronia de movimientos con Marte es evidente, el asteroide nunca se aproxima a Marte, lo evita. Todos los resonantes 1:2 tienen trayectorias analogas a esta. En la siguiente grafica vemos uno de los asteroides mas "sumergidos" en la resonancia, el asteroide 2003 BO71: |
| ....y a continuacion vemos la misma trayectoria pero en su perspectiva espacial: |
| Los resonantes 1:2 de Marte diseñan una especie de bucle en el sistema Sol-Marte. El movimiento resonante no ocurre por mera casualidad sino que es una especie de estado de equilibrio hacia donde los asteroides pueden evolucionar. Estas graficas fueron obtenidas con nuestro programa NEAPLOT. |
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ANIMACION DEL ASTEROIDE 2003 BO71 (flash, 0.4MB) |
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ANIMACION DE TODA LA POBLACION RESONANTE (flash, 2.2MB) |
5) ConclusionesHemos encontrado una nueva y numerosa poblacion de asteroides que como los "Hildas" o los "Troyanos" se mantienen de alguna forma protegidos por una resonancia, pero sorprendentemente, en este caso, con Marte. Algunas conclusiones:
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6) Preguntas abiertasLa existencia de una poblacion considerable de asteroides en la resonancia 1:2 con Marte abre una serie de interrogantes:
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| Esta investigacion forma parte del Proyecto CSIC (UdelaR) I+D "Dinamica Secular de Sistemas Planetarios y Cuerpos Menores", Facultad de Ciencias, que acaba de terminar. |