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La Luz Zodiacal

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1. ¿ De qué está formada la luz Zodiacal?

La materia que compone la luz zodiacal ( lo que podríamos denominar polvo zodiacal ) está formada por materia micrometeoroidea. Dos son los orígenes que hoy en día se admiten como productores fundamentales del polvo zodiacal : La desintegración cometaria ( principalmente la aportación de material al espacio de sus colas de tipo II, o de polvo), y el fraccionamiento colisional de asteroides.

La captura por parte del Sol de granos interestelares ( pese a las dispares propiedades ópticas encontradas en ambos), y la condensación de gas interplanetario podrían ser otros dos factores también a considerar para explicar la persistencia del fenómeno que nos ocupa.
 
El polvo zodiacal esta formado por finos granos de polvo oscuro, mezcla de silicatos y compuestos orgánicos, con diámetros típicos de decenas de micrones ( para los autores, el tamaño sería de magnitud de la micra). La masa total de estas partículas es solo de unos centenares de miles de millones de toneladas ( la equivalente a la masa de un solo cometa de varios kilómetros de diámetro).
 
La Tierra, en su movimiento alrededor del Sol, captura diariamente unas 1.000 toneladas de polvo zodiacal ; es curioso plantear el hecho de que, cayendo al ritmo actual, y si este material no se hubiera destruido, nuestro planeta estaría cubierto por una capa de polvo oscuro, de aproximadamente un metro de altura.
 
El conocimiento que la ciencia posee sobre el polvo zodiacal se ha estudiado el polvo depositado en los fondos oceánicos ( el Aluminio-25 contenido en los sedimentos marinos profundos solo puede ser explicado situando su origen en silicatos provenientes de material interplanetario), en las nieves polares, en otros planetas, en el espacio interplanetario y, por supuesto, a través de su estudio óptico desde la Tierra o desde satélites.
 
2. ¿Cuál es en el cielo el posicionamiento de la Luz Zodiacal?
 
Como antes hemos apuntado, la luz zodiacal es un fenómeno óptico debido a la dispersión de la luz solar, es decir, a la redistribución de la energía electromagnética de procedencia solar incidente en la materia micrometeoroidea que envuelve a los planetas.

Hasta hace poco tiempo se pensaba que solo era detectable en la banda eclíptica, en la actualidad sabemos que es en todo el cielo. La luz zodiacal existente en elongaciones con respecto al Sol inferiores a 20º; se conoce con el nombre de corona F (parte externa de la corona solar) ; la detectable en elongaciones próximas a 180º; se denomina luz antelial o GEGENSCHEIN ( que en alemán significa contrabrillo). El fenómeno gegenschein aparece en la bóveda celeste como una mancha luminosa muy débil, observable en el punto diametralmente opuesto al Sol, moviéndose a la misma velocidad aparente con la que se mueve el Sol en el cielo; su observación es muy difícil, casi únicamente accesible a perceptores muy experimentados.
 
La medición de la luz zodiacal ha sido y sigue siendo un problema para los astrónomos. La razón de ello estriba en el hecho de la practica imposibilidad de separarla totalmente de la luz estelar, de la luz galáctica y de la contaminación lumínica terrestre. Las mediciones realizadas desde el espacio, si bien anulan el factor atmosférico, acentúan el factor estelar. Ello explica las discrepancias halladas en los valores de la luz zodiacal obtenidos por distintos autores.
 
Ateniéndonoss a estos hechos, algunos consejos prácticos que podemos dar para poder observarla, atenuando al máximo los factores de contaminación lumínica descritos, son :

- Observarla a latitudes galácticas mayores a 30º; ( a ella aminoraremos la luz galáctica).
- No observarla nunca en una dirección coincidente con algún núcleo urbano.
- Utilizar un instrumento óptico de pequeño campo, para excluir del mismo el mayor número de estrellas.

La luz estelar de fondo puede ser eliminada utilizando los datos de Luz estelar integrada dados por las tablas como las de Megill y Roach, que realizan cuantificación de estrellas por magnitud y áreas celestes.
 
3. ¿Cuáles son los principales parámetros que definen la medición de la Luz Zodiacal?
 
El valor de la luz zodiacal es expresado con la magnitud llamada luminancia. La luminancia se define como el flujo luminoso emitido por una unidad de superficie en una dirección. La unidad de luminancia es la "estrella por grado cuadrado", una unidad que definimos como el numero de estrellas de tipo solar de 10 magnitud que, de estar distribuidas uniformemente sobre un grado cuadrado, producirían una luminancia igual a la de la fuente problema.
 

 Si representamos gráficamente la curva de luminancia de la luz zodiacal en el plano de la eclíptica, con respecto a la elongación solar, a una distancia de 1 U.A del Sol, obtendremos lo que aparece en la figura 2.

La representación llega solo a 180º;, pues la curva presenta simetría en relación al punto antisolar.

Podemos apreciar el fuerte gradiente las cercanías del Sol, así como el aumento de los valores de la luminancia en torno al punto antisolar ( situación de la luz antelial o gegenschein). Otra representación gráfica muy importante y significativa, es la que relaciona el grado de polarización de la luz zodiacal respecto a la elongación del Sol. La curva resultante, valores medidos en el plano eclíptico y a 1 U.A del sol, es la que aparece en la figura 3
La forma de la curva de polarización, después de realizadas mediciones extra atmosféricas, es comúnmente aceptada ; la única discrepancia esta en los extremos, en donde algunos experimentadores encuentran valores negativos para esta magnitud.

3. ¿Cuál es la dinámica de la materia Responsable de la Luz Zodiacal?

El hecho de que las curvas de luminancia y polarización son in dependientes del tiempo (es decir, que permanecen invariables en el transcurso del tiempo), puede llevarnos a pensar que la nube zodiacal es inmóvil y permanente. Nada mas lejos de la realidad: los granos, al igual que todos los cuerpos que forman el Sistema Solar, describen órbitas alrededor del Sol. Una corroboración directa de este hecho la tenemos al haber sido medido sobre su luz el Efecto Doppler; el corrimiento detectado lo ha sido hacia el rojo, lo que es interpretado por los astrónomos como señal de que sus órbitas tienen el mismo sentido que los planetas.
 
¿Cual es la dinámica de los granos zodiacales?. Si estos estuvieran sometidos únicamente al influjo gravitatorio del Sol, describirían órbitas perfectamente keplerianas, solo perturbadas por la atracción de los planetas. La realidad, sin embargo, es bastante más compleja.
 
A pesar de ser un problema todavía hoy abierto, se considera que son fundamentalmente cuatro las fuerzas actuantes sobre esta materia micrometeoroidea:

1.- La Presión de Radiación, que se manifiesta como una fuerza que actúa radial desde el Sol y hacia afuera (vector de Poynting).
 
2. El Efecto Poynting-Robertson, así llamado por haber sido formulado por el físico británico J.H Poynting y perfeccionado por el físico norteamericano H.P Robertson. Consiste en lo siguiente: El grano de materia zodiacal es calentado por la luz del Sol, por lo que emite radiación al espacio. La partícula, debido a su movimiento, se "aprieta" contra las propias ondas de radiación emitidas por delante, y se separa de las que emite por detrás, produciéndose, consecuentemente, una sobrepresión por delante y una depresión por detrás.
 
Ello se traduce en una fuerza que se opone al movimiento, lo que frena la partícula y la impide moverse con la velocidad suficiente para equilibrar la gravedad solar. Por ello, la partícula "cae" un poco hacia "adentro", en donde el mayor calor del Sol hace que se caliente todavía más, se mueva mas rápidamente y genere mayor resistencia al movimiento. Todo esto supone para la partícula zodiacal una lenta pero continuada caída en espiral hacia el Sol. Poynting calculó que una partícula típica de 10 micrones de radio caería al Sol en menos de 100.000 años. Así pues, resumiendo, este efecto produce en los granos una fuerza resistiva proporcional a la velocidad tangencial de la partícula.
 
3.- Se supone que el polvo zodiacal esta cargado eléctricamente. De ser así, su interacción electrostática con el plasma solar ionizado (viento solar) se traduciría en una componente de frenado.
 
4.- La existencia de un campo magnético interplanetario origina una fuerza que tiende a aumentar la inclinación orbital de la materia zodiacal.

Un hecho a considerar a la hora de estudiar la dinámica de estas partículas es ver como son afectadas teniéndonos a su tamaño. Sabemos que las fuerzas radiativas que actúan empujándolas hacia "afuera" resultan ser proporcionales a la superficie de estas. En cambio, la fuerza atractiva gravitatoria es proporcional a su masa.
 
De ello se deduce que para granos de la misma densidad, los de menor tamaño ofrecerían una relación SUPERFICIE/MASA, mayor, habiendo un tamaño crítico - por debajo del cual las fuerzas gravitatorias resultarían incapaces de contrarrestar a las fuerzas radiativas, lo que daría lugar a su expulsión del Sistema Solar, empujadas por el mayor valor de estas.

Según algunos investigadores, considerando separadamente las cuatro fuerzas actuantes sobre las partículas zodiacales descritas anterior mente, algunos de estos procesos reducirían su permanencia en nuestro Sistema Solar a tiempos inferiores a 1 año.

Mediciones recientes han detectado variaciones rápidas en la luz zodiacal. Estas variaciones podrían ser debidas, además de al paso de - cometas por la nube (en un solo paso por el perihelio, un cometa puede proporcionar una cantidad de partículas equivalente a 1/10.U00 del total de la nube zodiacal), a 1a actividad solar.
 
Efectivamente, las fulguraciones cromosféricas solares pueden perturbar profundamente las órbitas de las partículas con tamaño inferior a media micra, transformando sus órbitas de elípticas a parabólicas o hiperbólicas, expulsándolas del Sistema Solar.

Se calcula que unas 10 toneladas de partículas interplanetarias caen en espiral al Sol cada segundo. Si no existiera esa "reposición" inyección constante de materia, proporcionada fundamentalmente, como hemos visto, por los cometas y las colisiones de los asteroides, la luz zodiacal seria un fenómeno inexistente. Y viceversa, si no existieran esas fuerzas que limitan la vida del polvo zodiacal alrededor del Sol, su luz reflejada sería tan imponente que eclipsaría de la bóveda celeste nocturna incluso a los astros mas brillantes.

Así pues, resumiendo, podemos decir que la persistencia observada en la luz zodiacal es el resultado de UN EQUILIBRIO DINÁMICO DE LA DENSIDAD ESPACIAL DEL POLVO INTERPLANETARIO, entre lo que podríamos denominar "Procesos de inyección" y "Procesos de limpieza".
 
4. ¿Cuál es la distribución espacial del polvo zodiacal?
 
Todos los resultados de los que se dispone apuntan hacia una DISTRIBUCION HELIOCÉNTRICA de la materia micrometeoroidea, habiéndose evidenciado a través de mediciones recientes que la luz zodiacal es simétrica respecto de un plano en el que justamente se encuentran los valores de máxima luminancia. La influencia gravitatoria de los grandes planetas del Sistema - Solar ha hecho que su plano de simetría coincida con el plano máximo de Aries de Laplace, o Plano Invariante del Sistema Solar (este plano posee una inclinación sobre la eclíptica de 1º; 36'). Valores de mediciones realizadas para direcciones de observación. que se alejan del plano de simetría han puesto de manifiesto que casi toda la materia interplanetaria está concentrada en las inmediaciones de dicho plano, como lo esta toda la materia del sistema Solar. La nube zodiacal tiene, además, simetría azimutal respecto a un eje que pasa por el Sol y es perpendicular al plano Invariante del sistema Solar. Su forma debe de ser lenticular aplastada, con su plano de simetría principal coincidente con el mencionado plano invariante. Su densidad decrece de gran manera mas allá de 0.5 U.A. La localización del polvo zodiacal se sitúa en una corona circular cuyo centro es el Sol, cuyo radio exterior es de alrededor de 2 U.A y su radio interior de aprox 0.5 U.A. Su máximo espesor se supone algo inferior al diámetro de la órbita del planeta Mercurio.

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