Un cuasi-satélite natural de la Tierra, llamado en lengua hawaiana Kamoʻoalewa, podría ser en realidad un cuerpo surgido de un desprendimiento de la Luna. 

La Luna viene orbitando alrededor de la Tierra durante miles de millones de años, desde unos pocos cientos de millones de años después de la formación de nuestro planeta. Pero en este siglo, astrónomos han descubierto cinco pequeños asteroides que son en realidad «cuasi-satélites» que se mueven en fase con nuestro planeta alrededor del Sol. Ahora, el análisis del espectro de la luz recogida en las primeras observaciones detalladas de uno de estos cuasi-satélites sugiere que éste (y quizás los otros también) podrían ser fragmentos de la Luna.

La gravedad de la Tierra afecta a las órbitas de estos cuasi-satélites, y dan vueltas al Sol en un año como nuestro planeta. Pero no orbitan la Tierra ni entran en la esfera de Hill, donde domina la gravedad terrestre.

Recordemos que la esfera de Hill de un cuerpo astronómico es la región en la que domina la atracción de los satélites. Para ser retenida por un planeta, una luna o satélite natural debe tener una órbita que se encuentre dentro de la esfera de Hill del planeta. Esa luna tendría, a su vez, una esfera Hill propia. Cualquier objeto que se encuentre dentro de esa distancia tenderá a convertirse en un satélite de la luna, y no del propio planeta. En términos más precisos, la esfera de Hill se aproxima a la esfera de influencia gravitatoria sobre un cuerpo más pequeño frente a las perturbaciones de un cuerpo más masivo. Fue definida por el astrónomo estadounidense George William Hill, basándose en los trabajos del astrónomo francés Édouard Roche.

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Pero volvamos al cuasi-satélite sobre el que hablaremos en esta nota. Descubierto en 2016, el cuasi-satélite más cercano y más pequeño, 469219 Kamo’oalewa (2016 HO3), es el primero que entra en el rango de observación de grandes telescopios en la Tierra. Ahora, tras cinco años de observaciones se sabe que el objeto tiene 50 metros de diámetro y presenta rasgos sorprendentemente parecidos a los de las muestras de rocas que los astronautas del Apolo 11 recogieron en las zonas altas lunares hace medio siglo.

Una representación artística muestra a Kamo’oalewa como un desprendimiento de la superficie lunar, la cual es una de las hipótesis propuestas para explicar el origen de este asteroide. Crédito: Juan A. Sánchez / PSI

No exactamente satélites

Mencionamos que Kamo’oalewa (2016 HO3) es un cuasi-satélite de la Tierra, pero ¿a qué nos referimos al clasificarlo dentro de esa categoría de objeto astronómico? Lo que hace que un cuasi-satélite sea un bicho raro en el mundo de los asteroides es la resonancia gravitatoria que bloquea su período orbital con el de la Tierra o algún otro planeta. La órbita de un cuasi-satélite es más elongada, o excéntrica, que la del planeta, por lo que el cuasi-satélite pasa la mayor parte de su tiempo dentro y fuera de la órbita del planeta (ver imagen inferior).

Este diagrama muestra la órbita de un cuasi-satélite respecto a la Tierra. Crédito: Wikimedia Commons.

El cuasi-satélite se sitúa alternativamente detrás del planeta cuando está en el exterior y se adelanta cuando está en el interior. Este movimiento lleva al cuasi-satélite alrededor del planeta, pero fuera de la esfera de Hill, la región en la que la gravedad de un planeta mantiene a sus efectivos satélites en órbita.

La dinámica de la órbita de un cuasi-satélite es similar a la de una órbita de herradura, en la que un objeto traza una forma de «U» desde la perspectiva del planeta, yendo desde cerca del punto de Lagrange L4 a los puntos L3 y L5, para luego volver al punto L4 (ver imagen inferior).

Nuevamente hagamos un paréntesis y aclaremos qué son los puntos de Lagrange. Los puntos de Lagrange son posiciones en el espacio en las que las fuerzas gravitatorias de un sistema de dos cuerpos, como el Sol y la Tierra, producen regiones de atracción y “repulsión”, como también de estabilidad e inestabilidad. Las naves espaciales pueden utilizarlos para reducir el consumo de combustible necesario para mantenerse en su posición.

Los puntos de Lagrange reciben su nombre en honor al matemático italo-francés Josephy-Louis Lagrange. Hay cinco puntos especiales en los que una masa pequeña puede orbitar de forma constante en un sistema de dos masas mayores. Los puntos de Lagrange son posiciones en las que la atracción gravitatoria de dos masas grandes es exactamente igual a la fuerza centrípeta necesaria para que un objeto pequeño se mueva con ellas. Este problema matemático, conocido como el «Problema general de los tres cuerpos», fue considerado por Lagrange en su trabajo Essai sur le Problème des Trois Corps, de 1772.

De los cinco puntos de Lagrange, tres son inestables y dos estables. Los puntos de Lagrange inestables -etiquetados como L1, L2 y L3- se encuentran a lo largo de la línea que une las dos grandes masas. Los puntos de Lagrange estables -etiquetados como L4 y L5- forman el vértice de dos triángulos equiláteros que tienen las grandes masas en sus vértices. L4 lidera la órbita de la Tierra y L5 la sigue (ver imagen inferior).

Puntos de Lagrange en el sistema Sol-Tierra (no a escala). Un objeto pequeño en L4 o L5 mantendrá su posición relativa. Un objeto pequeño en L1, L2 o L3 mantendrá su posición relativa hasta que se desvíe ligeramente de forma radial, tras lo cual se desviará de su posición original.

Retomemos las características orbitales de los cuasi-satélites. 

En este sentido, se da el caso de que también existen otros objetos que pueden cambiar fácilmente entre las órbitas de cuasi-satélite y de herradura: de hecho, Kamo’oalewa pasó probablemente de una órbita de herradura a una órbita de cuasi-satélite hace unos cien años y volverá a cambiar en otros tres siglos aproximadamente, según un artículo publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society por Carlos y R. de la Fuente Marcos (Universidad Complutense de Madrid) poco después del descubrimiento de este asteroide.

Estos desplazamientos a la vez pueden complicar el recuento de cuántos objetos hay en cada estado. La Tierra tiene actualmente cinco cuasi-satélites y cerca de una docena en órbitas de herradura. También se han observado cuasi-satélites individuales en Venus y Neptuno. Los modelos muestran que los cuasi-satélites podrían permanecer alrededor de los planetas más exteriores, Urano y Neptuno, durante toda la vida del Sol. Júpiter puede mantener cuasi-satélites durante casi 10 millones de años, y Saturno durante unos 100.000 años.  

Indicios de un origen lunar

Kamo’oalewa se acerca a la Tierra cada año en torno al mes de abril, lo que permite al Gran Telescopio Binocular (del Observatorio del Vaticano) y al Lowell Discovery Telescope recoger datos espectrales en longitudes de onda visibles e infrarrojas. Estos datos han proporcionado información crucial sobre interesantes rasgos del objeto.

Kamoʻoalewa refleja más luz en longitudes de onda más largas, de 1,5 a 2,5 micrones, lo que hace que se parezca más a las muestras recogidas durante las misiones Apolo y menos a otros asteroides cercanos a la Tierra y a muestras de meteoritos. La diferencia proviene de la composición de la superficie y del grado de meteorización espacial, en la que los micrometeoritos y las partículas del viento solar modifican los materiales de la superficie de estos cuerpos.

La similitud con las muestras lunares sugiere que Kamoʻoalewa podría ser un trozo de la Luna, quizás lanzado al espacio por el impacto de un asteroide. Pero el “color” de Kamoʻoalewa no es la única evidencia de ese escenario. La excentricidad y la inclinación orbital del objeto también son bastante pequeñas para lo que es típico de los objetos “capturados”. Cuando está cerca del sistema Tierra-Luna, Kamoʻoalewa se mueve a sólo un 10-25% de la velocidad de los típicos asteroides cercanos a la Tierra. Por lo que la baja velocidad también apoya un origen lunar.

Los acercamientos e Kamo’oalewa a la Tierra pueden ofrecer posibilidades únicas en el futuro. El cuasi-satélite se acerca lo suficiente como para que la Administración Espacial Nacional de China lo haya designado como objetivo de una compleja misión para recoger y devolver muestras de un asteroide. Los planes prevén el lanzamiento en 2024 y la llegada en 2025, veremos que depara el análisis realizado más de cerca.

 

Fuentes

Sharkey, B.N.L., Reddy, V., Malhotra, R. et al. Lunar-like silicate material forms the Earth quasi-satellite (469219) 2016 HO3 Kamoʻoalewa. Commun Earth Environ 2, 231 (2021). https://doi.org/10.1038/s43247-021-00303-7

https://academic.oup.com/mnras/article/462/4/3441/2589984

https://spectrum.ieee.org/china-plans-near-earth-asteroid-smash-and-grab

Por Armando Mudrik, integrante de Plaza Cielo Tierra.