Todas las estrellas, incluido nuestro sol, nacen de una nube de polvo y gas. Esta nube también puede sembrar planetas que orbitarán alrededor de la estrella. Crédito: NASA/JPL-Caltech
La inestabilidad al comienzo del sistema solar.
Una nueva explicación de por qué nuestro sistema solar es como es, y por qué otros también lo son.
Seth Jacobson, de la Universidad Estatal de Michigan, y sus colegas en China y Francia han revelado una nueva teoría que podría ayudar a resolver un misterio galáctico sobre la evolución de nuestro sistema solar. Específicamente, cómo los gigantes gaseosos…[{» attribute=»»>Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune — end up where they are, orbiting the sun like they do?
The findings have ramifications for how terrestrial planets like Earth developed, as well as the possibility that a fifth gas giant planet lurks 50 billion miles out into the distance.
“Our solar system hasn’t always looked the way that it does today. Over its history, the orbits of the planets have changed radically,” said Jacobson, an assistant professor in the College of Natural Science’s Department of Earth and Environmental Sciences. “But we can figure out what’s happened.”
An artist’s rendering shows a hypothetical early solar system with a young star clearing a path in the gas and dust left over from its formation. This clearing action would affect the orbits of gas giants orbiting the star. Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)
The research, published in the journal Nature on April 27, 2022, offers an explanation for what happened to gas giants in other solar systems and ours.
It’s a Nice model
Massive, whirling clouds of cosmic gas and dust give birth to stars. The early solar system was still filled with a primordial disk of gas when our sun ignited, and it played an important role in the formation and evolution of the planets, including the gas giants.
In the late 20th century, scientists began to believe that the gas giants initially circled the sun in neat, compact, uniformly spaced orbits. Jupiter, Saturn, and the others, however, have long settled into orbits that are relatively oblong, misaligned, and spread apart.
MSU Assistant Professor Seth Jacobson
So the question for researchers now is, why?
In 2005, an international team of scientists proposed an answer to that question in a trio of landmark Nature papers. The solution was originally developed in Nice, France and is known as the Nice model. It posits that there was an instability among these planets, a chaotic set of gravitational interactions that ultimately set them on their current paths.
“This was a tectonic shift in how people thought about the early solar system,” Jacobson said.
The Nice model remains a leading explanation, but over the past 17 years, scientists have found new questions to ask about what triggers the Nice model instability.
For example, it was originally thought that the gas giant instability took place hundreds of millions of years after the dispersal of that primordial gas disk that birthed the solar system. But newer evidence, including some found in moon rocks retrieved by the Apollo missions, suggests it happened more quickly. That also raises new questions about how the interior solar system that’s home to Earth evolved.
Sean Raymond, an astronomer at the University of Bordeaux.
Working with Beibei Liu from Zhejiang University in China and Sean Raymond from the University of Bordeaux in France, Jacobson has helped find a fix that has to do with how the instability started. The team has proposed a new trigger.
“I think our new idea could really relax a lot of tensions in the field because what we’ve proposed is a very natural answer to when did the giant planet instability occur,” Jacobson said.
The new trigger
The idea started with a conversation Raymond and Jacobsen had back in 2019. They theorized the gas giants may have been set on their current paths because of how the primordial gas disk evaporated. That could explain how the planets spread out much earlier in the solar system’s evolution than the Nice model originally posited and perhaps even without the instability to push them there.
“We wondered whether the Nice model was really necessary to explain the solar system,” Raymond said. “We came up with the idea that the giant planets could possibly spread out by a ‘rebound’ effect as the disk dissipated, perhaps without ever going unstable.”
Beibei Liu, a research professor at Zhejiang University.
Raymond and Jacobsen then reached out to Liu, who pioneered this rebound effect idea through extensive simulations of gas disks and large exoplanets — planets in other solar systems — that orbit close to their stars.
“The situation in our solar system is slightly different because Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune are distributed on wider orbits,” Liu said. “After a few iterations of brainstorm sessions, we became aware that the problem could be solved if the gas disk dissipated from the inside out.”
The team found that this inside-out dissipation provided a natural trigger for the Nice model instability, Raymond said.
“We ended up strengthening the Nice model rather than destroying it,” he said. “This was a fun illustration of testing our preconceived ideas and following the results wherever they lead.”
With the new trigger, the picture at the beginning of the instability looks the same. There’s still a nascent sun surrounded by a cloud of gas and dust. A handful of young gas giants revolve around the star in neat, compact orbits through that cloud.
“All solar systems are formed in a disk of gas and dust. It’s a natural byproduct of how stars form,” Jacobson said. “But as the sun turns on and starts burning its nuclear fuel, it generates sunlight, heating up the disk and eventually blowing it away from the inside out.”
This created a growing hole in the cloud of gas, centered on the sun. As the hole grew, its edge swept through each of the gas giants’ orbits. This transition leads to the requisite giant planet instability with very high probability, according to the team’s computer simulations. The process of shifting these large planets into their current orbits also moves fast compared with Nice model’s original timeline of hundreds of millions of years.
“The instability occurs early as the sun’s gaseous disk dissipated, constrained to be within a few million years to 10 million years after the birth of the solar system,” Liu said.
The new trigger also leads to the mixing of material from the outer solar system and the inner solar system. The Earth’s geochemistry suggests that such a mixing needed to happen while our planet is still in the middle of forming.
“This process is really going to stir up the inner solar system and Earth can grow from that,” Jacobson said. “That is pretty consistent with observations.” Exploring the connection between the instability and Earth’s formation is a subject of future work for the group.
Lastly, the team’s new explanation also holds for other solar systems in our galaxy where scientists have observed gas giants orbiting their stars in configurations like what we see in our own.
“We’re just one example of a solar system in our galaxy,” Jacobson said. “What we’re showing is that the instability occurred in a different way, one that’s more universal and more consistent.”
Planet 9 from outer space
Although the team’s paper doesn’t emphasize this, Jacobson said the work has implications for one of the most popular and occasionally heated debates about our solar system: How many planets does it have?
Currently, the answer is eight, but it turns out that the Nice model works slightly better when the early solar system had five gas giants instead of four. Sadly, according to the model, that extra planet was hammer-thrown from our solar system during the instability, which helps the remaining gas giants find their orbits.
An artist’s conception of Planet 9. Credit: ESO/Tom Ruen/nagualdesign
In 2015, however, Caltech researchers found evidence that there may yet be an undiscovered planet tooling around the outskirts of the solar system some 50 billion miles from the sun, about 47 billion miles farther out than Neptune.
There’s still no concrete proof that this hypothetical planet — nicknamed Planet X or Planet 9 — or the Nice model’s “extra” planet actually exist. But, if they do, could they be one and the same?
Jacobson and his colleagues couldn’t answer that question directly with their simulations, but they could do the next best thing. Knowing their instability trigger correctly reproduces the current picture of our solar system, they could test whether their model works better starting with four or five gas giants.
“For us, the outcome was very similar if you start with four or five,” Jacobson said. “If you start with five, you’re more likely to end up with four. But if you start with four, the orbits end up matching better.”
Either way, humanity should have an answer soon. The Vera Rubin Observatory, scheduled to be operational by the end of 2023, should be able to spot Planet 9 if it is out there.
“Planet 9 is super controversial, so we didn’t stress it in the paper,” Jacobson said, “But we do like to talk about it with the public.”
It’s a reminder that our solar system is a dynamic place, still full of mysteries and discoveries waiting to be made.
Reference: “Early Solar System instability triggered by dispersal of the gaseous disk” by Beibei Liu, Sean N. Raymond and Seth A. Jacobson, 27 April 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-04535-1
El observatorio solar espacial STEREO-A de la NASA está monitoreando de cerca el «cometa del diablo» 12P/Pons-Brooks mientras se prepara para realizar su máxima aproximación al sol, conocida como perihelio, el 21 de abril.
En esta secuencia, el cometa pasa cerca de Júpiter desde la perspectiva del observatorio, justo cuando se lanza al espacio una eyección de masa coronal (CME), una gran expulsión de plasma y campo magnético del Sol.
Las CME se forman de la misma manera que las erupciones solares: son el resultado de la torsión y realineación del campo magnético del sol, conocido como reconexión magnética. Cuando estas líneas de campo magnético se “enredan”, producen fuertes campos magnéticos localizados que pueden atravesar la superficie del Sol y liberar CME.
Relacionado: El 'Cometa Diablo' 12P/Pons-Brooks se dirige hacia el sol. ¿Sobrevivirá?
Una animación que muestra el cometa 12P/Pons-Brooks brillando intensamente cerca de Júpiter cuando una gran CME es liberada del Sol el 12 de abril de 2024. (Crédito de la imagen: NASA STEREO/Edición de Steve Spaleta)
En este vídeo de la NASA se puede ver una curvatura en la cola del cometa 12P/Pons-Brooks, creada durante un «evento de desconexión» provocado por una CME o una fuerte ráfaga de viento solar, según Clima espacial.com. Durante un evento de desconexión, estas explosiones solares pueden arrancar la cola de un cometa y alejarla del cometa.
El mismo pliegue es visible en esta increíble imagen capturada por Chris Schur el 9 de abril.
«El cometa es una vista espectacular tanto con binoculares como con la cámara desde nuestra ubicación en el norte de Arizona», dijo Schur a Space.com.
El cometa 12P/Pons-Brooks, también conocido como el cometa del diablo. (Crédito de la imagen: Chris Schur)
«Esta imagen es nuestra mejor toma de esta maravilla hasta ahora, la hermosa cola curvada de gas azul sigue la coma polvorienta teñida de ámbar en forma de parábola mientras se dirige hacia su próximo perihelio», continuó Schur.
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El 21 de abril, el cometa 12P/Pons-Brooks pasará aproximadamente a 116,8 millones de kilómetros (72,6 millones de millas) del sol, lo que equivale a tres cuartos de la distancia entre la Tierra y el sol.
El cometa ha atraído mucha atención de los medios en los últimos años debido a sus repentinos aumentos de brillo y su apariencia cambiante.
Aunque se desconoce la causa exacta de estas erupciones, Richard Miles de la Asociación Astronómica Británica cree que el cometa 12P/Pons Brooks podría ser uno de los 10 a 20 cometas conocidos que contienen volcanes de hielo activos.
El «magma» de estos volcanes es una mezcla fría de hidrocarburos líquidos y gases disueltos, todos atrapados bajo una superficie que tiene la consistencia de cera, dijo el columnista y meteorólogo Joe Rao. Previamente reportado. «Estos volátiles embotellados pueden explotar cuando la luz del sol abre una grieta», explicó Rao.
El cometa 12P/Pons-Brooks se ganó el apodo de «Cometa del Diablo» cuando una gran explosión el 20 de julio de 2023 provocó la aparición de una capa de gas en expansión que rodeaba el núcleo, conocida como coma, con forma de herradura. Después de eso, el cometa 12P/Pons-Brooks fue comparado con un cangrejo herradura, el Halcón Milenario de Star Wars y, sí, lo has adivinado, el «Cometa del Diablo».
Una nueva investigación demuestra que la médula espinal puede aprender y recordar movimientos de forma independiente, desafiando las opiniones tradicionales sobre su función y mejorando potencialmente las estrategias de rehabilitación para pacientes con lesiones de la médula espinal.
Una nueva investigación revela que las neuronas de la médula espinal poseen la capacidad de aprender y retener información independientemente del cerebro.
La médula espinal se describe a menudo como un canal simple para transmitir señales entre el cerebro y el cuerpo. Sin embargo, la médula espinal puede aprender y memorizar movimientos por sí sola.
Un equipo de investigadores de Neuro-Electronics Research Flanders (NERF), con sede en Lovaina, detalla cómo dos poblaciones neuronales diferentes permiten que la médula espinal se adapte y recuerde conductas aprendidas de una manera completamente independiente del cerebro. Estos notables descubrimientos, publicados en la revista Ciencia, arrojan nueva luz sobre cómo los circuitos espinales podrían contribuir al control y la automatización del movimiento. Este conocimiento podría resultar relevante para la rehabilitación de personas con lesiones de columna.
La asombrosa plasticidad de la médula espinal
La médula espinal modula y refina nuestras acciones y movimientos integrando diferentes fuentes de información sensorial, sin intervención del cerebro. Además, las células nerviosas de la médula espinal pueden aprender a ajustar diversas tareas de forma autónoma, con suficiente práctica repetitiva. Sin embargo, la forma en que la médula espinal logra esta notable plasticidad ha intrigado a los neurocientíficos durante décadas.
Uno de estos neurocientíficos es la profesora Aya Takeoka. Su equipo en Neuro-Electronics Research Flanders (NERF, un instituto de investigación apoyado por IMEC, KU Leuven y VIB) estudia cómo la médula espinal se recupera de las lesiones explorando cómo se conectan las conexiones nerviosas, cómo funcionan y cambian cuando aprendemos. nuevos movimientos.
«Aunque tenemos evidencia de 'aprendizaje' dentro de la médula espinal a partir de experimentos que se remontan a principios del siglo XX, la pregunta de qué neuronas están involucradas y cómo codifican esta experiencia de aprendizaje sigue sin respuesta», explica el profesor Takeoka. .
Parte del problema es la dificultad de medir directamente la actividad de neuronas individuales en la médula espinal en animales que no están sedados pero que están despiertos y en movimiento. El equipo de Takeoka aprovechó un modelo en el que los animales entrenan movimientos específicos en cuestión de minutos. Al hacerlo, el equipo descubrió un mecanismo específico del tipo de célula para el aprendizaje de la médula espinal.
Dos tipos de células neuronales específicas
Para comprobar cómo aprende la médula espinal, el estudiante de doctorado Simon Lavaud y sus colegas del laboratorio Takeoka construyeron un dispositivo experimental para medir los cambios de movimiento en ratones, inspirado en métodos utilizados en estudios con insectos. «Evaluamos la contribución de seis poblaciones neuronales diferentes e identificamos dos grupos de neuronas, una dorsal y otra ventral, que median el aprendizaje motor».
«Estos dos conjuntos de neuronas se turnan», explica Lavaud. «Las neuronas dorsales ayudan a la médula espinal a aprender un nuevo movimiento, mientras que las neuronas ventrales la ayudan a recordar y realizar el movimiento más tarde».
“Podemos compararlo con una carrera de relevos dentro de la médula espinal. Las neuronas dorsales actúan como las primeras corredoras, transmitiendo información sensorial esencial para el aprendizaje. Luego, las células ventrales toman el control, asegurando que el movimiento aprendido se recuerde y se ejecute sin problemas.
Los resultados detallados, publicados en Ciencia, ilustran que la actividad neuronal en la médula espinal se asemeja a varios tipos clásicos de aprendizaje y memoria. Será crucial comprender mejor estos mecanismos de aprendizaje, ya que probablemente contribuyan a diferentes formas de aprender y automatizar el movimiento, y también podrían ser relevantes en el contexto de la rehabilitación, explica la profesora Aya Takeoka: «Los circuitos que hemos descrito podrían proporcionar la significa que la médula espinal contribuya al aprendizaje del movimiento y a la memoria motora a largo plazo, los cuales nos ayudan a movernos, no solo con buena salud, sino especialmente durante la recuperación de una lesión en el cerebro o la médula espinal.
Referencia: “Dos clases neuronales inhibidoras gobiernan la adquisición y recuperación de la adaptación sensoriomotora espinal” por Simon Lavaud, Charlotte Bichara, Mattia D'Andola, Shu-Hao Yeh y Aya Takeoka, 11 de abril de 2024, Ciencia. DOI: 10.1126/ciencia.adf6801
La investigación (equipo) fue apoyada por la Fundación de Investigación de Flandes (FWO), Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA), una beca de doctorado Taiwan-KU Leuven (P1040) y la Fundación de Investigación de la Médula Espinal Wings for Life.
Agrandar/ El cohete SLS se ve en su plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy en agosto de 2022.
Trevor Mahlmann
El jueves, altos funcionarios de Boeing que lideran el programa del Sistema de Lanzamiento Espacial, incluidos David Dutcher y Steve Snell, convocaron una reunión general para los más de 1.000 empleados que trabajan en el cohete.
Los funcionarios anunciaron que habría un número significativo de despidos y reasignaciones de personas que trabajan en el programa, según dos personas familiarizadas con la reunión. Ofrecieron varias razones para las reducciones, incluido el hecho de que los plazos para las misiones lunares Artemis de la NASA que utilizarán el cohete SLS se están desplazando hacia la derecha.
Más tarde el jueves, en un comunicado proporcionado a Ars, un portavoz de Boeing confirmó los recortes de Ars: «Debido a factores externos no relacionados con el desempeño de nuestro programa, Boeing está revisando y ajustando los niveles actuales de dotación del programa del Sistema de Lanzamiento Espacial».
¿Más vale tarde que nunca?
Durante casi una década y media, Boeing ha liderado el desarrollo de la etapa central del enorme cohete SLS que la NASA pretende utilizar para lanzar la nave espacial Orion para sus misiones tripuladas a la Luna.
El contrato ha sido lucrativo para Boeing y ha enfrentado críticas generalizadas a lo largo de los años por su generosidad, ya que la NASA gastó decenas de miles de millones de dólares en el desarrollo de un cohete que reutiliza los motores principales y otros componentes del transbordador espacial. Además, originalmente se suponía que el cohete debutaría a fines de 2016 o 2017, pero en realidad no voló por primera vez hasta noviembre de 2022. Y el inspector general de la NASA a veces ha calificado el manejo del programa por parte de Boeing como un cohete SLS “malo”. «.
Sin embargo, cuando el cohete SLS debutó hace un año y medio, funcionó excepcionalmente bien al impulsar una nave espacial Orion sin tripulación a la Luna. Tras esta misión, la NASA declaró «operativo» el cohete y Boeing inició la producción del vehículo para futuras misiones que llevarán astronautas a la Luna.
Entonces, en cierto sentido, estas reducciones eran inevitables. Boeing necesitaba muchos recursos para diseñar, desarrollar, probar y escribir software para el cohete. Ahora que la fase de desarrollo ha terminado, es natural que la empresa reduzca sus actividades de desarrollo para la fase principal.
La declaración de Boeing no lo dice, pero las fuentes le dijeron a Ars que los recortes de empleo podrían eventualmente llegar a cientos de empleados. Se distribuirán principalmente en las instalaciones de cohetes de la compañía en Alabama, Luisiana y Florida. Las reducciones afectarán tanto al programa de la etapa central como al programa de exploración Upper Stage, una nueva etapa superior del cohete que también está comenzando a pasar del desarrollo a la producción.
Esperando otros artículos
Cuando Boeing cita «factores externos», se refiere a los diferentes cronogramas del programa Artemis de la NASA. En enero, funcionarios de la agencia espacial anunciaron retrasos de aproximadamente un año para la misión Artemis II, un sobrevuelo lunar tripulado, hasta septiembre de 2025; y Artemis III, un alunizaje, hasta septiembre de 2026. Ninguno de estos cronogramas tampoco está escrito en piedra. Es posible que se produzcan retrasos adicionales para Artemis II, y probablemente para Artemis III, si la NASA se apega a los planes de misión actuales.
Aunque el cohete SLS estará listo según el calendario actual, salvo que se produzca una catástrofe, otros elementos son inciertos. Para Artemis II, la NASA aún no ha resuelto un problema con el escudo térmico de la nave espacial Orion. Este problema debe resolverse antes de que la misión obtenga luz verde para continuar el próximo año.
Los desafíos son aún mayores para Artemis III. Para esta misión, la NASA necesita un módulo de aterrizaje lunar, proporcionado por SpaceX con su vehículo Starship, además de trajes espaciales para la superficie lunar proporcionados por Axiom Space. Ambos permanecen firmemente en la fase de desarrollo.
Además, la NASA está luchando con desafíos presupuestarios. Por primera vez en más de una década, la agencia enfrenta recortes presupuestarios. Esta semana, el administrador de la agencia espacial, Bill Nelson, dijo al Congreso: «Con menos dinero, tenemos que tomar decisiones muy difíciles». Entre ellos, se podría intentar utilizar la financiación futura de SLS para consolidar otros elementos de Artemis.
Una de las personas cercanas a la reunión interna de Boeing del jueves dijo que la agencia espacial visitó a la compañía a principios de este año y dijo que, de hecho, Boeing recibiría menos financiación a medida que finalizara el desarrollo del SLS. A la empresa se le dio la opción de “ampliar” la financiación que recibiría o hacer una pausa de un año debido a retrasos en la misión Artemisa. Boeing optó por aumentar sus fondos, lo que fue la causa de las reducciones de esta semana.
Sería fácil, pero injusto, culpar a SpaceX y Axiom por los retrasos en futuras misiones Artemis. El Congreso creó el cohete SLS con un proyecto de ley de autorización en 2010, pero Boeing en realidad había recibido financiación para trabajos relacionados. que data de 2007. Por el contrario, la NASA no comenzó a financiar el trabajo en el módulo de aterrizaje lunar Starship hasta finales de 2021, y los trajes espaciales Axiom antes de 2022. En cierto sentido, estos desarrollos son tan exigentes técnicamente como el trabajo en el cohete SLS, si no, más.
