Plutón el anfitrión fugaz

01/06/2015 5 comentarios
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El 14 de julio de 2015 una de las naves espaciales más rápidas construidas por el hombre, la sonda interplanetario New Horizons, pasará rozando a Plutón en una de las "visitas" más cortas a otro planeta realizadas por un ingenio humano. Todo en esta misión es impresionante: su duración, su increíble fugacidad, el potencial científico e incluso la probabilidad de un desastre. He aquí un par de datos y unas cuantas reflexiones sobre el que será (literalmente) uno de los instantes más emocionantes de la exploración interplanetaria.

New Horizons, la sonda de los confines helados del Sistema Sola, arribará al Sistema de Plutón y Caronte en Julio 14 de 2015 (Crédito: NASA/JPL)

New Horizons, la sonda de los confines helados del sistema solar, arribará al sistema de Plutón y Caronte en la mañana (para Europa y América) del 14 de julio de 2015 (Crédito: NASA).

Velocidad de 180.000 km/h al iniciar la misión. Casi 10 años de viaje hasta su destino primario. Ciencia a 4650 millones de kilómetros de distancia del Sol. Poco menos del 1 % de probabilidad de estrellarse contra un bloque de hielo. Y por si esto fuera poco tan solo el 0,002 % del tiempo de la misión dedicado a su objetivo científico final.

Por donde se la miré la misión New Horizons de NASA es una de las más espectaculares de la historia de la exploración del sistema solar. Lanzada en enero de 2006 la nave completa ya un periplo de algo más de 9 años subiendo cuesta arriba contra la gravedad del Sol. Este año 2015, por fin está cerca de su "destino": Plutón y su vecindario inmediato.

Pero hablar de "destino" para una nave tan rápida y que se acerca a un cuerpo tan ligero que apenas si podrá perturbar sutilmente su movimiento, es solo un decir. Después de recorrer el espacio entre los planetas del sistema solar durante 3464 días (83.136 horas), la sonda New Horizons (cuyo nombre abreviaré en lo sucesivo N.H., igual que las iniciales de sus dos pequeñas lunas Nix e Hidra) pasará volando cerca a Plutón y sus múltiples lunas en una de las visitas interplanetarias más cortas de la historia. En total la nave estará a una distancia útil para hacer ciencia cerca a Plutón durante tan solo, ponga mucha atención, ¡2 miserables horas! La duración del sobrevuelo a Plutón de N.H. equivale a tan solo el 0,002 % del tiempo total de la Misión.

Naturalmente la nave ha hecho (y hará) mucho más durante los aproximadamente 15 años de vida útil que tiene. Desde que se lanzó ha hecho ciencia, midiendo las propiedades del ambiente interplanetario, fotografiando pequeños objetos a su paso por el cinturón de Asteroides, realizando registros fotográficos con instrumentos de última generación de la atmósfera y algunas de las lunas de Júpiter, cerca al cual pasó tan solo 1 año después de ser lanzada y más recientemente y hasta unos días antes de su aproximación final, fotografiando a Plutón, Caronte y sus lunas con una resolución superior a la de cualquier telescopio en la Tierra.

Imagen infrarroja de la atmósfera de Júpiter tomada por una de las cámaras de la New Horizon durante la campaña de observación del planeta gigante entre enero y junio de 2006.  En términos de tiempo, New Horizons es más una misión de observación de Júpiter que de Plutón mismo.
Imagen infrarroja de Io tomada por los instrumentos de la sonda New Horizons.

Imagen infrarroja de la atmósfera de Júpiter (arriba) y de la superficie de su luna volcánica Io, tomada por las cámaras de la New Horizons durante la campaña de observación del planeta gigante entre enero y junio de 2007. En términos de tiempo, New Horizons es más una misión de observación de Júpiter que de Plutón mismo (crédito: NASA/JHU APL/SwRI).

Aun así, su paso cerca al vecindario de Plutón, el objetivo fundamental de la misión, será verdaderamente fugaz. Para mí, la existencia de una misión como N.H., que pone a prueba extrema la paciencia humana y su capacidad para satisfacerse con apenas unas "migajas" de tiempo, es una demostración del avanzado nivel que ha alcanzado nuestra capacidad de exploración y un adelanto de los retos futuros que deberá enfrentar nuestra paciencia como especie exploradora.

Para hacerse a una idea de la fugacidad de la "visita" de la N.H. a Plutón podemos imaginar una analogía terrestre. Imagine que lo invitaran a conocer la Torre Eiffel en París. "¡Qué divertido!" pensaría usted. Suponga ahora, sin embargo que le dijeran que la visita solo puede realizarse montado sobre una avioneta que vuela a ras de suelo y a una distancia de más de 1 kilómetro de la torre. Viajando a unos 200 km/h la posibilidad de sacarse unas buenas fotos de la torre, los jardines y edificios vecinos, no será mucha, a no ser de que se prepare con buena anticipación y tenga equipo fotográfico de última generación. ¿Un selfie? ¡Difícil! El paseo ya no tiene mucho atractivo pero por París usted hace lo que sea. Pero no le han dicho lo peor. El viaje en la liviana avioneta comienza en las antípodas de París y toma 7 días en llegar a su destino final volando por inmensas regiones despobladas del planeta. ¡Una verdadera prueba a la paciencia de cualquier turista fanático! Así o peor es la misión de la N.H.

Calendario de actividades científicas de N.H. durante su fugaz sobrevuelo al sistema de Plutón (crédito: NASA/JHU APL/SwRI)

Calendario de actividades científicas de N.H. durante su fugaz sobrevuelo al sistema de Plutón. Nótese que de los 15 años de duración total unos meses del 2015 serán verdaderamente críticos y de ese año, unos días y de esos días, unas horas (franja verde) (crédito: NASA/JHU APL/SwRI).

Pero ¿cómo puede invertirse tanto tiempo y dinero en una misión tan fugaz?

Desconociendo todos los detalles que permitieron a los científicos americanos justificar esta curiosa misión, yo sugeriría que hay dos razones fundamentales que garantizaron la financiación de la N.H. Primero nunca antes habíamos visitado un cuerpo tan lejano del sistema solar (así sea por tan solo dos horas). Y segundo, pero no menos importante, la nave visitará al único planeta descubierto por un astrónomo de los Estados Unidos. Sería ingenuo no admitir que la misión tuvo de fondo una componente nacionalista.

A pesar de haber perdido por decreto su "membrecía" en el exclusivo club de los Planetas en 2006 (incluso meses después de que la misión del N.H. fuera lanzada), Plutón, como otros cuerpos similares a él situados más allá de la órbita de Neptuno, es todo un misterio. Todo lo que podamos aprender sobre el planeta enano (como hay que llamarlo "legalmente" al día de hoy), así sea durante un fugaz sobrevuelo, podría enriquecer de formas todavía inesperadas nuestro conocimiento sobre cuerpos planetarios muy fríos y primitivos.

Ahora bien, ¿por qué la N.H. no fue diseñada para detenerse y orbitar a Plutón?

Viajar entre los planetas y estacionarse a su lado no es tarea fácil. En primer lugar para llegar hasta Plutón o cualquier planeta lejano hay que subir una empinada e invisible colina: el campo gravitacional del Sol. Para hacerlo, una nave que salga de las inmediaciones de la Tierra tiene que viajar como mínimo a unos 150.000 km/h (a esta se la llama la velocidad de escape del Sol). En segundo lugar, para que la nave llegue a su destino en un tiempo razonable (al menos para los estándares humanos) a la anterior velocidad se le deben sumar unos 30.000 km/h. Si además la nave pasa cerca de un planeta gigante como Júpiter en un tiempo y ángulo correcto puede recibir un impulso adicional de más de 10.000 km/h. Así es como paso exactamente con la N.H.

Para cuando la nave ha llegado a su destino final, gran parte de su impulso se ha consumido saliendo del "valle" gravitacional que crea el Sol. Aun así su velocidad sigue siendo muy grande, más de 47.000 km/h para cuando la N.H. alcance las vecindades de Plutón.

Trayectoria, posición y velocidad relativa de la Nave New Horizons respecto a Plutón (disponible en tiempo real en este enlace)

Trayectoria, posición y velocidad relativa de la nave New Horizons respecto a Plutón (disponible en tiempo real en este enlace)

Si se quiere estacionar cerca a él, la nave debería frenarse hasta que su velocidad sea menor a la velocidad de escape del planeta enano o mejor del sistema formado por Plutón y Caronte, su "planeta hermano".  

A unos 10.000 km de Plutón, la mínima distancia a la que se aproximará la N.H. del planeta enano, la velocidad de escape es de 1300 km/h. Para estacionar la veloz sonda en el vecindario de Plutón y Caronte habría que quitarle 45.000 km/h de velocidad. ¡Una hazaña orbital casi imposible!

Tendremos que conformarnos con una fugaz visita y esperar las décadas o siglos venideros para que una misión de "exploración" verdadera sea diseñada y lanzada.

Pero no solo la paciencia humana está a prueba en la misión del N.H. Existe un riesgo muy real de que la misión termine súbitamente sin que una sola imagen de alta resolución o un solo bit sobre el ambiente gaseoso del planeta enano sea enviado a la Tierra.

Recientemente los instrumentos a bordo de New Horizons tomaron las primeras imágenes desde la nave de las pequeñas lunas que acompañan a Plutón y Caronte.  Estas lunas podrían ser apenas una muestra de un campo de detritos más numerosos alrededor del sistema y que podría poner en riesgo la misión (crédito: NASA/John Hopkins University Applied Physics Laboratory)

Recientemente los instrumentos a bordo de New Horizons tomaron las primeras imágenes desde la nave de las pequeñas lunas que acompañan a Plutón y Caronte. Estas lunas podrían ser apenas una muestra de un campo de detritos más numerosos alrededor del sistema y que podría poner en riesgo la misión (crédito: NASA/JHU APL/SwRI)

Entre el año 2005 y 2012 y usando el telescopio espacial Hubble, el equipo científico de la New Horizons descubrió que los planetas hermanos, Plutón y Caronte, no estaban solos. Alrededor de ellos un pequeño enjambre de 5 pequeñas lunas (de algunas decenas de kilómetros cada una) escoltaban al sistema.

La emoción del descubrimiento fue seguida rápidamente por una realidad preocupante: si Plutón y Caronte, aun siendo tan pequeños, estaban rodeados de hasta 5 lunas visibles desde una distancia tan grande, el número de bloques de hielo, invisibles desde esta distancia, que podrían escoltar a esta ahora numerosa familia, podría ser aún mayor.

Con piedras flotando por ahí la que inicialmente parecía una misión muy segura podría convertirse en un sobrevuelo "Kamikaze". En nuestra analogía del viaje fugaz a París, es como si realizáramos nuestra visita en avión viajando a una altura inferior a la de los edificios vecinos. Sin un mapa de la ciudad, nuestro avión, después de unos increíbles 7 días de vuelo, podría terminar clavado en un estrecho ático en lo alto de un edificio de apartamentos parisino.

La cosa es aún más grave si se tiene en cuenta que por el diseño de la nave los datos e imágenes tomados durante el sobrevuelo solo pueden enviarse después de que este termine, tal vez unas horas después del punto de máxima aproximación (que se calcula se producirá -si no hay un choque antes- a las 11:50 a.m. del tiempo de Greenwich o 6:50 a.m. UTC-5 del 14 de julio de 2015).

Contando un ancho de banda de apenas 1 kbit/segundo (es decir 50 veces menos que el del internet conmutado de los años noventa), los datos científicos de la misión no llegarán a la Tierra sino muchas horas después de completarse el sobrevuelo. Esto sin contar con las 4 horas y media de retraso debidas solamente al tiempo que le toma a las ondas de radio alcanzarnos desde la brutal distancia a la que se encuentra Plutón. En algunos casos (las imágenes de más alta resolución) los datos solo llegarán a la Tierra muchos meses después de la "visita" histórica (imaginen descargar una imagen de varios megabytes usando un Internet primitivo de los años noventa).  

Así, si un choque ocurre antes de la máxima aproximación e incluso después de ella, es posible que los datos científicos más valiosos que alcancen a recabarse se pierdan para siempre.

Pero los científicos e ingenieros de la N.H. no improvisarán en cuanto a disminuir la oportunidad de una suspensión repentina de la misión. Desde ahora y hasta estar muy cerca a Plutón la cámara de rango largo de la nave está monitoreando las vecindades del planeta y sus lunas para detectar objetos potencialmente peligrosos. En caso de descubrirse algo la N.H. podrá modificar su órbita para esquivar posibles impactores. Pero piedras muy pequeñas podrían representar una amenaza imposible de detectar a la distancia. Para ello se ha diseñado una estrategia en la que se usaría el gran plato reflector que usa la nave para comunicarse con la Tierra como una sombrilla contra los impactos más pequeños. Esto protegería la instrumentación más delicada contra daños imprevistos por objetos de algunos milímetros. Sin embargo si un objeto grande destruye una parte del plato reflector, los instrumentos científicos se salvarán pero la posibilidad de enviar los datos obtenidos por ellos podría perderse.

¡Que susto!

No hay pues nada de cotidiano o de trivial en la New Horizons. Al escribir esta entrada quedan menos de 50 días de viaje y todos en la comunidad científica estamos cruzando los dedos para que uno de los "instantes" (literalmente) más importantes de la exploración del sistema solar se desarrolle sin inconvenientes.

Para saber más: