Primera imagen "nítida" de Plutón

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Las claves del histórico encuentro de la New Horizons con Plutón

¿Tiene Plutón ríos de neón?¿Alberga quizá un océano o manto subterráneo de agua líquida?¿O a lo mejor posee exóticos criovolcanes? Estas preguntas revelan lo poco que sabemos sobre Plutón, el planeta enano antes conocido como planeta a secas, pero también es una muestra de lo que puede descubrir la sonda New Horizons durante los siguientes días. Porque dentro de pocas horas la humanidad saldará una cuenta pendiente con Plutón y seremos testigos del encuentro más lejano de una sonda espacial con un cuerpo del sistema solar. Con la visita de la New Horizons a Plutón dará por finalizado el primer reconocimiento general del sistema solar desde comenzó la era espacial.

El 14 de julio de 2015 a las 13:50 (mas exactamente a las 13:49:57) hora española la sonda New Horizons tiene una cita con la historia (NASA).

11:49:57 UTC: máximo acercamiento a Plutón (12500 km).
12:03:50 UTC: máximo acercamiento a Caronte (29451 km).
12:51:25 UTC: la sonda se interna en la sombra de Plutón.
12:51:27 UTC: la sonda se interna en la zona de ocultación de la Tierra por Plutón.
14:17:41 UTC: la New Horizons atraviesa en la sombra de Caronte.
14:20:01 UTC: la sonda se introduce en la zona de ocultación de la Tierra por Caronte.

Aclaración Plutón se encuentra actualmente a 31,9 UA de la Tierra más exactamente a 4.772.159.976 Kilómetros de la tierra por lo que la luz (así como el resto de señales electromagnéticas) tarda un total de 4 horas y 25 minutos y 7 segundos en llegar desde la Tierra a Plutón y viceversa.
Así pues aquí no recibiremos las primeras informaciones del encuentro hasta las 18:15 hora española (y para las imágenes habrá que esperar varios días mas porque la sonda esta demasiado ocupada recopilando datos como para ponerse a mandar imágenes).

Pero la New Horizons no estudiará solamente Plutón. También visitará un sistema de al menos cinco lunas, entre ellas Caronte, tan grande con respecto a Plutón que, de hecho, podemos decir la New Horizons llevará a cabo el primer sobrevuelo de un planeta doble. Por tanto, la misión investigará por primera vez varios objetos del cinturón de Kuiper, la tercera y la más grande región en la que está dividido el sistema solar y que guarda numerosas claves sobre su formación. En 1989 la Voyager 2 sobrevoló Neptuno y su principal luna, Tritón, un satélite que podría ser un objeto transneptuniano formado originalmente en el cinturón de Kuiper y que fue capturado posteriormente por la gravedad de Neptuno. No obstante, nadie ha observado de cerca un objeto del cinturón de Kuiper en su ‘medio ambiente’ natural, algo que cambiará la New Horizons para siempre.

Planetas enanos, asteroides y objetos transneptunianos comparados con Plutón (NASA).

Plutón sigue siendo el representante de mayor tamaño de entre todos los planetas enanos del sistema solar, lo que no deja de ser una paradoja teniendo en cuenta que el descubrimiento de Eris en 2005 obligó a que la Unión Astronómica Internacional introdujese la categoría de planeta enano. Efectivamente, Eris es un 27% más masivo que Plutón, pero las últimas observaciones sugieren que Plutón es ligeramente más grande que Eris, con un diámetro de 2370 kilómetros frente a los 2326 kilómetros de este último. En resumen, Plutón es un representante ideal del tercer tipo de mundos que forman nuestro sistema solar, tras los planetas rocosos, los gigantes gaseosos y de hielo.

Comparando la Tierra y la Luna con Plutón y Caronte (NASA)

La misión New Horizons nos mostrará los mecanismos de la interacción entre la atmósfera y la helada superficie de Plutón. La atmósfera de Plutón es muy fina, con una presión superficial que va de los 7 a los 24 microbares (durante el invierno plutoniano la atmósfera prácticamente se condensa sobre la superficie). A pesar de todo es la cuarta atmósfera más densa de un cuerpo con superficie en el sistema solar después de Venus, la Tierra, Marte y Titán. A las temperaturas a las que se encuentra este planeta enano (-230º C), en la superficie coexisten hielos de nitrógeno, amoniaco y monóxido de carbono en lo que quizás sea uno de los sistemas más complejos de interacciones de todo el sistema solar. La atmósfera se encuentra a unos 40º C por encima de la temperatura superficial gracias a la presencia de metano (un potente gas invernadero).

Plutón y otros planetas enanos transneptunianos. La superficie de Plutón es más rojiza que la de Caronte, que se supone formada por hielo de agua (NASA).

Las características superficiales de Plutón parecen ser dinámicas, así que es posible que la sonda descubra una superficie más compleja de lo esperado. La tenue atmósfera de Plutón -compuesta principalmente por nitrógeno, como la Tierra- podría presentar neblinas de hidrocarburos o géiseres como Tritón. E incluso podrían existir ríos o lagos de neón, una posibilidad muy remota, pero no imposible. Por supuesto, la sonda también estudiará las cinco lunas conocidas -dos de las cuales no se conocían antes del lanzamiento de la New Horizons- y buscará algunas más.

Y, mientras, ya tenemos aquí los primeros datos científicos de la misión. La sonda ha determinado que el radio de Plutón es de 1185 kilómetros con un error de 10 kilómetros (es decir, tiene un diámetro de 2370 kilómetros), una medida que mejorará durante el encuentro cuando tengamos datos sobre el perfil de la atmósfera, que es la causa principal de la incertidumbre a la hora de determinar el radio del planeta enano. La cifra es ligeramente superior a la que hasta ahora se usaba como la mejor estimación (unos 1150 kilómetros), así que esto implica que la densidad de Plutón es un poco más baja de lo esperado (¡más hielos y menos roca!). También significa que Plutón es con casi total seguridad más grande que Eris, el objeto del cinturón de Kuiper cuyo descubrimiento ocasionó paradójicamente que a Plutón le fuese retirado el título de planeta. Eso sí, Eris sigue siendo más masivo y bastante más denso. ¿Por qué? Nadie lo sabe, pero he aquí una magnífica excusa para mandar una sonda a Eris lo antes posible. Por otro lado, la sonda también ha determinado que el diámetro de Caronte es de 1208 kilómetros y el de Nix es de unos 35 kilómetros, mientras que Hidra alcanza los 45 kilómetros y se convierte así de forma oficial en la tercera luna más grande del sistema.


Otro descubrimiento que el equipo de la misión ha hecho público hoy es que la sonda detectó nitrógeno procedente de la atmósfera de Plutón el día 9 de julio en vez del día 13 como esperaban. O sea, que la exosfera del planeta enano ocupa un volumen mayor de lo previsto. ¿Por qué? Pues, para variar, nadie lo sabe (¿criovulcanismo?). No olvidemos que la atmósfera de Plutón se escapa continuamente al espacio, puesto que su gravedad es muy pequeña para retenerla. Además, la New Horizons ha confirmado, como se esperaba, la presencia de un casquete polar -las regiones brillantes y suaves que se ven en la imágene de arriba- formado por nitrógeno y metano.


(Plutón y sus lunas)

UN POCO DE HISTORIA

La misión de la New Horizons comenzó el 19 de enero de 2006 cuando despegó desde Cabo Cañaveral, Florida, a lomos de un cohete Atlas V 551. La etapa superior Centaur le proporcionó a la sonda una velocidad de 16,26 km/s (58 536 km/h), convirtiéndose así en el objeto humano con una mayor velocidad de escape con respecto a la Tierra (aunque no el más rápido en términos absolutos). Nunca antes una nave había sido situada en una trayectoria directa de escape del sistema solar, ya que tanto las Pioneer 10 y 11 como las Voyagers 1 y 2 alcanzaron primero órbitas solares altamente excéntricas y solamente tras encuentros posteriores con los planetas gigantes pudieron alcanzar la velocidad de escape con respecto al Sol. La New Horizons sobrevoló Júpiter en 2007, aumentando su velocidad 4 km/s hasta alcanzar los 83 000 km/h, lo que ha permitido reducir el tiempo de vuelo hasta Plutón en tres años. La misión está gestionada por el Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHU-APL), la misma institución encargada de las sondas NEAR y MESSENGER. Es la primera vez que una sonda destinada al sistema solar exterior no está controlada por el famoso JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA.

Lanzamiento de la New Horizons (NASA).

La New Horizons es una pequeña nave -comparable a un piano de cola- con una masa de 478 kg al lanzamiento, incluyendo 76,8 kg de hidrazina que alimentan 16 pequeños propulsores para maniobras de corrección de trayectoria. Cuatro de estos propulsores tienen un empuje de 4,4 newtons y sirven para pequeñas correcciones de la trayectoria, mientras que los otros doce poseen un empuje de 0,8 newtons para ajustes de la posición de la nave (en un momento dado solo se usan ocho propulsores y el resto actúa como reserva).


Partes de la sonda y sus instrumentos (NASA).

Las dimensiones de la sonda son relativamente modestas, de 0,7 metros de alto, 2,1 metros de largo y 2,7 metros de ancho, con una antena de comunicaciones de alta ganancia (HGA) de 2,1 metros de diámetro. Para ahorrar energía, la sonda ha entrado en hibernación durante varias fases de su misión. No se trata de una ‘hibernación profunda’ como la de la sonda europea Rosetta, sino una más suave. Incluso estando en el modo de hibernación la nave se ha comunicado una vez por semana para mandar datos sobre la salud de sus sistemas con una velocidad de 10 bps. Para estas sesiones se ha empleado una antena de media ganancia (MGA) situada sobre la antena principal.

La sonda puede estabilizarse mediante giro -durante la fase de vuelo de crucero- o en tres ejes -durante los encuentros con Júpiter, Plutón y un objeto del cinturón de Kuiper-. La estabilización mediante giro permite ahorrar combustible y garantizar las comunicaciones con la Tierra, pero durante los encuentros es necesario estabilizar la nave en sus tres ejes para apuntar los instrumentos. Usando dos sensores estelares y un conjunto de acelerómetros, el ordenador de a bordo puede apuntar la sonda a cualquier punto con una precisión de 0,1º. La New Horizons emplea dos módulos IEM (Integrated Electronics Module) redundantes, cada uno de ellos con un ordenador y una memoria de estado sólido independientes (con una capacidad de 64 Gbits (que equivale a 8GB de capacidad) cada uno OJO @jamblar son 7,5 GB).


La New Horizons emplea un generador de radioisótopos (RTG) de tipo F-8 con 18 módulos GPHS (General Purpose Heat Source) idéntico a los usados por las sondas Cassini, Galileo y Ulysses. En principio debía llevar 10,9 kg de óxido de plutonio-238 para obtener electricidad en las afueras del sistema solar, pero las carencias en la producción de plutonio en los EEUU provocó que finalmente se incluyesen solamente 9,75 kg, lo que redujo su potencia prevista en un 15%. La eficiencia a la hora de convertir el calor en electricidad del RTG es de sólo 6,4%, por lo que a la distancia de Plutón toda la nave deberá consumir menos que una bombilla de 200 vatios. El RTG era capaz de generar 240 vatios en el momento del despegue, pero su potencia ha disminuido con los años (a un ritmo de unos 3,5 vatios por año), precisamente por lo cual la propuesta anterior de misión Pluto Express debía incluir un RTG con una potencia inicial de 290 vatios. A pesar de todo, los instrumentos estarán sometidos a una dosis de apenas 5 krads durante el encuentro con Plutón gracias a la estructura y disposición de la nave.

RTG del tipo GPHS de la New Horizons (NASA).

Unos 15 vatios de calor procedentes del RTG se usan para mantener la temperatura del interior de la nave ligeramente por encima de los 0º C, evitando así la congelación de la hidrazina y el correcto funcionamiento de la electrónica. La sonda está cubierta con una serie de mantas aislantes para mantener la temperatura, aunque en caso de que esta supere los 25º C se acciona un sistema especial de ‘persianas’ para refrigerar el interior del vehículo. Bajo el material aislante se encuentran varias capas de kevlar que actúan como blindaje contra los impactos de micrometeoros.

Propulsores de la sonda y dirección del empuje (NASA).

Los siete instrumentos científicos de la New Horizons consumen 28 vatios y tienen una masa total de 30,2 kg, lo que resulta sorprendente si tenemos en cuenta que solamente la cámara de la sonda Cassini tiene una masa superior. A pesar de todo, nunca antes una primera misión de reconocimiento de un cuerpo del sistema solar ha estado equipada con un conjunto de instrumentos tan potentes. Veamos cuáles son y qué papel jugarán en el encuentro con Plutón:

Ralph: es sin duda la cámara que protagonizará el encuentro, puesto que será la encargada de levantar los mapas de la superficie de Plutón y sus lunas a todo color. Es un instrumento de 10,3 kg altamente sensible, ya que a la distancia del Sol a la que se encuentra Plutón los niveles de iluminación son mil veces inferior a los terrestres. Ralph consiste en realidad en dos cámaras distintas. Por un lado tenemos tres sensores en blanco y negro y cuatro en color que forman parte de la cámara a color MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera), que funciona en las longitudes de onda de 0,4 a 0,95 micras y tiene un campo de visión de 5,7º), mientras que por otro lado tenemos el espectrómetro infrarrojo
LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array, que funciona en el rango de longitudes de onda de 1,25 a 2,5 micras). Ralph buscará nubes o nieblas en la atmósfera de Plutón y la presencia de otras lunas en el sistema. También podrá ver el hemisferio nocturno de Plutón gracias a la luz reflejada por Caronte. LEISA se usará para medir las cantidades de metano, nitrógeno, agua y monóxido de carbono de la superficie de Plutón y sus lunas, además de las temperaturas superficiales.

LORRI (Long Range Reconnaissance Imager): se trata del otro instrumento estrella de la misión. Consiste en una cámara en blanco y negro acoplada a un auténtico telescopio con un campo de visión de 0,29º y 20,8 centímetros de diámetro -una apertura que haría de este aparato un buen telescopio astronómico de aficionado en la Tierra-, lo que permitirá cartografiar Plutón y sus lunas a alta resolución. La capacidad telescópica de LORRI permitirá levantar un mapa de toda la superficie de Plutón, algo que sería imposible con una cámara normal. La razón es que Plutón gira muy lentamente sobre su eje, tardando 6,4 días en completar una rotación completa (el mismo tiempo que tarda Caronte en girar alrededor de Plutón, ya que ambos mundos sufren acoplamiento de marea). Por este motivo, el día del encuentro la sonda solo podrá ver el hemisferio iluminado y ahí es donde entra en juego LORRI.
Gracias a su capacidad telescópica este instrumento podrá cartografíar el otro hemisferio del planeta enano tres días antes del encuentro, aunque obviamente a menor resolución (38 kilómetros por píxel). Por si esto fuera poco, LORRI permitirá ver el hemisferio nocturno de Plutón justo después del sobrevuelo aprovechando la luz reflejada por Caronte. Con 8,8 kg de masa y un consumo de 5,8 vatios, LORRI ha sido y será fundamental a la hora de tomar imágenes de navegación de Plutón y sus lunas para determinar si la sonda sigue una trayectoria correcta. Durante el encuentro LORRI obtendrá imágenes de zonas selectas de la superficie de Plutón con una resolución máxima de 70 metros por píxel, mientras que la resolución alcanzada en Caronte será de unos 130 metros por píxel.

Alice: es un espectrómetro ultravioleta que determinará la composición, densidad y temperatura de la atmósfera de Plutón trabajando en 1024 canales espectrales en el rango de frecuencias de 500 a 1800 angstroms. Alice aprovechará el paso de la luz solar y estelar a través de la atmósfera para realizar su trabajo, aunque probablemente no podrá realizar un perfil completo de las características de la atmósfera hasta la superficie por culpa de la absorción de las capas más bajas. También buscará rastros de una atmósfera alrededor de Caronte, un requisito que ha obligado a que la sonda pase por la sombra de Caronte además de la de Caronte. Posee un detector con 32 000 píxels, lo que no está nada mal si lo comparamos con los dos (!) píxeles del espectrómetro ultravioleta de las Voyager.

REX (Radio Science Experiment): REX empleará la antena principal de 2,1 metros de diámetro para recibir las señales emitidas por la red de espacio profundo de la NASA (DSN) con el fin de estudiar las características de la atmósfera de Plutón y la temperatura de la superficie, además de determinar si Caronte también tiene atmósfera. Este tipo de experimento se ha realizado en muchos otros planetas, pero la New Horizons será la primera sonda que recibirá las señales de radio procedentes de la Tierra y no al revés. A diferencia de Alice, REX si podrá levantar un perfil completo de las características de la atmósfera hasta la superficie.

SWAP (Solar Wind at Pluto): como indica su nombre, este instrumento de 3,3 kg estudiará la interacción de Plutón con el viento solar. SWAP puede detectar iones con energías de hasta 6,5 keV y su papel fundamental será determinar cómo se escapa la atmósfera de Plutón al espacio.

PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation): este pequeño instrumento de 1,5 kg complementará a SWAP y buscará los átomos neutros que se escapan de la atmósfera de Plutón. Se trata de un espectrómetro de masas capaz de medir partículas con energías de hasta 1000 keV.

SDC (Student Dust Counter): es el primer instrumento en una sonda espacial interplanetaria diseñado y construido por estudiantes universitarios (en este caso de la Universidad de Colorado en Boulder). Medirá las partículas que impacten contra la sonda para determinar la densidad de polvo en el sistema de Plutón y, en realidad, a través de todo el sistema solar.


Instrumentos de la New Horizons (NASA).



Campos de visión de algunos instrumentos en modo A (estabilización en tres ejes) y modo B (estabilización por giro) (NASA).

Detalles del encuentro
La trayectoria y la fecha del sobrevuelo han sido cuidadosamente elegidas para que la sonda pase a través de la sombra -tanto del Sol como de la Tierra- de Plutón y Caronte, lo que permitirá estudiar el perfil atmosférico de Plutón usando la luz solar (con el espectrómetro Alice) y las señales de radio emitidas desde la Tierra (con el instrumento REX). Además, la posición de Caronte será tal que iluminará el hemisferio nocturno de Plutón, permitiendo levantar un mapa de la mitad del planeta que se halla en sombras. La trayectoria es lo suficientemente próxima a Plutón y Caronte como para obtener imágenes en alta resolución, pero al mismo tiempo podrá cubrir toda la superficie de ambos cuerpos con la mayor parte de instrumentos.


Trayectoria de la New Horizons durante el sobrevuelo (NASA).

Como ya he mencionado al principio del Post
La New Horizons llevará a cabo el encuentro con Plutón el martes 14 de julio a las 11:50 UTC, pero justo ese día no se enviarán imágenes a la Tierra. La razón es que la sonda estará demasiado ocupada investigando el sistema de Plutón para detenerse y mantener apuntada su antena hacia nuestro planeta. Con el fin de ahorrar costes, la nave carece de una plataforma móvil de observación, por lo que para apuntar los diferentes instrumentos hacia cada objetivo es necesario mover toda la sonda usando los propulsores de hidrazina. De hecho, hasta hace una semana se tenia un plan B si el equipo consideraba que el riesgo de impacto con micrometeoritos era demasiado alto existe una opción B en la que la antena hará el papel de escudo de protección.
El 15 de julio a las 00:09 UTC (Las 2:09 AM hora española) la sonda enviará una breve señal de telemetría indicando que ha sobrevivido al sobrevuelo y que se encuentra en buen estado.


Detalles del encuentro (NASA).


Trayectorias alternativas para la sonda en caso de que se hubiese estimado que el riesgo de impacto con partículas del sistema hubiera sido muy elevado. Las otras trayectorias alternativas hubieran tenido menos potencial científico (NASA).
(La Trayectoria remarcada en Verde es la trayectoria original (y la actual puesto que no ha variado) de NH (New Horizons))


Fases de trabajo de la New Horizons (NASA).

El día 13 se tomarán varias imágenes de Plutón mediante LORRI con una resolución de 3,9 kilómetros por píxel, así como imágenes a color de Ralph con una resolución de 28 km/píxel. Estas imágenes se enviarán el mismo día (se terminaran de enviar el día 14 sobre las 4 AM hora española) por si acaso la sonda no sobrevive al encuentro con Plutón. Los días 15 y 16 de julio se enviarán algunas de las imágenes tomadas a alta resolución (0,4 km/píxel) por LORRI durante el encuentro y entre el 17 y el 20 de julio se transmitirán algunas más. Durante el sobrevuelo, Caronte será fotografiado con una resolución ligeramente inferior a la de Plutón (0,38 km/píxel) por la cámara Ralph. En cuanto al resto de lunas, Hydra será fotografiada con una resolución máxima de 1,1 km/píxel, mientras que Nix lo será a 3 km/píxel. Desgraciadamente no hay tiempo para observar todos los satélites en alta resolución y el equipo de la misión ha decidido que es mejor estudiar una luna menor en detalle (Hydra) que dos en baja resolución (las pequeñas lunas Estigia y Cerberos serán fotografiadas a menor resolución todavía). El hemisferio iluminado de Plutón será fotografiado en color con una resolución máxima de 650 metros por píxel, aunque se alcanzarán resoluciones de 70 m/píxel en imágenes en blanco y negro de LORRI.


Campos de visión de LORRI (cuadrado pequeño) y Ralph (rectángulos) durante el sobrevuelo del 14 de julio. El terminador aparece en amarillo. El polo sur esta sumido en la oscuridad (NASA) (pero se intentara vislumbrar el polo sur a menor resolución gracias a la luz que refleja Caronte (pero no hay garantía de que se consigan imágenes apreciables) .

Catorce minutos después de alcanzar la mínima distancia con Plutón, la New Horizons hará lo propio con Caronte. 61 minutos tras el máximo acercamiento a Plutón la nave se internará en la sombra del planeta enano y procederá a estudiar su atmósfera con los instrumentos Alice y REX. 148 minutos después, se adentrará en la sombra de Caronte.
En total la New Horizons almacenará 60 Gbits de datos durante el encuentro, una cantidad ingente de información que resulta muy complicada de enviar hasta la Tierra. La capacidad de transmisión de la sonda está limitada a 2 kilobits por segundo aproximadamente (la señal, emitida con una potencia de 12 vatios, tarda 4 horas y 25 minutos en alcanzar la Tierra), por lo que se requieren casi tres cuartos de hora de comunicaciones con las antenas de la red DSN de la NASA para enviar una imagen de solo 3 Mbits (375 KB). Por este motivo, la New Horizons tardará 16 meses -hasta octubre de 2016- en mandar todos los datos del encuentro a la Tierra. Así que más vale armarse de paciencia.
Después de enviar unas cuantas imágenes de en julio, además de algunos conjuntos de datos del resto de instrumentos, en agosto únicamente se mandarán los datos sobre el plasma y el viento solar de los instrumentos SWAP y PEPSSI. La razón es que las campañas de comunicaciones deben programarse unos dos meses antes, por lo que la de agosto se programará a lo largo de junio y julio, justo cuando el equipo de la misión estará más ocupado preparando el encuentro. Por este motivo, para aliviar la carga de trabajo del personal se ha decidido enviar este conjunto de datos en agosto, que es el más sencillo de planificar.



Secuencia de transmisión de datos de la New Horizons (NASA).

A partir de mediados de de septiembre se enviarán algunas imágenes comprimidas adicionales previamente seleccionadas. Entre finales de septiembre y mediados de noviembre se transmitirán conjuntos concretos de datos, incluyendo más imágenes comprimidas. Por último, entre mediados de noviembre y octubre de 2016 se enviarán a la Tierra los 60 Gbits de datos con todas las imágenes a alta resolución.
En definitiva, habrá que esperar varios meses a ver todas las imágenes de la misión, pero no cabe duda de que el próximo 14 de julio estaremos esperando impacientes las primeras fotografías de un mundo prácticamente desconocido para nuestra generación. A partir de julio Plutón dejará de ser una mancha borrosa para convertirse en un lugar de derecho propio.

Ya solo quedan unas horas



Saludos