Google+ Crastinia: La inminente destrucción de Venus Express

viernes, 30 de mayo de 2014

La inminente destrucción de Venus Express

Tras más de ocho años en órbita alrededor de Venus para estudiar el planeta a fondo, la nave Venus Express se acerca a un final espectacular en el que resultará destruida al entrar en la atmósfera de lo que podríamos llamar "el sitio más parecido al infierno que conocemos".

¿Cómo?, ¿que hay una nave alrededor de Venus y no nos hemos enterado?, ¿que además es una nave europea y se ha pasado ahí más de ocho años? La política divulgativa de la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés) con respecto de sus misiones y resultados siempre ha sido, por decirlo así, bastante pobre, algo que por suerte parece estar cambiando un poco en los últimos tiempos. Y eso que estamos hablando de una agencia espacial que funciona con el dinero público que ponemos entre todos los ciudadanos de los países miembros de la agencia. Sería todo un detalle un esfuerzo comunicativo para explicar las cosas increíbles y para muchos inimaginables que se consiguen con nuestro dinero.

La historia de Venus Express comienza con la de Mars Express, otra nave europea que ahora mismo está en órbita de Marte obteniendo datos e imágenes espectaculares (¿cómo?, ¿¡que hay una nave europea alrededor de Marte!?). En 2001, con la experiencia obtenida con el diseño, construcción y lanzamiento de Mars Express a alguien se le ocurrió que sería buena idea lanzar un concurso de ideas para una nueva misión que aprovechase todos esos recursos. Construir naves para explorar el sistema solar no es algo que pueda hacerse en serie: las condiciones en cada parte del Sistema Solar son tan distintas, los objetivos de las misiones son tan variadas, que es imposible construir un solo tipo de nave que pueda cubrir todas las expectativas. Es esta especifidad en el diseño de cada nave lo que en parte eleva su coste. Crear un ingenio de tecnología punta casi desde cero es caro, muy caro, y más cuando se tiene en cuenta que posiblemente vaya a ser el único en su especie, de ahí el interés de reutilizar todos los recursos que se han usado en la puesta en marcha de una misión. En este caso, a alguien más se le ocurrió que sería interesante reutilizar todo aquello para una misión a Venus: tanto Marte como Venus son vecinos de la Tierra, son "facilmente" alcanzables y una nave que pueda funcionar en órbita de Marte puede hacerlo en órbita de Venus con algunos retoques. El 5 de noviembre de 2002, y tras estar pendiente de un hilo debido a la indecisión de los italianos a la hora de apuntarse al proyecto, Venus Express fue aprobada por la ESA.


Tuneando a VEX antes de darse un paseo por Venus. Crédito: ESA/EADS Astrium
Venus Express fue construida y preparada por EADS Astrium (hoy en día Airbus Defence & Space) en el tiempo récord (¡ja!) de 33 meses, contra los 48 meses que tardó en desarrollarse Mars Express, y a un menor coste, que era el objetivo cuando fue aprobada. Fueron necesarios algunos cambios, como la mejora del aislamiento térmico (Venus está más cerca del Sol que Marte, y su propia superficie emite bastante calor) y el uso de paneles solares de menor tamaño y de mayor resistencia al calor por la mayor cercanía al Sol. Venus Express reutilizó algunos de los instrumentos científicos de repuesto de la Mars Express y de la sonda Rosetta (que en este momento está muy cerca de su objetivo, el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko), aunque lleva alguno construido especificamente para ella. La misión está centrada en la misteriosa atmósfera venusina y su entorno, aunque es capaz de estudiar en parte su superficie. Y es que Venus es posiblemente uno de los planetas cuyo estudio es más complicado: de los planetas terrestres tiene la atmósfera más gruesa, con 90 atmósferas de presión y casi 500 grados celsisus en la superficie, una composición casi totalmente de dióxido de carbono con nubes de ácido sulfúrico, una masa parecida a la de la Tierra y sin un campo magnético protector y la rotación más lenta de todos los planetas del Sistema Solar, con un día que dura 243 días terrestre y con polo norte, además, apuntando hacia abajo, o dicho de otro modo, rotando en sentido contrario a como lo hace la Tierra y el resto de planetas. Estudiar la superficie es casi imposible a menos que se use radar (que Venus Express no tiene), aunque hay "ventanas" en longitudes de onda del infrrarojo (que Venus Express sí usa) donde la atmósfera es más o menos transparente, pero con su grosor se obtienen imágenes que son algo más parecido a intentar adivinar qué hay al otro lado de un cristal translúcido que otra cosa.
 
Luces y sombras en la atmósfera de Venus, fotografiada por la cámara VMC. Crédito: ESA/ MPS/DLR/IDA

¿Por qué ir a estudiar Venus? Por algo muy sencillo: tiene un tamaño muy parecido al de la Tierra y está en una zona similar del Sistema Solar. Venus y La Tierra son casi gemelos en cuanto a tamaño, con Venus solo un poco menos masivo. La diferencia en cuanto a distancia al Sol tampoco es demasiada: Venus solo está un 29% más cerca del Sol que la Tierra. Venus debería haber sido una segunda Tierra. Pero resulta ser un infierno casi imposible de visitar en su superficie: ninguna de las sondas enviadas allí (la mayoría soviéticas) soportó más de un par de horas las brutales condiciones venusinas, en un medio ambierte con temperaturas de horno y una atmósfera corrosiva y aplastante. Venus Express es, hasta ahora, la última sonda orbital enviada para estudiar por qué Venus es como es en lugar de ser un vergel para la vida. De su comparación con la Tierra podemos conocer qué podría sucederle a nuestro planeta en el futuro, qué condiciones pueden diferenciar un planeta apto para la vida de otro que no lo es, podemos refinar nuestros modelos atmosféricos y hacerlos más precisos, mejorando de rebote la predicción meteorológica aquí en la Tierra, qué puede ocurrirle a una atmósfera sin la protección de un campo magnético (muy a cuento de la inversión de polaridad magnética a la que se está dirigiendo la Tierra), la influciencia de la tectónica de placas en la evolución de un planeta (Venus parece no tener tectónica de placas o tenerla en grado reducido) y otras muchas cosas.


Para el estudio de Venus, nuestra nave cuenta con instrumentos para medir campos magnéticos (instrumento MAG), detectar plasma, iones y átomos neutros (ASPERA-4), cámaras y espectrómetros capaces de sacar imágenes en el espectro visible, ultravioleta e infrarrojo y analizar la luz para estudiar la composición de la atmósfera y vislumbrar la superficie (VMC, PFS, SPICAV, VIRTIS) y es capaz de enviar pulsos de radio mediante la antena principal de la nave a través de la atmósfera venusina hacia la Tierra para poder estudiar su estructura y la forma y composición de la ionosfera (VeRa). Venus Express está, ya lo véis, bien preparada para desvelar al menos algunos de los secretos del lucero del alba. Incluso en su sacrificio final, ya próximo, nos regalará valiosos datos que antes no podía obtener.

Venus Express comenzando su viaje a bordo de un cohete Soyuz. Crédito: ESA / STARSEM-S. CORVAJA
La nave fue lanzada el 9 de noviembre de 2005 mediante un cohete ruso Soyuz desde el cosmódromo de Baikonur, en la estepa kazaja, y llegó a Venus el 11 de abril de 2006 tras 153 días de solitario viaje. Venus Express (también conocida por la abreviatura VEX para los amigos) acabó en una órbita muy elíptica alrededor del planeta que iba a estudiar, con su punto más cercano a solo 250 km de la superficie y sobre su polo norte y el punto más lejano a 66.000 km de la superficie, tardando 24 horas en recorrerla. La misión principal debería haber durado poco menos de año y medio, pero Venus Express resultó ser una máquina excelente, y con los cuidados de los ingenieros y los científicos ha aguantado ocho años en un entorno terrible, estudiando impasiblemente lo que queda del hermano fallido de la Tierra. Ocho años dan para mucho. Estos son algunos de los descubrimientos que VEX ha realizado en todo este tiempo:

- Los vértices polares de Venus son los más cambiantes e inestables conocidos: muchos de los planetas con atmósfera del Sistema Solar (la Tierra incluída) tienen lo que se llaman vórtices polares, que son estructuras parecidas a huracanes donde los vientos giran alrededor de los polos. Los de Venus son tremendamente cambiantes y complejos y además llegan a moverse a cientos de kilómetros del polo en sí.

Vórtice polar sur de Venus fotografiado por la cámara VIRTIS. Mareo garantizado. Crédito: ESA/VIRTIS-VenusX/INAF-IASF/LESIA-Obs. de Paris (G. Piccioni, INAF-IASF)
- Venus tiene muy posiblemente volcanes activos: las mediciones de las cámaras VIRTIS y VMC han detectado anomalías térmicas y han obtenido imágenes que indican la existencia de posible vulcanismo ahora mismo en la superficie de Venus. No se trata de un descubrimiento confirmado por lo difícil del estudio de la superficie venusina desde órbita, pero son un buen indicio. Venus formaría parte del selecto club de cuerpos del Sistema Solar con volcanes en activo.

¿Volcanes en Venus?, ¡ay qué calor! Representación artística de un volcán en la superficie venusina. Crédito: ESA/AOES Medialab
- Venus no solo rota muy lentamente, sino que además se está frenando: la sonda estadounidense Magallanes hizo en los años 1990 un preciso mapa de la superficie de Venus gracias a su radar y además estableció con precisión la duración del día de Venus en 243,0185 días terrestres. Más de una década más tarde, VEX descubrió al sacar imágenes de la superficie que lo que se veía en un momento dado no se correspondía totalmente con lo que debería verse si la rotación de Venus hubiese sido constante desde la época de la Magallanes. La única manera de hacer coincidir lo que se veía con lo que debería verse era suponiendo que la rotación de Venus se había hecho 6,5 minutos más lenta. La sorprendente conclusión tiene consecuencias en cuanto a la composición interna de Venus: un Venus con un núcleo sólido sería menos influenciable a la hora de variar su rotación, al contrario que un Venus con un núcleo líquido, como la Tierra. Por otro lado, la causa de la ralentación en sí puede estar en varias fuentes, la más importante de las cuales es la gruesa atmósfera y los vientos de la misma.

- La superrotación atmosférica está acelerándose: la superrotación en una atmósfera se produce cuando toda la atmósfera de un planeta da la vuelta al mismo en menos tiempo del que el planeta tarda en completar una rotación. La atmósfera de Venus tarda cuatro días en dar la vuelta al planeta, mientras que Venus en sí tarda 243 días en rotar sobre sí mismo, luego la atmósfera de Venus es superrotatoria. En los ocho años que VEX lleva estudiando Venus y midiendo pacientemente la velocidad de su atmósfera, ha encontrado que de los 300 km/h que empezó midiendo en 2006 se ha llegado a 400 km/h en las mediciones más recientes. La causa de esta aceleración es desconocida.

Aceleración de la velocidad de la atmósfera de Venus a latitudes entre cero y 50 grados de latitud norte y sur mediante dos métodos distintos (línea blanca y línea negra). Crédito: Khatuntsev et al, ESA.
- Nieve en el infierno: VEX descubrió que a 125 km de altura la atmósfera de Venus es lo suficientemente fría, con temperaturas de hasta -175 ºC, como para que el dióxido de carbono que la compone se congele. El descubrimiento se hizo al estudiar la luz del Sol pasando por la atmósfera a distintas alturas en el terminador, la línea que separa el hemisferio iluminado del hemisferio nocturno de un planeta.

- La capa de ozono venusina: solo tras la llegada de VEX a Venus se ha descubierto que, al igual que la Tierra y parcialmente en Marte, Venus tiene una (tenue) capa de ozono detectada gracias a SPICAV al estudiar la ocultación de varias estrellas por la atmósfera. La capa de ozono de Venus es mil veces menos densa que la terrestre y posiblemente esté restringida en su mayor parte al hemisferio nocturno, donde migra y se concentra el oxígeno (la molécula de ozono está formada por tres oxígenos unidos) procedente de las moléculas de dióxido de carbono rotas por la radiación ultravioleta solar en el hemisferio diurno.

- Venus ha estado perdiendo su agua en el espacio: la Tierra y Venus se formaron en una zona similar del Sistema Solar, por lo que su contenido en agua debería ser parecido, pero Venus es hoy en día seco como un hueso y además está perdiendo el poco agua que le queda en el espacio. VEX ha confirmado mediante su magnetómetro y mediante el instrumento ASPERA, que estudia el plasma y los átomos del entorno de Venus, que Venus pierde hidrógeno y oxígeno rapidamente, hidrógeno y oxígeno que provienen de las moléculas de agua de la atmósfera superior rotas por la radiación ultravioleta y barridas por el viento solar en el magneticamente desprotegido planeta. Además ha medido una pérdida de una cantidad de aproximadamente el doble de hidrógeno que de oxígeno, indirectamente confirmando que los átomos provienen de moléculas de agua rotas. En la Tierra pasa algo similar, pero contamos con la protección del campo magnético terrestre.

- Venus no tiene magnetosfera, pero tiene una magnetocola inducida por el viento solar donde se producen fenómenos similares a los encontrados en planetas con campo magnético: Venus no genera ningún campo magnético interno, a diferencia de la Tierra y Mercurio, que tienen campos magnéticos más o menos intensos, y Marte, que tiene un pequeño magnético fósil. Sin embargo, la interacción directa entre el viento solar y la ionosfera venusina (la capa superior de la atmósfera ionizada debido a la radiación solar) produce un pequeñísimo campo magnético inducido además de una magnetocola alargada en dirección contraria al Sol, un fenómeno similar a la estela que se produce tras una piedra en medio de un río en el sentido de la corriente. La sorpresa ha sido que en esa magnetocola inducida se producen fenómenos de reconexión magnética, un fenómeno solo conocido hasta ahora en magnetocolas producidas por planetas con campos magnéticos de verdad y que no se creía que podía producirse en Venus. La reconexión magnética es la responsable de que en la Tierra ocurran auroras polares y tormentas magnéticas. En Venus las reconexiones ocurren a una distancia diez veces inferior del planeta que en la Tierra.

El final



 Tras ocho discretos años de descubrimiento, observación y estudio, la vida de VEX llega a su fin. La enorme órbita elíptica en la que ha pasado estos años necesitaba ser ajustada cada cierto tiempo, consumiendo un combustible que ahora ya casi se ha agotado. Como último regalo de una nave que ha sido un poco el patito feo de la ESA pero que ha hecho un enorme favor a la humanidad como única nave en todos estos años estudiando Venus, los responsables de la misión han diseñado un último experimento para VEX: la nave irá reduciendo gradualmente su altitud, pasando por capas cada vez más densas de la atmósfera, siendo frenada en el proceso. Hará algunas mediciones durante el tiempo que le queda, mediciones en regiones de la atmósfera donde nunca ha estado, quizá reservándonos algún descubrimiento inesperado. El frenado de la atmósfera dará además información a los ingenieros sobre cómo usar esta misma técnica en otras naves para ahorrar combustible, como han hecho algunas naves ahora en órbita de Marte, usando el rozamiento atmosférico para ajustar sus órbitas sin gastar el preciado combustible. Mientras tanto se intentará llevar a VEX a los límites de su diseño y más allá, a alcanzar alturas tan bajas como 130 km sin destruirse en el intento, pero no aguantará mucho más. Esta fase de "aerofrenado" tendrá lugar entre el 18 de junio y el 11 de julio de este año y en el mejor de los casos, si VEX sigue viva tras el 11 de julio, su órbita será elevada ligeramente con el poco combustible que aún le quede para, con suerte, seguir realizando sus últimas observaciones durante unos pocos meses adicionales más, pero nadie cuenta con que sobreviva más allá de finales de 2014.

¡Adiós, Venus Express, y gracias por el pescado! Crédito: ESA–C. Carreau

Fuentes:

- Venus Express gets ready to take the plunge
- Major Discoveries by Venus Express: 2006-2014
- Venus Express: mission overview

No hay comentarios:

Publicar un comentario