lunes, 15 de mayo de 2017

Primer paso de Cassini entre Saturno y sus anillos- Comienza el Gran Final: la última aventura de la sonda Cassini

Posted: 28 Apr 2017 09:06 AM PDT
El 26 de abril de 2017 a las 09:00 UTC la sonda Cassini llegó donde nunca antes había llegado un artefacto humano. Ese día Cassini atravesó por primera vez el hueco existente entre los anillos y el planeta. Fue el primero de los 22 pasos previstos antes de que la veterana nave se destruya en la atmósfera de Saturno el próximo 15 de septiembre. Son sin duda la parte más espectacular de la de por sí impresionante fase Gran Final de la misión Cassini. A pesar de que a primera vista pueda parecer una maniobra arriesgada por lo estrecho del hueco, en realidad la distancia entre el anillo D —el más interno— y el planeta es de casi tres mil kilómetros, casi el diámetro de nuestra Luna, así que lo difícil sería fallar.

Representación artística del paso de Cassini por el hueco entre los anillos y el planeta (NASA/JPL-Caltech).
Sin embargo, el peligro deriva de la enorme velocidad de la sonda al pasar por el plano de los anillos. Cassini atravesó el plano de los anillos moviéndose a una velocidad de casi 124.000 km/h, así que, lógicamente, existe el riesgo de que alguna partícula aislada pueda causar daños irreparables. Por este motivo, en esta ocasión Cassini atravesó el hueco con la antena de alta ganancia —de cuatro metros de diámetro y construida en Italia— por delante, es decir, en ‘modo ariete’.


El huracán del polo norte de Saturno visto por Cassini el 26 de abril (NASA/JPL-Caltech/Jason Major).
Una vez que los instrumentos de Cassini confirmen que la densidad de polvo en el hueco es la esperada según las observaciones realizadas a distancia y, por tanto, lo suficientemente segura para permitir el paso de la sonda, Cassini no usará la antena como escudo, salvo en cuatro ocasiones entre mayo y julio en las que se internará ligeramente en el anillo D. Mientras la antena se está usando como escudo obviamente la sonda no puede comunicarse con la Tierra para transmitir datos, de ahí que hubiera un pelín de tensión durante este primer paso, aunque quizá los medios de comunicación y la NASA lo dramatizaron demasiado. Veinte horas después de cruzar los anillos la sonda se comunicó con la antena de Goldstone de la red de espacio profundo de la NASA (DSN) para decir que todo había salido bien. Poco después pudimos ver las primeras imágenes sin procesar y en blanco y negro (Cassini se movía demasiado rápido para usar varios filtros) del hemisferio septentrional de Saturno, incluyendo el famoso huracán del polo norte.


Las órbitas de la fase Gran Final de Cassini (NASA).


Detalles de las nubes de Saturno vistos el 26 de abril (NASA/JPL-Caltech).


El hexágono del polo norte y su huracán central en infrarrojo (NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill @kevinmgill).


El difuso anillo E, creado por Encélado, visto el 26 de abril (NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill @kevinmgill).
A pesar de lo excepcional del contexto, este tipo de maniobra es rutinaria para Cassini, que está acostumbrada a dejar de apuntar con su antena a la Tierra para realizar observaciones científicas durante los sobrevuelos de los satélites de Saturno. Esto es especialmente común en el caso de los sobrevuelos de Titán, donde la antena de comunicaciones también se usaba como radar para atravesar la espesa atmósfera de la mayor luna de Saturno y cartografiar así su superficie. Recordemos que según su diseño original, Cassini habría sido una sonda Mariner Mark II dotada de plataformas móviles para los instrumentos. Este diseño fue cancelado por su sobrecoste y la NASA se vio obligada a incluir instrumentos fijos, lo que a su vez incrementó el gasto de combustible de la misión, ya que la nave debía ahora moverse como un todo para apuntar a su objetivo.


Sonda Cassini (NASA).



Partes de la sonda (NASA).



Blindaje contrameteoritos de Cassini (NASA).
Aunque es la primera vez que Cassini pasa entre Saturno y sus anillos, técnicamente no es la primera vez que la sonda cruza el sistema de anillos. Cuando la sonda llegó a Saturno el 1 de julio de 2004 ya pasó entre los anillos F y G, al igual que lo ha hecho en las veinte ocasiones anteriores que describió las denominadas órbitas del anillo F previas a las órbitas actuales de la etapa Gran Final.


Geometría del encuentro de Cassini con Saturno el 1 de julio de 2004, cuando se colocó en órbita alrededor de Saturno (NASA).
La última órbita del 15 de septiembre será la 292ª de la misión de Cassini alrededor de Saturno. Durante las últimas 3,5 horas de la misión la sonda transmitirá los datos en tiempo real mientras la antena de alta ganancia apunta a la Tierra. La misión terminará oficialmente cuando los propulsores RCS ya no logren mantener la antena apuntando a nuestro planeta por culpa del rozamiento atmosférico. Pocos minutos después la sonda se desintegrará en la atmósfera.



Nubes en el hemisferio norte de Saturno vistas el 26 de abril (NASA/JPL-Caltech).



Última órbita de Cassini del próximo 15 de septiembre (NASA).
Las órbitas del Gran Final han sido diseñadas para estudiar a fondo la atmósfera de Saturno y sus anillos, al mismo tiempo que la NASA se asegura de que la sonda se destruye y para no contaminar con microorganismos ni Titán ni Encélado. No obstante, en el pasado se plantearon otros finales menos épicos que no incluían pasar por los anillos tan de cerca, ya que se consideraba demasiado arriesgado. Las órbitas de la Gran Final son un magnífico testimonio a la pericia alcanzada por los encargados de la misión (y a las observaciones remotas que han confirmado la baja densidad de partículas de la región). En cualquier caso, todavía nos quedan otras 21 ocasiones para disfrutar del cruce de Cassini por el hueco entre el planeta y los anillos. De entrada, el próximo paso de Cassini por el periapsis tendrá lugar el 2 de mayo.


Próximos pasos por el hueco entre los anillos y el planeta (NASA).




Un escenario propuesto para deshacerse de Cassini (no elegido)(NASA).


Otro escenario para la destrucción de Cassini que no fue elegido (NASA).



Resumen del Gran Final (NASA).
The gap between Saturn and its rings is no longer unexplored space – and we're going back 21 times. #GrandFinale! https://t.co/TSA7uQe4KS pic.twitter.com/t9RlhEsWCP
— CassiniSaturn (@CassiniSaturn) April 27, 2017
Animation of images from @CassiniSaturn's close pass over #Saturn on April 26 pic.twitter.com/yklpSXJwrS
— Jason Major (@JPMajor) April 27, 2017
Entradas relacionadas:
3.    Equinoccio en los anillos de Saturno

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Posted: 23 Apr 2017 08:05 AM PDT
Ya no hay marcha atrás. La mítica sonda Cassini ha comenzado la última etapa de su prolífica misión, denominada adecuadamente como el Gran Final. Cassini, que fue lanzada en 1997 y llegó a Saturno en 2004, se estrellará contra Saturno el próximo 15 de septiembre, poniendo fin a un episodio de exploración del sistema solar que pasará a la historia. La fase Gran Final dio comienzo el 22 de abril de 2017 a las 06:08 UTC con el sobrevuelo número 127 de Titán a solo mil kilómetros de distancia. La gravedad de la mayor luna de Saturno sirvió, como en otras tantas ocasiones anteriores, para cambiar la órbita de la veterana sonda y colocarla en una nueva órbita que le llevará a atravesar hasta en 22 ocasiones el espacio que existe entre los anillos y el planeta antes de resultar destruida.

  Representación artística de Cassini durante su última órbita, el 15 de septiembre, antes de destruirse en la atmósfera de Saturno (NASA/JPL-Caltech).
Cassini ya se encontraba desde el pasado 30 de noviembre en una órbita inclinada y excéntrica alrededor del planeta, pero con el periapsis —el punto más cercano al planeta— situado a unos 7.800 kilómetros por el exterior del anillo F. Cassini ha descrito veinte de estas órbitas antes de alcanzar su órbita final, que tiene una inclinación de 63º (Cassini ya había trazado antes órbitas con una inclinación semejante, pero durante poco tiempo). Desde esta posición inigualable la sonda ha observado en detalle la parte exterior de los anillos y ha obtenido las imágenes de mayor resolución de las pequeñas lunas Pandora, Dafne, Pan y Atlas, famosas por su extraña forma de ‘platillo volante’, así como de los polos de Saturno y su famoso hexágono.

La pequeña luna Atlas (30 km de diámetro) vista el 12 de abril. Destacan los depósitos ecuatoriales de polvo y hielo sin cráteres (NASA/JPL-Caltech).
Estas 22 órbitas finales han sido elegidas con mucho mimo para aprovechar al máximo los últimos meses de vida de la sonda. Atravesar el hueco entre los anillos y el planeta no es sencillo. La sonda tiene un espacio relativamente grande, de unos dos mil kilómetros de amplitud, para cruzarlo sin problemas, pero la velocidad relativa de Cassini será enorme, de unos 34 km/s. Por tanto el equipo de la misión ha debido tener en cuenta los límites exterior e interior de seguridad a la hora de planificar estos pasos. El límite exterior viene dado por el anillo D de Saturno, ya que obviamente no se considera seguro atravesar las zonas más densas. De hecho, en cinco de las 22 órbitas Cassini atravesará este hueco con la antena de alta ganancia por delante para usarla como escudo ante posibles partículas, una posición denominada ‘modo ariete’ por motivos obvios (las dos toberas del motor principal también quedarán protegidas por la cubierta desplegable durante la fase de máximo acercamiento).
Las órbitas de Gran Final (en azul) (NASA/JPL-Caltech).

Las órbitas del anillo F y las de la Gran Final (azul) vistas desde la Tierra (derecha) (NASA).

El límite interior del hueco lo impone, lógicamente, la atmósfera, especialmente en las últimas cinco órbitas, durante las cuales Cassini se acercará considerablemente al gigante anillado. En algunas de estas órbitas la sonda usará sus propulsores de control de posición (RCS) para orientarse, contrarrestando así el rozamiento con la alta atmósfera. Es importante destacar que el punto más cercano al planeta no coincidirá con el plano de los anillos, sino que tendrá lugar sobre el hemisferio sur.


Las 22 órbitas del Gran Final pasarán por el hueco entre el planeta y los anillos. En rojo la órbita final de colisión (NASA/JPL-Caltech).


Los puntos más cercanos al planeta (periapsis) de las 22 órbitas del Gran Final no coinciden con el plano de los anillos (NASA).


Datos de las 22 órbitas de Gran Final. La línea discontinua azul marca el límite del anillo D, mientras que la verde marca el límite de seguridad de pérdida de control por el rozamiento atmosférico (NASA).
Representación de Cassini durante las órbitas del Gran Final (NASA/JPL-Caltech).

El Gran Final permitirá obtener datos sin precedentes de los anillos, del campo magnético, de la atmósfera y del interior de Saturno. Con el fin de saber si los anillos son relativamente recientes —en términos geológicos— o jóvenes es necesario conocer su masa con una alta precisión, pero hasta la fecha el error en la determinación de la misma alcanza el 100%. Las órbitas del Gran Final servirán para averiguar la masa de los anillos con una precisión del 5%. Si su masa resulta estar en el extremo inferior de los cálculos las teorías que sugieren un origen reciente para los mismos —apenas cien millones de años— se verán muy reforzadas. Por eso los investigadores esperan con ansia las primeras observaciones de los anillos usando el radar de Cassini. Y, como complemento a estas medidas, durante las 43 órbitas del anillo F y el Gran Final se han realizado y realizarán observaciones de estrellas a través de los anillos para estudiar su densidad y composición. Como es lógico, la visión de la Tierra y la Luna con los anillos en primer plano ha sido la guinda del pastel de estas observaciones.

Una imagen mágica: la Tierra vista a través de los anillos de Saturno el 12 de abril de 2017. Arriba se aprecia el anillo A y abajo el F. Es la última imagen de la Tierra que hará Cassini (NASA/JPL-Caltech).


Detalle de la imagen anterior donde se aprecia, además de la Tierra, la Luna (NASA/JPL-Caltech).
Estas órbitas cuasi-polares servirán también para averiguar datos sobre el interior del planeta —como por ejemplo el periodo de rotación de las capas internas— y para dilucidar si Saturno posee o no un núcleo denso. En este sentido esta fase de la misión recuerda poderosamente a la misión Juno en Júpiter, pero hay que puntualizar que Juno será teóricamente capaz de analizar el interior de Júpiter con mucha más precisión que Cassini. Para que nos hagamos una idea, Juno podrá determinar armónicos del potencial gravitatorio de Júpiter por encima de orden 20 (J20) y, con suerte, hasta 30 (J30). Por contra Cassini solo podrá calcular armónicos de hasta orden 10 (J10).
En estos trece años alrededor de Saturno Cassini ha sobrevolado de cerca Titán 127 veces, Encélado 23 veces y el resto de satélites principales 15 veces (en la jerga de la misión estos sobrevuelos cercanos se conocen como targeted flybys, para diferenciarlos de los encuentros lejanos o non-targeted). El número desproporcionado de sobrevuelos de Titán se debe, además de su interés intrínseco, a la necesidad de usar esta luna para llevar a cabo maniobras de asistencia gravitatoria para moverse por el sistema de Saturno. A diferencia de Júpiter, donde tenemos cuatro satélites de gran tamaño, en Saturno solamente Titán nos permite modificar significativamente la órbita de una sonda, lo que ha dado no pocos quebraderos de cabeza a los planificadores de la misión. Cassini debe usar también su combustible como ayuda en ciertas maniobras orbitales y, especialmente, para controlar su orientación, de ahí que las reservas se estén agotando. Este es el motivo por el cual se ha decidido destruir la sonda antes de perder el control sobre la misma y evitar que pueda caer sobre Titán o Encélado y contaminar estos mundos con microorganismos terrestres.


Sobrevuelos de los satélites de Saturno en estos 13 años de misión (NASA).




Fases de la misión Cassini (NASA).


Dentro de pocos meses Cassini describirá su última órbita rumbo a la atmósfera de Saturno, donde se desintegrará como si fuera una estrella fugaz. La sonda usará sus propulsores para mantener la antena de alta ganancia apuntando hacia la Tierra el máximo tiempo posible hasta que la densidad atmosférica sea demasiado alta. Lamentablemente no habrá imágenes de estos últimos y espectaculares momentos: transmitir una fotografía desde Saturno requiere demasiado tiempo.


Los últimos momentos de Cassini (NASA/JPL-Caltech).


Otra representación del final de Cassini (NASA/JPL-Caltech).

La Tierra vista desde Cassini el próximo 15 de septiembre en el momento que la sonda desaparezca (NASA).
Pero mientras llega el final nadie duda de que durante los próximos meses seremo testigos de una de las etapas más espectaculares de Cassini. El 15 de septiembre la misión más compleja, exitosa y cara jamás enviada al sistema solar exterior terminará de forma dramática. ¿Cuánto tiempo tardaremos en volver a Saturno?

PD: el vídeo de promoción del Gran Final es uno de los más espectaculares y emotivos realizados por la NASA (y sí, ha participado Erik Wernquist). A disfrutarlo:
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