Los 5 puntos importantes de la misión Juno

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Este lunes 4 de Julio cerca de las 12 de la noche la sonda Juno arribará a Júpiter. Después de un largo viaje que comenzó el 5 de Agosto de 2011, 4 años, 10 meses y 30 días después, la nave interceptará a gran velocidad la trayectoria del planeta y mediante una complicada maniobra de frenado se dejará capturar por la gravedad del gigante. La misión científica tendrá una duración de 20 meses, cumplido este plazo Juno deliberadamente se estrellará contra Júpiter en Febrero de 2018. Como hay tanto para decir sobre esta misión, pensé que lo mejor sería hacer una lista de los puntos más importantes, para que dentro de unos días cuando los datos empiecen a llegar no te agarren desprevenido.

#1 – El viaje a Júpiter

Trayectoria de Juno. (NASA/JPL)

La razón por la que Juno tardó tanto en llegar a Júpiter es que no fue en una órbita directa, sino que para ahorrar combustible (y plata) utilizó una trayectoria conocida como DELTA-V EGA, que significa: “Cambio de velocidad mediante asistencia gravitacional terrestre”. La asistencia gravitacional es una técnica que utilizan todas las sondas que viajan al sistema solar exterior. Consiste en aprovechar la gravedad de un planeta para acelerar “gratis” una nave y así ahorrar combustible al único precio de aumentar la duración del viaje. También podría haber ido a Júpiter a fuerza bruta de motor, pero eso implica llevar gran cantidad de combustible al espacio, aumentando el tamaño y el peso de la nave y por lo tanto también el de los cohetes que han de sacarla de la tierra, es una situación energética muy poco eficiente. Juno tuvo que dar primero una vuelta al Sol, luego volver a la Tierra y sobrevolarla para ganar el impulso necesario para llegar a Júpiter.

Las etapas del viaje basicamente consisten/consistieron en:

  • Despegue de la tierra a una órbita elíptica alrededor del Sol el 8/5/2011.
  • Maniobras de espacio profundo: un reajuste de velocidad el 30/8 y 14/9 de 2012 hechos para que la nave vuelva a encontrarse con la tierra después de 2 años de haber partido.
  • Sobrevuelo terrestre y asistencia gravitacional. El 9/10/2013 la nave sobrevuela a una distancia de 500 km a la tierra y recibe un tirón gravitatorio que aumenta su velocidad en 7.3 km/s.
  • Inserción a órbita de Júpiter. El 4/7/2016 comienzan las maniobras para poner a Juno en una órbita polar alrededor de Júpiter.

#2 – Una nave a Energía Solar

La política de NASA en cuanto a fuentes de energía en el espacio es usar energía nuclear solo en el caso de que no haya otra posibilidad, lo cual solía ser la situación para todas las naves que quisieran ir lejos y por mucho tiempo, pero hoy en día la tecnología en energía solar ha avanzado muchísimo y por eso los diseñadores eligieron esta energía, conviertiendo a Juno en la primer sonda en visitar el sistema solar exterior valiéndose solo de la energía del Sol. Pero la energía solar tiene sus limitaciones, el flujo que recibe un panel solar disminuye con el cuadrado de la distancia al Sol, esto es, si en la Tierra recibimos determinada cantidad de energía, en Júpiter, que se encuentra 5 veces más lejos del Sol recibiremos 25 veces menos energía. Por eso, Juno tiene 3 enormes paneles solares de aproximadamente 20 metros cuadrados. Los paneles pueden producir una energía de 12kW cuando salen de la Tierra, pero sólo 420W cuando estén en Júpiter, menos de la potencia necesaria para usar un secador de pelo. Con un diámetro aproximado de 18 metros Juno es la sonda más grande que hay en el espacio en este momento.

Juno vuela a través del espacio girando como una hélice, la cual siempre apunta al Sol. Fue diseñado de esta forma principalmente por dos motivos: 1) Porque el giro le proporciona buena estabilidad y control. Por ejemplo cuando tiene que cambiar de velocidad o dirección, los motores de propulsión generan un “tambaleo” y este diseño sirve para minimizarlo. 2) Uno de los objetivos principales de la misión es hacer un mapa detallado de la magnetósfera de Júpiter, el giro le permite asegurar que el campo de visión de los instrumentos sea el máximo.

 

Imagen conceptual de Juno frente a Júpiter.

Imagen conceptual de Juno frente a Júpiter. (Wikipedia)

#3 – Inserción a órbita de Júpiter

Una parte crucial de la misión es la llegada a Júpiter, la nave arrivará a gran velocidad al planeta y deberá frenar activando su motor principal durante 35 minutos para poder ser capturada por la gravedad de Júpiter, si no frena un tiempo mínimo de 20 minutos ya no podrá cumplir su misión. Una vez en órbita Joviana el desafío es soportar el ambiente tremendamente hostil que rodea a Júpiter. Un campo magnetico descomunal que acelera partículas cargadas hasta velocidades relativistas, una gravedad capáz de alterar trayectorias de cometas y su rápida rotación (da una vuelta cada 10hs) son las causas por las cuales esta etapa de la misión tuvo que ser pensada en detalle para reducir daños a la nave. Juno ingresará en una órbita polar muy elíptica diseñada para esquivar la peor parte de los cinturones de radiación, y a su vez poder realizar todos los estudios científicos. En cada una de las 37 órbitas planeadas Juno sobrevolará Júpiter a una distancia de 5000 km. Si bien tardará 17 días cada órbita, solo durante el sobrevuelo se encargará de recolectar datos, y en el tiempo restante su tarea será enviar todo a la Tierra. El hecho de tener una órbita polar es ideal para realizar mapeos globales, ya que en cada pasada barrerá una latitud diferente, muchos satélites de observación terrestre utilizan este tipo de órbitas.

 

Diferentes órbitas de Juno y los cinturones de radiación. (Wikipedia)

Si bien la parte más gruesa del daño se puede evitar, Juno recibirá suficiente radiación como para freir toda su electrónica. Por esto se diseñó un baúl de Titanio de 1cm de espesor y 175 Kg que cubre todos los sistemas e instrumentos, algo inédito en estos tipos de naves. Sin embargo, hay dos instrumentos que ya se sabe quedarán inutilizables al cabo de 8 órbitas: JunoCam y JIRAM.

 

#4 – Instrumentos

Juno cuenta con ocho instrumentos científicos de diversas funciones y un instrumento no científico pero no menos importante: JunoCam es una cámara de fotos, ni más ni menos. No todos los días tenemos la oportunidad de fotografiar de cerca la interesantísima atmósfera que tiene Júpiter, incluída la Gran Mancha Roja, sus imponentes auroras, ni hablar de sus lunas, etc. A pocos días de la llegada ya tendríamos que tener las primeras imágenes de JunoCam disponibles, personalmente es el instrumento que más me interesa.

Los demás instrumentos son:

  • Gravity Science (GS): Este es un experimento diseñado para medir cambios en el campo gravitacional de Júpiter cerca de su superficie y así determinar su estructura interna. Funciona de la siguiente forma, una señal de radio es enviada desde la tierra, Juno la capta y la envía inmediatamente devuelta, los cambios en la gravedad de Júpiter son suficientemente significativos para producir pequeñas alteraciones a la órbita de Juno, las cuales se pueden medir como un efecto Doppler en la señal que devuelve la nave.
  • Experimento de Distribucion de la Aurora Joviana (JADE): El experimento cuenta con 4 sensores encargados de identificar las partículas y procesos que intervienen en la Aurora Joviana, y además ayudar a crear un mapa tridimensional de la magnetósfera de Júpiter.
  • Instrumento de Detección de Partículas Energéticas de Júpiter (JEDI):  Como su nombre lo indica el instrumento medirá electrones y iones energéticos y como interaccionan con el campo magnético de Júpiter, también es parte del estudio de la magnetósfera.
  • Mapeador Infrarrojo de la Aurora Joviana (JIRAM): Consiste en una cámara y un espectrografo en el infrarrojo, que observará la atmósfera del planeta cerca de la region de la Aurora. Trabajar en el infrarrojo le permite penetrar entre 50 y 70 km dentro de las nubes y poder estudiar además de la magnetósfera, la estructura de estas nubes y la presencia de agua en las mismas.
  • Magnetómetro (MAG): El magnetómetro se puede ver en la imagen de la nave en la punta de uno de los paneles solares, está ubicado ahí para que el propio campo magnético de los demás instrumentos no interfiera en sus mediciones. El instrumento medirá la dirección, fuerza y orientación de las lineas de campo magnético.
  • Radiometro de Microondas (MWR): Compuesto por 6 antenas que recibirán la única radiación capaz de traspasar las densas nubes de Júpiter, las microondas. De esta forma se podrá estudiar la composición y estructura de las capas internas del planeta.
  • Espectrografo y Cámara Ultravioleta (UVS): Este instrumento capturará imágenes de la Aurora en ultravioleta, desde el lejano al extremo (70 a 205 nm).
  • Sensor de Ondas de Plasma y Radio (WAVES): Servirá para medir las ondas de Radio y Plasma en la magnetósfera.

 

#5 – Objetivo científico

Júpiter, aurora y la gran mancha roja. (NASA/ESA/HUBBLE)

Hay muchas preguntas sin responder respecto a Júpiter; ¿Qué causa su campo magnético tan fuerte?, ¿Tiene núcleo sólido?, ¿Se formó primero un núcleo rocoso que capturó gravitacionalmente el gas, o fue por colapso de una región de la nube original? ¿Cuánta agua contiene su atmósfera?. Las respuestas a estas preguntas son fundamentales para nuestro entendimiento del Sistema Solar, su formación y evolución. Hoy en día se cree que fue el primer planeta en formarse, ya que su composición es muy similar a la del Sol por lo que ambos se habrían formado mas o menos “al mismo tiempo” de la misma nube de gas y polvo. Como tal, y sumado a que es realmente gigante, tuvo gran influencia en la historia de los demás cuerpos del Sistema Solar. Por ejemplo, es el responsable de que haya un cinturón de Asteroides y no otro planeta entre él y Marte, y también funciona como escudo de cometas para la Tierra. Comprender el origen y la evolución de Júpiter es crucial para descartar o convalidar las hipótesis actuales sobre la formación del Sistema Solar. Otra cosa para agregar es que en un gran número de sistemas extrasolares se encontraron planetas similares a Júpiter, o sea sabemos que es un tipo común de planeta, en ese sentido cuanto mejor comprendamos el rol de Júpiter en nuestro sistema, vamos a estar más preparados para estudiar otros.

¿Cómo se propone la misión Juno hacer esto? Con su batería de instrumentos Juno va a explorar la estructura interna, la existencia o no de un núcleo sólido, el campo magnético, la  cantidad de agua y amoníaco en la profundidad de las nubes, y observará las auroras. Sin duda hay muchas cosas que no sabemos sobre Júpiter y el Sistema Solar, el programa Nuevas Fronteras de NASA se propone responder varias de ellas, ya el año pasado  New Horizons -su primera misión- nos permitió ver esas increíbles imágenes de Plutón. Juno es la segunda misión, y para la tercera el plan es un viaje de ida y vuelta al asteroide Bennu.

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