Phoenix, un tributo

miércoles, 20 de marzo de 2024

La fragua de Vulcano

 No, la Tierra no tiene la exclusividad en muchas cosas. La exploración de sistema solar ha demostrado que mucho de lo que vemos aquí tiene análogos ahí fuera. Y, sin duda, el mayor es el de la actividad geológica. ¿En qué forma? La más espectacular: los volcanes. Acompañadnos en este viaje.

A nuestra Luna uno de sus nombres es La Blanca, y se puede ver a simple vista el por qué. Eso sí, junto a lo más claro, existen otros terrenos más oscuros. Un gigante de la observación telescópica como fue Galileo Galiei, por culpa de su rudimentario telescopio, creyó que las zonas más oscuras eran masas de agua, y por eso los denominó "mares" (del latín mare, maria). Sin embargo, con el tiempo se entendió que era otra cosa. Lo que hicieron los astrónomos posteriores a Galileo, con telescopios superiores, fue aplicar lo que veían en la Tierra a la Luna. Y eso significó que, durante varios siglos, los cráteres lunares fuesen rasgos volcánicos, calderas que se hundían cuando su cámara de magma se colapsaba. Iba bien para los cráteres con pico central, pero los otros... Para sus semejanzas, muchos viajaron a la región de Nápoles, donde se encuentra la formación geológica que allí denominan Campi Flegrei, con el volcán Vesuvio como su núcleo. Sin embargo, tuvieron que ser las misiones espaciales, incluso las tripuladas, las que aclararían el asunto.

Los maria lunares son sin duda el rasgo volcánico más obvio en la Luna. Los hay de entre los doscientos km. de diámetro a más de dos mil, como en el caso del mayor de todos, el Oceanus Procellarum u Océano de las Tormentas. Estas zonas son enormes depresiones rellenadas por material volcánico, creando así gruesas capas de material que denominan, así en general, regolito, término que también se aplica al material pulverizado de los impactos de asteroides. Su profundidad puede llegar hasta al kilómetro en algunos lugares. Pero se dan prominentemente en la cara visible, y mucho menos en la oculta. ¿Cómo se sabe que son de origen volcánico? Que hayan visto flujos de material que desembocan allí es buena pista, denunciando, quizás, varias erupciones múltiples y solapadas. Su edad puede variar, desde los cuatro billones de años hasta los 1.2 billones, con las zonas de la cara oculta siendo las más antiguas. ¿Por qué los mares se concentran en la cara visible? Aún se debate, si bien sospechan que tiene que ver con los elementos emisores de calor, por lo general mediante emisión radiactiva. Pero no es lo único. La principal fuente de material volcánico, en forma de lava, viene de los edificios volcánicos, si bien en la Luna son muy distintos a los terrestres, principalmente por la menor gravedad selenita. Son más bien bajos, y agrupados, más que nada porque el material expulsado sería lanzado a decenas de kilómetros por la baja gravedad. Se les llama domos o conos lunares. Otro rasgo volcánico son los depósitos piroclásticos,
ubicados, por lo general, en los bordes de los mares. Se identifican por ser un material más oscuro todavía, y en algunos casos legan a tener un curioso color naranja, tal vez fruto de un enfriamiento muy rápido nada más salir al exterior de una fuente de lava más bien violenta. Los depósitos son más bien extensos, de miles de kilómetros cuadrados. Las rimas (otro término del latín) son depresiones largas y estrechas que se extienden a partir de pequeños fosos o cráteres, posiblemente una fuente de lava, que acaban serpenteando por la superficie hasta desembocar en un mare. Su origen es, hasta la fecha, una incógnita. Y un último rasgo, recientemente localizado y supuesto desde hace mucho, son los tubos de lava. Sí, son habituales en la Tierra, pero, ¿y en la Luna? También hay, con los primeros ejemplos vistos a finales de la década del 2000. Por lo general, se necesita una cámara de alta resolución y mucha potra, la verdad, porque sólo se les identifica cuando el techo se derrumba, creando un foso. ¿Cuán largos son, qué anchura tienen, cuántos más habrá? Son muy buenas preguntas, que tal vez respondamos en el futuro, ya que podrían ser los lugares ideales en los que construir los primeros hábitats para cuando el ser humano se asiente allí. Otra pregunta: ¿la Luna es activa, aún hoy? Nadie ha visto una erupción selenita, y mira que ha habido intentos. Tal vez, la última acción geológica se produjo hace unos cincuenta millones de años. No se descarta que pueda haber algo más reciente y, quién sabe, futura, puesto que también hay terremotos, gracias a los cuales se puede adivinar que aún hay, bajo la corteza, una cantidad significativa de magma, pero que no se expulsa porque es demasiado densa como para ascender. No la Luna no es un mundo muerto.

Por otros sitios del sistema solar también la violencia de la naturaleza se ha hecho notar. En Mercurio, por ejemplo, se han visto diversos volcanes en escudo, de escaso nivel, que han creado depósitos piroclásticos que acaban, por lo general, dentro de cráteres. Cráteres que se han degradado por la infusión de material del volcán, por lo general durante un tiempo prolongado, en términos geológicos, claro. Otro rasgo son los fosos, formaciones que se hunden al vaciarse la cámara de magma, ya por evacuación al exterior o por bajar a más profundidad. El techo, falto de apoyo, cae. Pero resultan curiosos en Mercurio al tener forma de arco. Hay una formación curiosa más allí, dentro de su cuenca Caloris. Buena parte de su suelo está llena de flujos de lava, ya que existe lo que denominan volcán compuesto, formado por una depresión son borde que posee hasta nueve respiraderos volcánicos separados, de hasta un kilómetro de profundidad. Por su forma irregular, bien podrían ser ejemplos de vulcanismo explosivo, o por vaciado. Debido a la escasa exploración de este fascinante lugar, datar estas regiones es tarea complicada.

La Diosa de la Belleza siempre oculta sus secretos usando su denso velo. Pero usando la tecnología, hemos sido capaces de "retirárselo" y así empezar a descifrarlos. Venus puede ser nuestro planeta gemelo en muchas cosas, pero es muy distinto en otras. Para empezar, y hasta donde se sabe, no tiene
placas tectónicas. Las primeras pruebas de un planeta volcánico fueron las imágenes desde la superficie, y a los análisis químicos realizados desde allí, con el basalto como la roca principal. Entonces, llegaron las sondas equipadas con radar para mostrar por vez primera la superficie de forma global. Y la respuesta fue contundente: posee más de mil estructuras volcánicas, un 65% de su superficie lo forman planicies de lava, y posee formaciones no vistas en otros lugares. Según se dice partiendo de los datos, existen más de ochenta mil edificios volcánicos identificados, todos ellos son volcanes en escudo, es decir, nacen a partir de un punto caliente, una ruptura fija en la corteza que forma, por lo general, una montaña de suave pendiente. Es, en esencia, un cono que crece en anchura cuantas más erupciones hay. Y en altura, aunque menos. En la Tierra tenemos el ejemplo de los volcanes de Hawaii, si bien los de Venus son mayores, y como consecuencia de su tamaño y masa, por
lo general causan hundimientos del terreno, generando formaciones similares a láminas. Un segundo tipo de volcanes allí son los denominados domos de panqueque, llamados así por su forma tan inusual. Por lo general, miden quince kilómetros de diámetro, pero sólo se elevan uno sobre la superficie. ¿Por qué? Se cree que la enorme presión juega su papel, si bien el tipo de lava tiene algo que decir, al ser muy viscosa, y rica en silicatos. Estas estructuras sólo se dan en las regiones denominadas coronas (estructuras de forma oval) y las tesseras, zonas de terreno altamente deformado hasta en tres dimensiones. Otra formación peculiar recibe el apodo de "garrapatas", por sus muchos surcos radiales que se generan de una zona central, generalmente deprimida.  Por último, las estructuras más misteriosas se denominan aracnoides, por su forma casi análoga a las telas de araña. También son ovales de forma pero se trata de anillos concéntricos unidos entre sí por multitud de fracturas. ¿Podría ser el resultado del ascenso del magma, empujando la corteza, o el precursor de las coronas? Sea lo que sea, hay unas noventa identificadas. Está claro que Venus ha sido geológicamente activo. ¿Lo es en la actualidad? Bueno, sabemos que la escala de la actividad volcánica puede alcanzar la escala global. Por el número de cráteres detectado, algo más de
ochocientos, está claro que el planeta pasó por un evento de renovación geológica global, hace entre 250 y 500 millones de años, borrando todo rastro anterior. Claro, esto no responde a la pregunta. ¿Cómo saber si aún hay actividad? Una primera pista fue la repentina y brusca inyección de dióxido de azufre, detectada en la década de 1980, con una reducción gradual con los años. Eventos que se repitieron en las décadas de 1990 y del 2000. ¿Volcanes en erupción? Los hay que lo dudan, si bien no hay pruebas definitivas. Otra pista fue la detección, en el 2009, de puntos calientes (más) en su superficie. Y más recientemente, este año mismo, la prueba final, al ver cambios en la extensión y forma de uno de los volcanes, Maat Mons, tras comparar imágenes de radar tomadas con ocho meses de separación entre adquisiciones, hace más de treinta años. Por lo tanto, la respuesta es sí. ¿A qué escala? Si hay suerte, para la década que viene podríamos obtener respuesta.

Hablar de Marte es hablar de volcanes en mayúsculas. Y pensar que antes de las misiones espaciales se hablaba de accidentes no particularmente elevados... En fin, que el planeta rojo es el hogar de algunas de las formaciones geológicas más impresionantes de sistema solar, ya conocidas en esta crónica. Ni el Olympus Mons ni el Valles Marineris necesitan presentación. Otros la merecen, sin duda. En Marte hay dos principales provincias volcánicas, como son el domo Tharsis y la región de Elysium Planitia. Tharsis bate records allá por donde mires: al mayor monte del sistema solar se une la mayor caldera del sistema solar, flujos que abarcan miles de kilómetros cuadrados, fisuras por doquier... Se puede considerar que todos los volcanes allí son del tipo en escudo, por lo que son extensos y con suaves pendientes. En Marte, la escala es colosal, hecho que se puede achacar a la baja gravedad del planeta y a una atmósfera más bien pequeña, así como a una actividad virtualmente continua, para haber crecido tanto. Además del Olympus, tenemos la terna de Arsia, Pavonis y Ascraeus Mons, alineados desde el suroeste al noreste, respectivamente. A estos hay que añadir otros más pequeños, como Uranius y Ceranius Tholus, y otros. Otra categoría distinta es el Alba Mons, al norte de todos. Con apenas kilómetro y medio de altitud, su base abarca una enorme superficie, y sus flujos, aún más. Todos los volcanes de la región tienen calderas en sus cumbres. La mayor es la del Arsia Mons, con ciento treinta km de diámetro, y más de uno de profundidad. La del mismo Olympus es más pequeña, no demasiado, pero se pueden contar hasta seis colapsos distintos en ella, cada vez que el magma se vaciaba. Hasta los más pequeños, llamados individualmente tholus (del griego tholos, latinizado tholus, plural tholi) y patera (del latín, plural paterae) poseen calderas de tamaños notables. Los nombres de estas nomenclaturas vienen de distintos ámbitos. Los tholi provienen de la arquitectura, siendo un edificio de techo cónico o abovedado. Aplicado a la geográfica nos referimos a una montaña o colina pequeña con forma de domo. Los paterae tienen su origen en algo más doméstico: las páteras, una suerte de plato poco profundo usado en la antigüedad como plato de postre. Geológicamente hablando, se aplica a cráteres de forma irregular, o complejos con bordes redondeados. Aunque se aplica a formaciones de impacto, son más conocidos por ser volcanes. Pues, con todo esto, no sorprende que esta sea una zona dominada por los flujos de lava, cubriendo la región por completo. Hay un rasgo allí, nacido de propio Olympus, que abarca una mayor superficie que la base del mismo volcán, que mide  quinientos cincuenta kilómetros. El Lycus Sulci es un gigantesco flujo que se extendió por la cara norte del volcán, para cubrir un área de hasta 1350 km de largo. En cuanto a los más pequeños, tiene el aspecto de haber sido cubiertos por flujos de hasta cuatro kilómetros de grosor. Es tanta la masa acumulada en Tharsis que se cree que hasta influye en la inclinación axial del planeta. A segunda provincia volcánica es Eysium. Sólo cuenta con tres volcanes: Elysium Mons, el mayor, y con los Hecates y Albor Tholi, más pequeños. En comparación, puede que sean más viejos que los colosos de Tharsis. Obviamente, nadie ha visto una erupción en Marte, por lo que cabe preguntarse: ¿cuándo fue la última? Fiándonos en el conteo de cráteres, hace "poco", geológicamente hablando. Es posible que el mismo Olympus no haya visto una en un millón de años. Pero no se descarta. Esto no es lo único que hay, porque por el hemisferio sur se han identificado varios volcanes, paterae concretamente, muchos cerca de la la cuenca de impacto Hellas la cual, curiosamente, está prácticamente en las antípodas de Alba Mons. Y, más recientemente, se ha identificado la región de Arabia Tierra con un súper volcán. Otra pregunta: ¿Marte es activo hoy en día? Existe debate sobre si allí hay placas tectónicas y, por lo
tanto, actividad. Hay muchas zonas de fractura como el descomunal Valles Marineris, o en menor escala el Cerberus Fossae, y se apuntó a esta región como joven y activa. Pues bien, datos sismográficos recientes han mostrado la presencia de terremotos en esa zona y, tomados globalmente, un interior muy parecido al terrestre, con un núcleo externo líquido. Por lo tanto, hay calor, y eso significa actividad. Si hay terremotos, y los hemos registrado, ¿veremos alguna erupción? No estaría mal, la verdad. En ese caso, la baja gravedad jugará su papel, haciendo que el magma ascienda lentamente. En la superficie, los basaltos y las andesitas son la norma, significando que el vulcanismo ha sido uno de los principales procesos de formación de rocas allí, y transportadas por el agua. Agua que también parece haber jugado su papel para crear erupciones explosivas. No dejamos de mirarlo, por lo que habrá que estar atentos.

Saltando el cinturón de asteroides principal, damos con un lugar imposible como es Io. Ya hemos hablado de este satélite joviano, el lugar más geológicamente activo del sistema solar. Para el primero que lo vea, descubre una anomalía: no hay cráteres de impacto, denunciando una superficie insultantemente joven. Luego uno mira su inercia termal, y descubre que emite gran cantidad de calor de si interior. La causa no es, como en el sistema solar interior, por la desintegración natural radiactiva o por la emisión del calor de la acreción primitiva. En Io, es por el rozamiento, porque las fuerzas de marea jovianas estiran el satélite hasta cien metros, y también por la danza coreografiada con sus hermanos Europa y Ganímedes. Descubrir vulcanismo activo en en Io es uno de esos descubrimientos del siglo que dejan huella. Allí, la actividad es continua, y se da en tres formas. Io posee volcanes en escudo así como paterae, y es en estas últimas donde se da el primer tipo: se producen dentro de estas formaciones. Allí se pueden
acumular lagos de lava, que una capa superficial solidificada cubre, y entra en erupción cuando esta capa se rompe y se hunde. En algunos casos, parece haber rasgos de calderas y colapso en ellas. Un segundo tipo es una erupción por fisuras. Se pueden dar tanto dentro de los paterae como fuera, creando flujos virtualmente continuos que cubren una gran extensión. Son las más duraderas en Io. Los flujos más activos se extienden por más de trescientos kilómetros, con algunos cubriendo una superficie equivalente a la de Nicaragua. Su mejor análogo terrestre está en el Kilauea. Al estar en movimiento, por sus características y la baja gravedad, se extienden con rapidez, abarcando entre treinta y cinco y sesenta metros cuadrados por segundo, mientras que aquí apenas avanzan 0.6 metros cuadrados por segundo. El tercer tipo es el explosivo. Son más breves, más vistosas, y con un efecto notable tanto en la superficie como en el entorno joviano. Se pueden ver como enormes emisiones de material que alcanzan grandes altitudes, la mayor de hasta quinientos kilómetros de
altitud. Tienen forma como de paraguas, lanzando gases y material sólido a amplias zonas de la superficie, creando cambios muy visibles en poco tiempo. Así, se pueden ver anillos de color rojo y extensiones grises o negruzcas desde la zona de la erupción. Y su altitud, y su potencia, provocan que parte de lo expulsado salga de los alrededores de Io, afectando a la magnetosfera joviana. La razón de tal potencia, saliendo a velocidades de hasta 1 km/s, está en que salen por fisuras estrechas subiendo desde el interior profundo del satélite, creando fuentes de lava de hasta un kilómetro de altura. Una duda: dada la concentración de azufre y dióxido de azufre, ¿es el material principal? En realidad no, porque juega su papel junto con los silicatos, ricos en magnesio, y es por ello que allí, en las acumulaciones de lava de silicatos se dan temperaturas exageradamente altas, de hasta 1300°C, y eso que la superficie suele estar a -130°C, lo que provoca un enfriamiento muy rápido de la lava apenas sale. Sin duda, sabríamos más con datos de más alta resolución, pero es complicado obtenerlas: Io está en lo más potente del cinturón de radiación joviano, por lo que una sonda sufriría importantes daños en sus sistemas y sensores. Pero su exploración es prioritaria.

Ya hemos visto que el vulcanismo es un proceso de alta energía, emitiendo material a temperaturas muy elevadas. Pero... ¿Y en el otro lado de la escala?

A medida que hemos explorado pasado el cinturón de asteroides principal, el hielo es el denominador común, y si en un principio se pensaba que los mundos helados estaban "muertos", geológicamente hablando, resulta que no. Hay lugares, como Europa y Ganímedes en Júpiter, y Encélado en Saturno, que tienen fuentes internas de calor, y océanos bajo sus heladas superficies. Quién sabe si vida, puesto que poseen algunos de los ingredientes adecuados. Pero no vamos por ahí.

¿Y si un volcán, en vez de expulsar lava, expulsa otra cosa? Eso es lo que se sospecha que sucede en varios rincones del sistema solar. El más cercano nos pilla más bien cerca: Ceres, el mayor asteroide del cinturón principal. Ya desde lejos se pudo ver al objeto emitir vapor de agua. De cerca, hay unos puntos (brillantes) que tocar. Puede llamar la atención la existencia de manchas muy brillantes en diversos
puntos, con las más célebres las situadas dentro del cráter Occator. ¿Agua, hielo? Sales, en realidad. Es más bajo la superficie parece haber una gran concentración de agua líquida mezclada con sales, formando una suerte de salmuera. A través de fisuras en la superficie, esta salmuera sale al exterior, con el Sol evaporando el agua, para dejar los depósitos de sales, mayormente carbonato de sodio, con menores cantidades de carbonato de amonio y bicarbonato de amonio. Sin duda fascinante, pero aún hay otro rasgo que lo es más. Se trata de una montaña, que se levanta sobre un terreno fuertemente craterizado. No hay nada semejante ni cerca. Con una altura máxima de de cinco kilómetros, y veinte de diámetro en la base, carece casi de cráteres en sus faldas, y posee una forma casi cónica con una cima más bien plana. ¿De qué estamos hablando? Casi hemos descrito un volcán en
escudo. Y eso, precisamente, es lo que bien puede ser. Resulta que en sus faldas se han detectado grandes cantidades de carbonato de sodio, como si se hubiera derramado desde la cumbre, descendiendo como coladas de lava. ¿Eso fue lo que pasó? Si quitamos la lava y la sustituimos con agua líquida y barro (puesto que en Ceres hay arcillas) tenemos el equivalente frío de un volcán: un criovolcán. El mecanismo, sin embargo, es el mismo: calor, muy posiblemente por desintegración natural radiactiva. A este accidente de Ceres se le conoce como Ahuna Mons, y bien puede ser el criovolcán más próximo a Helios. Hay una teoría de cómo se formó: en las antípodas de este accidente hay un cráter de casi trescientos kilómetros de diámetro (el mayor de Ceres) llamado Kerwan. Es posible que las ondas sísmicas se propagaran hasta la zona, quebrando la superficie y así comenzar la erupción. Casualmente, bajo Ahuna Mons hay una gran anomalía de masa, lo que en la Luna llamaríamos más con, tal vez denunciando una reserva de material esperando por salir. ¿Esta montaña es única en Ceres? Se cree que no, puesto que se han visto otros candidatos a criovolcán es, aunque de menor altitud, tal vez porque la superficie se ha relajado, reduciendo la altitud original. Ahuna Mons es una de sus formaciones más jóvenes pero, ¿Ceres es aún activo? Eso está por ver.

Titán es el mundo más parecido a la Tierra, aunque a temperaturas criogénicas. Tenemos mares, lagos, rios, dunas, erosión por viento y líquido. Pero, ¿y volcanes? Su densa atmósfera hace complicado estudiar su superficie de forma remota. Como en Venus, es necesario usar radares y cámaras infrarrojas. Entonces, ¿qué pasa ahí debajo? Por lo que hemos visto, Titán tiene una superficie joven, de poca elevación (su monte más alto apenas supera los tres kilómetros de altitud). En vista de eso, cabe suponer una importante actividad. Encontrar criovolcán es allí ha resultado ser complicado. El mejor
candidato es el complejo de Sotra Patera, tres montes que apenas se elevan mil metros sobre la superficie, pero que poseen cráteres en sus cimas. Además, a su alrededor hay evidencias de flujos de material, posiblemente formados por una mezcla de agua y amoniaco, éste último como anticongelante. Este agua proviene de un océano bajo la superficie, de unos cien kilómetros de profundidad, mantenida a una temperatura inferior a los -100°C. Por eso, además del amoniaco, el calor por la desintegración natural radiactiva y el generado por la fricción de la gravedad de Saturno juegan su papel. Puede haber otros criovolcanes, como el Tortola Facula (del latín facula, plural faculae, significando pequeña antorcha, en términos geológicos, un punto brillante) o el Ganesa Macula. Además, hay una serie de cordilleras, más bien bajas, que parecen ser el resultado de la subducción o la interacción entre placas tectónicas, como el Himalaya aquí, en menor escala. Así, el agua que sale del interior de Titán interactúa con el metano de los la lagos superficiales, para crear elementos como el etano y el propano. Pero, ¿hay en verdad criovulcanismo en Titán? Así lo indican las pruebas, pero habrá que ir allí, ¿no creéis?

Es una pena que Neptuno esté tan lejos, porque bien merece una visita, como su mayor satélite, Tritón. Con una superficie casi única, posee rasgos inequívocamente volcánicos, pero a temperaturas de
-235°C. Por lo tanto, se hace necesaria una importante fuente de calor, tanto por la fricción, como en Io, y elementos radiactivos, presentes por una importante cantidad de roca en su composición. Con menos de un 50% de su superficie observada, son pocos los rasgos volcánicos vistos, con el mayor llamado Leviathan Patera, que es, por superficie, el segundo mayor del sistema solar, por detrás del Alba Mons marciano. Lo forman una caldera de cien kilómetros de diámetro, más un domo de casi dos mil. Por si fuera poco, hay hasta lagos de "lava" (en realidad, agua mezclada con amoniaco) en estado parcial de congelación. Para añadir a la imagen, Tritón posee géiseres de nitrógeno (Hili y Mahilani son los mejor observados), disparados por la energía del Sol (tirando a escasa por allí) y la presión ejercida por el gas sublimado. De este modo, la luz solar se filtra por una capa helada, calentando el material de debajo. Con la presión suficiente, la corteza de hielo se rompe, y ha nacido un géiser. Qué más ocultará...

Y Plutón... ¡Cuántas ganas teníamos de verte! Y no decepcionaste. Saber que puede tener una superficie en proceso de renovación es excitante. El calor interno, tal vez por la acreción original, tal vez por los elementos radiactivos, o ambos, provoca este rejuvenecimiento. Pero, ¿hay criovolcanes? Puede que sí, puede que no. Aunque hemos visto poco en alta resolución, hay dos formaciones, dos montañas, que bien podrían serlo. Se llaman Wright Mons y Piccard Mons, de entre tres y cinco kilómetros de altitud el primero, y seis el segundo. La pista principal está en sus cumbres con profundas depresiones que bien podrían ser calderas vaciadas. Cada edificio tiene una base de unos ciento sesenta kilómetros de diámetro, y con complejas superficies en sus flancos. Pero, ¿lo son? No hay información suficiente, aunque visto lo visto, bien podría ser. ¿Qué ocultará el resto de su superficie? Ya se sabe qué hay que hacer.

Podría haber otros destinos criovolcánicos, como  Miranda, Ariel o Umbriel en Urano, el propio Caronte en Plutón o, ya más lejos, algunos de los objetos del cinturón de Kuiper, como Quaoar o Eris. 

¿Qué hemos aprendido hoy? El sistema solar es un lugar vivo, salvaje, asombroso. Es más lo que aún desconocemos que lo sabemos con certeza. Lo que toca será salir y explorar. Pero con cuidado, claro.

martes, 30 de enero de 2024

Misión al planeta Tierra: PACE

 Nuestro hogar en el sistema solar se denomina Planeta Azul no por casualidad. Más del sesenta y cinco
por ciento está cubierto por masas de agua líquida, siendo su característica más llamativa. Al menos, visto desde lejos. Acerquémonos, y veremos que la cosa cambia, hasta cierto punto. Sí, desde el espacio el agua es azul porque refleja el color del cielo, hasta que vemos que el tono cambia, dependiendo de diversos factores, como la profundidad, o falta de ella. Además, un vistazo más de cerca demuestra que el tono puede cambiar de azul a marrón, más claro o más oscuro dependiendo de los sedimentos, a verde ante la presencia de microorganismos, o a negro, rojo por contaminantes. Todo va de la salud de los océanos. 

Si los océanos son importantes en el contexto del sistema terrestre, la atmósfera no lo va a ser menos. Casualmente, hay un aspecto en que los océanos y la atmósfera están interconectados: los aerosoles. Es un aspecto difícil de estudiar, pero crucial porque, sin aerosoles, no hay nubes. Su naturaleza es diversa: puede ser polvo en suspensión levantado de los desiertos, puede ser la sal de los océanos elevada a la atmósfera... Y así una amplia gama. Que hay conexión no lo niega nadie, porque los océanos almacenan calor capturado de la atmósfera, así como gases tales como el CO², que los guarda durante años en las corrientes, y acabar liberándolos en un momento dado. Vale, ¿cómo estudiar todo esto? Con nuestro protagonista de hoy.

Gracias a un escáner visual instalado en la estación espacial Skylab los científicos entendieron que tenían una potente herramienta para ver cual es el estado de salud de los océanos. Misiones posteriores, como el satélite Nimbus 7, amplió todo aquello que suponíamos. Faltaba, esa sí, una cobertura global continua, debido a la falta de sistemas de almacenamiento de a bordo de los satélites. La cosa cambió con los satélites Terra y Aqua, y sus sensores MODIS. Con un campo ancho de visión, una resolución de 250 metros y todo un catálogo de longitudes de onda disponibles, podemos registrar lo que sucede en los océanos cada día, una tarea que sensores como los VIIRS de Suomi-NPP y los recientes satélites de NOAA, los OLCI de los Sentinel-3, y otros similares continúan sin descanso. Sin embargo, hace tiempo hubo un sensor especial dedicado, específicamente para vigilar el estudio de los océanos. Conocido como SeaWIFS, voló como la única carga del satélite OrbView-2 (o SeaStar), y usaba un total de ocho bandas espectrales en luz visible e infrarrojo cercano. Era capaz de capturar imágenes para una cobertura global con resoluciones de hasta cuatro kilómetros, así como conseguir imágenes de áreas seleccionadas con una resolución de algo más de un kilómetro, desde una órbita a 705 km de altitud. Todo limitado a la memoria de a bordo. Lanzado en agosto de 1997, operó hasta diciembre del 2010. Fue extremadamente útil, y su pérdida se sintió mucho. Los partidarios para retomarlo donde SeaWIFS lo dejó han estado presionando por una misión semejante. Hasta ahora.

¿Qué pasa con los aerosoles? Pues que ha sido un quiero y no puedo. Bueno, no tanto. Sí, hemos tenido misiones como CALIPSO y CATS, o PARASOL, cada uno con distintas aproximaciones a su estudio. Sin embargo, quien se esperaba que revolucionase el estudio de los aerosoles en la atmósfera era la misión Glory. Iba a usar un sistema de polarimetría para su estudio, de mayor resolución al del sensor POLDER de PARASOL. Pero no llegó a la órbita porque la cofia del cohete no se separó, incinerándose en la reentrada. Recientemente, experimentos en Cubesats permitieron desarrollar sistemas de polarimetría de aerosoles compactos, idóneos para incluirse en una misión de mayor en envergadura. Ya iba siendo hora.

Desarrollado por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, el satélite PACE (Plankton, Aerosoles, Nubes y ecosistema Terrestre) está específicamente diseñado para las tareas encomendadas: los océanos, las nubes, los aerosoles, el intercambio de calor entre los océanos y la atmósfera... Es uno de los satélites más esperados.

El Centro Goddard se ha ocupado de casi todo en PACE. Suyo es el diseño, ellos la integraron, la probaron y, una vez en órbita, la operarán. Su bus es una pieza única, diseñada específicamente para la misión y sus requisitos. Una vez en órbita y desplegada, ofrecerá unas medidas de 1.5 x 1.5 x 3.2 metros, es decir bastante comedidas. En ella, claro está, se aloja lo necesario para funcionar, como computación (contando con una memoria
masiva de 1.7 terabytes), comunicaciones (banda-S para recepción de comandos y envío de telemetría, banda-Ka para transmisión de datos a alta velocidad a 600 Mbps, acoplada a una antena de alta ganancia), control de actitud triaxial, generación de energía (usando un panel solar rotatorio de tres secciones y una batería de ion-litio), y control termal. Su carga útil se compone de tres instrumentos. El principal se llama OCI, Cámara de Color Oceánico. En un paquete de casi trescientos kilogramos de masa, se encierra un radiómetro de imágenes hiperespectral de campo ancho. Un sistema óptico móvil, capaz de rotar, cubre
una extensión de casi 2700 km., suficiente como para ver el planeta entero cada dos días. El sistema, por ello, escanea de este a oeste a medida que orbita; no es como las cámaras de los últimos satélites de Landsat, que usan su propio movimiento orbital para recoger la información. Con el sistema óptico capturando la luz, ésta pasa a un divisor de haz dicrótico hasta tres sistemas de detectores: espectrógrafo azul, espectrógrafo rojo (ambos con rejillas de difracción y CCD´s como detectores) y un módulo de infrarrojo de onda corta, usando detectores de arseniuro de indio y galio con otros de mercurio-cadmio-telurio. Así, el sistema registra múltiples longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, un total de 119 bandas distintas. Su resolución será de aproximadamente un kilómetro. Los otros dos son polarímetros, siendo el primero SPEXone, Espectros
polarímetro para Exploración Planetaria. Basado, aproximadamente, en el sistema TROPOMI de Sentinel-5P, el sistema cuenta con un montaje que permite cinco campos de visión distintos para un único sistema detector. Todos los telescopios están formados por tres espejos, cuya luz acaba en una abertura hacia el espectro-polarímetro, cada campo de visión separado por máscaras incorporadas en su interior. De ahí, va al denominado Módulo de Modulación de Polarización, y de ahí, al espectrómetro, compuesto por cuatro espejos y una rejilla plana. Como detector, usa el mismo tipo de sensor CMOS usado para el sistema SuperCam de Perseverance, una unidad de 2048 x 2048 pixels. El instrumento registrará polarización y espectros en el rango de la longitud de onda visible que va desde los 385 hasta los 770 nm, con ángulos de visión a cero grados, más-menos 20º, y más-menos 58º, con una resolución de unos cinco kilómetros, cubriendo en modo Pushbroom un área de 100 km., necesitando un mes para obtener una imagen global.  Y el segundo es HARP2, Polarímetro de
Investigación Hiper Angular 2. Producido para volar en Cubesats, es un instrumento ligero pero altamente capaz. Usa nada más que un telescopio de gran campo de visión (la suficiente como para cubrir toda la Tierra en dos días) que entrega la luz a un prisma especial, llamado prisma Phillips, que es el que hace la divisón de polarización. Un plano focal de varios CCD's registra la luz, y sobre ellos se han instalado tiras de filtros registrando las cuatro longitudes de onda seleccionadas (441-549-669-873 nm) en 120 sectores. El sistema se ha diseñado para hacer múltiples análisis en un montón de ángulos de visión, tanto en la dirección del vuelo como hacia los laterales del campo de visión, con sesenta de ellos lateralmente para la sintonizada en los 669 nm, y diez para el resto, con resoluciones de entre uno y dos kilómetros, en ángulos de polarización a 0º, 45º y 90º. Su masa de lanzamiento alcanza, a plena carga, 1694 kg.

Como recientemente, será un Falcón 9 el lanzador usado, con su fecha de despegue fijada para el 6 de febrero. Curiosamente, será lanzado desde la plataforma 40 de Cabo Cañaveral, con destino a una órbita casi polar, sincrónica solar, a una altitud de 676.5 km. Eso obligará al lanzador a una serie de maniobras especiales para alcanzarla. Hacía tiempo que no se lanzaba desde Florida un satélite a este tipo de trayectoria.

Una vez finalizada la verificación funcional de todo el sistema, el satélite PACE iniciará su tarea primaria, de tres años de duración, con recursos para continuar durante, al menos, diez años. Muchos son los temas que tocará, una vez en funciones. Al ver de todo, desde la
atmósfera a las nubes y terminando con los océanos, buscará responder a cuestiones relacionadas con los recursos vitales, la productividad oceánica, los cambios atmosféricos, cambios en los océanos, intercambios entre tierra firme y los océanos, intercambios entre los océanos y la atmósfera, medio ambiente y ecosistemas oceánicos, proliferación de algas e impactos del ser humano. Posiblemente los más visibles son los de las proliferaciones de algas, porque algunos de estos sucesos pueden tener un impacto muy negativo en la calidad de las aguas, no sólo en lo que se refiere al baño, sino en una importante reducción en la cantidad de oxígeno en las aguas, afectando a los
microorganismos oceánicos de los que se alimentan muchos peces. Sus objetivos son, al final, cuatro: extender registros de datos  sistemáticos clave sobre el clima, la biología, ecología y biogeoquímica oceánica, junto con registros climáticos sobre nubes y aerosoles; hacer nuevas mediciones globales del color oceánico para mejorar nuestra comprensión sobre las respuestas del ciclo del carbono y del ecosistema oceánico al cambio climático; adquirir observaciones globales de las propiedades de las nubes y los aerosoles, concentrándose en reducir las mayores incertidumbres en los modelos climáticos y de emisión de energía radiante del sistema terrestre; y mejorar nuestra comprensión de cómo los aerosoles influyen en los ciclos biogeoquímicos y en los ecosistemas de los océanos y, a la inversa, cómo los procesos biológicos y fotoquímicos afectan a la atmósfera. Casi nada.

Una misión fascinante, que puede mejorar aún más cuando se ponga en órbita el satélite EarthCARE, de la ESA y JAXA. Sólo una palabra: sinergia.

domingo, 31 de diciembre de 2023

Resumen del año 2023

 Una vez más, toca resumir. ¿Qué podemos decir? Pues que ha sido un año de altos y bajos, de bienvenidas y también de despedidas. Quizá, más que ningún otro de los años anteriores, ha sido el año de la Luna. Tres misiones, tres, todas con rumbo a la superficie selenita. La primera rusa en casi cincuenta años, Luna 25, pues sí, se lanzó bien, llegó a la órbita bien, pero se dio el morrón. La culpa, un orden incorrecta que hizo a la sonda encender su propulsión más de lo que debía. Otro fiasco de espacio profundo. La segunda, fue el intento de la India de resarcirse. Y lo lograron. Chandrayaan-3 fue un éxito de principio a fin, con su rover recorriendo el regolito del polo sur lunar sin problemas, mientras el módulo de propulsión por allí permanece, dando vueltas a nuestro alrededor. ¿Nos hubiera encantado de que sobreviviera a su primera noche selenita? Pues claro, aunque no se diseñaron para ello. Y la tercera, desde Japón, aún está de misión. Lanzada en septiembre, SLIM sólo ahora ha llegado a la órbita, y para mediados del mes que viene espera alunizar, con éxito, claro. Esta misión es principalmente tecnológica, para probar que tienen lo necesario para un aterrizaje de suma precisión. En cuanto a Marte, nuestros dos embajadores por su superficie (el rover de China, Zhurong, claudicó el año pasado, y no se le espera) han alcanzado hitos de sus viajes. Curiosity superó los cuatro mil soles de funcionamiento desde que llegó, y aún con capacidades menguadas (la rueda de filtros de una de las cámaras se bloqueó entre posiciones, y hasta la fecha no hay respuesta) sigue su ascenso cumpliendo sus tareas ejemplarmente. Perseverante, ya en tarea extendida, y con más de mil soles en su plataforma, avanza a ritmo de récord, habiéndose adentrado en el delta de su cráter. ¿Achaques? Ninguno todavía, si bien su experimento MOXIE ha disco desactivado. No porque funcione mal, todo lo contrario, ha sido un éxito, pero con él se han hecho todas las pruebas que se las han ocurrido, y más. El siguiente aparato, gracias a la experiencia, será mayor y más potente y eficiente. Ah, y no nos olvidamos de Ingenuity. El helicóptero sí ha sufrido alguna dificultad (aterrizaje de "emergencia" incluido), pero sigue fuerte a pesar de las adversidades. En órbita, poco que informar. Por Júpiter, la bella dama del espacio mantiene su buen hacer, incluso con su tour por o s satélites galileanos. Es el turno de Io, la más cercana de todas las lunas grandes jovianas, la más activa, y a la que es más peligroso acercarse, por la brutal radiación en la que está empotrada. Precisamente, ya empieza a manifestarse a bordo, en especial en su cámara de divulgación. Diseñada para sobrevivir a sólo unos pasos por el perihelio, que haya llegado hasta aquí es un éxito rotundo. El último paso de este año de Juno a Io fue ayer, y esperamos ansiosos las imágenes. Son las más cercanas desde los tiempos de Galileo, así que ya ha llovido. Otros lugares, como Mercurio, recibieron su visita preceptiva de BepiColombo, Lucy nos ha enseñado un nuevo asteroide (tres, en realidad), Parker Solar Probe ha acortado distancias con Helios, y New Horizons sigue con su viaje por la porra, como las gemelas Voyager, otras que han sufrido, y sufren diversos problemillas. Se las ha actualizado para garantizar más años de ciencia interestelar, previa a su desactivación final, tal vez a finales de la década. En cuanto a la sección telescópica, la cos marcha, con el telescopio James Webb a la vanguardia. Desde lo más cercano a lo más lejano, esta herramienta cumplebcon lo prometido. A la zaga siguen Hubble y Chandra, XMM-Newton e INTEGRAL (con su fin próximo, todo hay que decirlo), NuSTAR e IXPE, Fermi y Swift, Astrosat... Y se une uno más al lote, en el universo X con XRISM, aún en fase de verificación. Y no nos olvidamos de grande, y esperadísimo Euclid. Lanzado este verano, sus pruebas se alargaron más de lo anticipado, pero ya está manos a la obra en su tarea de desentrañar los misterios oscuros del cosmos. Ya que estamos, otra misión europea importantísima es JUICE lanzada brillantemente, dirigiéndose al hermano mayor del sistema, con otras, por la ruta indirecta. Pequeños problemas, ya resueltos, no impiden su progreso. Para el año que viene nos visita, para un paso muy especial. En cuanto a vuelos tripulados, poco que destacar, con las dos estaciones pasando por relevos periódicos, haciendo la habitación permanente de la órbita más permanente que nunca. Ah, es verdad: se escogieron a los cuatro astronautas que protagonizarán Artemis II, el primer vuelo tripulado a la Luna desde los tiempos de Apollo. Son tres americanos y un canadiense y, como prometieron, con una mujer y una persona afroamericana entre sus integrantes. En otro orden dencosasde cosas, la colosal ambición de SpaceX, el gigantesco Starship, es ya una realidad. Una que explota, al menos. Con un primer vuelo problemático, el segundo no fue tan mal si bien las dos estampas se perdieron, otra vez. Ah, un tercer vuelo de prueba parece estar en camino. Ha habido diversas altas este año, como los cuatro pequeños TROPICS o el instrumento TEMPO, el nuevo miembro de la familia de satélites Meteosat (en todos los sentidos), así como otros que no nos acordamos en este instante. Sobre las bajas, a la mencionada de Rusia en la Luna, mencionamos el observatorio japonés Hisaki, la misión de aerosoles CALIPSO (por falta de combustible), y la más importante: Aeolus, la misión de los vientos de la ESA, que se alargó más de lo que su equipo jamás soñó. Y ya preparan sustituto. También ha llegado el momento de otras despedidas como de los lanzadores. Este es el año en que el poderoso Ariane 5 remontó los cielos por última vez. Su sustituto pronto volará, aunque lleva cierto retraso. Hay que empezar a hacerlo, también, con otros conocidos, con el Atlas V, el Delta-4 (ambos sustituidos por el próximo Vulcan), más el HII-A nipón (su sustituto, el H3, no tuvo un buen debut) Y lo que nos espera para el 2024: más misiones a la Luna (incluyendo las sondas comerciales contratadas por la NASA), Europa Clipper a Júpiter, sondas a Marte (si nada se tuerce), tres nuevos ojos al cosmos, dos de ellos en rayos X, nueva visita de BepiColombo a Mercurio, y las solares a Venus, y otras, muchas otras, al planeta Tierra. Interesante, sí, y trataremos de estar aquí para relatarlo.

Ventana al espacio (CLXXVII)


 Galaxia NGC 1365, desde GALEX.