martes, 31 de diciembre de 2019

Ventana al Espacio (CXXIX)


El campo magnético de la Vía Láctea, desde Planck

Resumen del año 2019

Nos toca finiquitar este año con el ya tradicional resumen. Ya anunciábamos que este 2019 no iba a ser un año especialmente movido, pero ha tenido sus cosas. Y eso que arrancó tremendo, con el sobrevuelo de New Horizons del objeto del cinturón de Kuiper 2014 MU69, ya conocido oficialmente como Arrokoth. Un lugar fascinante, parecido al cometa 67P, pero sin gases, con una superficie relativamente suave con algunos agujeros parecidos a cráteres y, ah, casi tan plano como una galleta. Puesto que la mayoría de los datos siguen a bordo de la sonda (hasta el 2021 no tendremos en casa todo) no hemos sabido demasiado más. Año de estudios asteroidales, con Hayabusa2 indagando en Ryugu y OSIRIS-REx haciendo lo propio en Bennu. La misión japonesa está ya de retorno, habiendo cumplido con gran éxito sus tareas, lo que se incluye la obtención de dos muestras, así de un experimento explosivo con su superficie. El año que viene recibiremos su recompensa. Para la
Fuente. JAXA, Universidad de Tokyo y colaboradores
misión de la NASA, por su parte, ha sido época de estudios. Con los mismos problemas que su homóloga japonesa, el proceso de seleccionar su zona de recogida de muestras se ha retrasado, y hasta hace nada no hemos sabido el lugar definitivo, denominado Nightingale. A falta de más observaciones, las muestras serán recogidas el próximo verano. Por supuesto, Marte es siempre lugar de interés. Tal vez el mayor rompecabezas con el planeta rojo es el asunto del metano. Detectado principalmente por Curiosity, registrarlo desde la órbita es complicado, solo visto una vez 
por Mars Express coincidiendo con una medición del rover de la NASA, pero el resto, agua, ni siquiera el especializado ExoMars TGO ha sido capaz de detectarlo. Y por la superficie, Curiosity sigue progresando, ascendiendo cada vez más el Aeolis Mons dentro del cráter Gale. Se acerca a una zona de montículos estratificados y, de camino, cuatro nuevos taladrados. Por si fuera poco, además de indagar en el metano ambiental, ha generado otro misterio al registrar picos de oxígeno. Cuanto más sabemos, menos sabemos. Mientras, InSight no lo ha pasado bien: el sensor de medición de temperatura, el célebre Mole, llega meses intentando descender a su profundidad designada, pero entre un suelo que apenas ofrece fricción, y la aproximación cuidadosa, ha llevado a dar más pasos 
hacia atrás que hacia delante. De hecho, en un momento del proceso, el Mole rebotó, saliéndose casi la mitad de su longitud. Ahora está de vuelta casi hasta el nivel previo al rebote, y se estudian medios para que siga descendiendo. El otro aparato situado en el suelo, el sismómetro, ya está registrando temblores, lo que nos permitirá entender cómo es Marte por dentro. Otra zona del sistema solar muy activa ha sido nuestro satélite. Tres intentos de alunizaje, y solo un éxito. Únicamente la misión china Chang’e 4 consiguió llegar con éxito a su destino, además haciendo historia, al hacerlo en la cara oculta lunar. A estas alturas, la misión sigue, y su rover, Yutu-2, sigue recorriendo la superficie, a diferencia de su hermano. Las otras dos, problemas. Primero en marzo, el lander privado israelí Beresheet falló en la maniobra cuando, en pleno descenso, su unida de medición inercial se apagó, apagando su motor de descenso y estrellándose. Y para octubre, la misión triple de ISRO, Chandrayaan-2, con orbitador, lander (Vikran) y rover (Pragyan) llegó a Selene y, tras la separación, Vikram, con el rover en su interior, trató de hollar en la superficie pero, por causas desconocidas, se la pegó. Al menos el orbitador sigue ahí, y funcionando. No nos podemos olvidar de la misión más arriesgada y valiente, es decir, Parker Solar Probe. Con ya tres perihelios concluidos, y de camino a un cuarto aún 
más abrasador, la misión ya ha entregado su primera ciencia, dándonos retazos misteriosos y fascinantes de lo que ocurre muy, pero que muy, cerca del Sol. Aún le quedan 21 perihelios para acercarse todavía más a Helios, para así decirnos cómo se genera todo ese viento solar, entre otras cosas. Este año también se ha destacado por recibir, por segunda vez, que sepamos, un visitante interestelar. Conocido como 2I/Borisov, se trata de un cometa propiamente dicho, a diferencia del anterior, ‘Oumuamua, y ya en proceso de salida. Por lo visto, es muy similar en composición a los que habitan nuestro sistema solar y, de acuerdo con los últimos cálculos, muy pequeño. TESS, tras cumplir su primer año escaneando los cielos, ya ha dado con exoplanetas interesantes, además de asistir al estudio de cómo un agujero negro destrozaba y devoraba una estrella, y observar un estallido de materia procedente de un cometa. Sin embargo, la noticia científica de 
año es, no podía ser otra, la imagen del horizonte de eventos de un agujero negro supermasivo, el situado en la galaxia M87, con cooperación de observatorios terrestres y telescopios espaciales, e instituciones de todo tipo. Un hito, en mayúsculas. Ah, sí, este año debería haber arrancado el programa de naves tripuladas comerciales a la ISS, para el que viene iniciar los recambios de tripulación. Y lo ha hecho, a trompicones. Primero en marzo, con la nave Dragon de SpaceX, una misión redonda de principio a fin, con el vehículo siendo el primer americano en acoplarse 
automáticamente a la ISS, regresando después. El problema vino después, mientras se preparaba para una prueba de abortamiento en vuelo, la nave explotó, retrasándolo todo. El problema se ha localizado y subsanado, y cuando se haga la prueba mencionada (en pocos días) será el turno de la misión de prueba ya tripulada. En el caso de la nave Starliner de Boeing, la misión despegó hace unos días, pero un problema en el reloj de misión impidió completar la tarea más importante: el acoplamiento a la ISS, lo que supuso acortar el vuelo a dos días, realizando diversas pruebas, antes de regresar sin problemas. A trompicones, está dicho. Y en el complejo, hitos. En plural, porque, primero, se produjo (y ya era hora) el primer paseo espacial completamente femenino de la historia, a cargo de las astronautas de la NASA 
Christina Koch y Jessica Meir; y el segundo, es el récord de permanencia en una sola misión para una mujer, y de nuevo con Christina Koch como protagonista, al superar los 288 días fijados por Peggy Whitson en su última misión. Puesto que no regresará a casa hasta febrero, tiene tiempo para ampliarlo. Este año, la lista de altas es escasa. A las ya mencionadas Beresheet y Chandrayaan-2 a la Luna, tenemos el instrumento OCO-3 a la ISS (estudios del dióxido de carbono atmosférico), el largamente esperado satélite ICON (AL FIN), y los telescopios espaciales Spektr-RG ruso-germano (exploración de universo X) y CHEOPS (caracterización de exoplanetas conocidos). En cuanto a la de bajas, corta pero dolorosa: el satélite oceanográfico OSTM/Jason-2 (deterioro del sistema energético), los dos satélites de la misión Van Allen Probes (sin combustible) y el que más duele, el Mariscal de Marte, Opportunity, como consecuencia de la tormenta de polvo del año pasado. Y mucho nos espera el 2020: misiones a Marte a cubos (cuatro como máximo), Solar Orbiter a nuestra estrella, la primera misión robótica de recogida de muestras lunar, por parte de China, los primeros vuelos tripulados desde suelo americano desde el 2011, y el fin de misión del observatorio de infrarrojos Spitzer. Será excitante, y estaremos aquí para relatarlo. 

domingo, 15 de diciembre de 2019

Misiones exoplanetarias: CHEOPS

El año pasado hablamos de TESS, la nueva misión exoplanetaria de la NASA. En aquella entrada, hablamos de por dónde va la ciencia de los planetas extrasolares. Con esta misión, empezamos hablando sobre qué camino seguir, y la NASA decidió continuar la búsqueda. La ESA, por otra parte, ha escogido la segunda: empezar a caracterizarlos. Su próxima misión astronómica se dedicará a esta tarea de manera exclusiva.

En la década de 1980, la ESA formuló su programa científico Horizon, que en la década siguiente amplió denominándolo Horizon 2000. Son muchas las misiones lanzadas amparadas por este programa, como SOHO, Rosetta, ISO, Herschel y Planck, Cluster, entre otras, y más recientemente, Gaia y la última de todas, BepiColombo. Coincidiendo con la brillante misión Huygens y su glorioso descenso a Titán, la ESA se vio en la necesidad de abrir un nuevo programa de misiones que continuara la cuerda de éxitos propiciado por los anteriores. Este nuevo programa científico a largo plazo se llamó Cosmic Vision, y en lo esencial pretende continuar con los éxitos cosechados, con una diferencia: mejor organización. En cierta manera, se basa en la forma en que la NASA tiene para seleccionar misiones en programas tan exitosos como el Discovery, el New Frontiers o el mejor de todos, el Explorer. Adaptando todo esto a sus necesidades, la ESA ha creado su Cosmic Vision sin restricciones sobre qué investigar, ya sea física de la magnetosfera terrestre, ciencia planetaria, astronomía, astrofísica e incluso cosmología. Solo hay una limitación: el presupuesto. De hecho, para tener mejor organizadas las ideas sobre qué, cómo y cuánto investigar, se ha optado por tener tres clases de misiones. El formato más pequeño es la denominada clase S, o pequeñas. En terminología de la NASA, sería como las misiones Small Explorer, o las primeras misiones Discovery: proyectos con un objetivo muy concreto, con un calendario de desarrollo corto y con un presupuesto ajustado. El segundo formato es la clase M, o de tamaño medio. Hasta la fecha, es el que más misiones ha escogido, con cuatro, estando en proceso de escoger una quinta. Estos proyectos ya son más completos, con los recursos suficientes como para superar obstáculos de desarrollo, y con la complejidad necesaria para cumplir su programa científico. Estas serían el equivalente a una misión Medium Explorer. Y para terminar, la clase L, o las de gran formato, con grandes ciclos de desarrollo, gran presupuesto y objetivos ambiciosos, y de hecho, hay tres en proceso. En jerga de la NASA, esta sería una misión Flagship, como Curiosity o la futura Europa Clipper. Como veis, este programa a largo plazo va a buen ritmo, y finalmente está listo para enviar al espacio su primera misión.

Nuestra protagonista es la primera misión de pequeño formato o, como se la conoce, S1. Responde al acrónimo de CHEOPS, Satélite Caracterizador de Exoplanetas. Propuesta por la Universidad de Berna en Suiza, su tarea es la de estudiar, empleando el método del tránsito, planetas extrasolares situados alrededor de estrellas cercanas y brillantes, para obtener información que permita conocer mejor su tamaño. Para conseguirlo, se ha desarrollado un satélite que se desprende de lo superfluo para dedicarse en exclusiva al estudio de planetas más allá de nuestro sistema solar.

Para acelerar las cosas al máximo, se ha optado por la ejecución del proyecto construyendo directamente el hardware de vuelo, configurándolo antes como “proto vuelo”, de modo que, en vez de tener modelos de ingeniería en el que probar las cosas, todo se hará en el vehículo que será colocado en el espacio, que después de las pruebas será configurado para subir allí arriba. También para acelerar las cosas se ha optado por una plataforma común, en este caso la AstroBus 250 de Airbus Defence & Space, y todos los 
elementos de la plataforma han sido desarrollados o integrados en la planta de la compañía en Barajas. De forma hexagonal y elaborada en aluminio, se parece a las LEOStar-2 usadas en diversas misiones de la NASA, y alberga todo lo esencial para funcionar. Sobre la plataforma, el único instrumento de a bordo. Completamente ensamblado, CHEOPS es un satélite compacto de 1.6 x 1.5 x 1.5 metros, y en lo esencial, carece casi por completo de partes móviles. En general, se ha buscado la sencillez, pero no por ello carece de redundancia en lo funcional. Todo el control se gestionará en el ordenador de a bordo, cuyo núcleo, probablemente, sea un procesador ERC-32, el habitual de la ESA en los últimos tiempos, acompañado por un grabador de datos con capacidad de hasta 3.8 gigabits de información, y para la transmisión de los datos, y recibir comandos, usará un sencillo transpondedor de banda-S, con dos antenas omnidireccionales, situados en las parte superior e inferior del satélite, permitiendo, cada día, descargar hasta 1.2 gigabits de datos a su estación de tierra primaria. Su orientación será triaxial, y tendrá que ser extraordinariamente precisa para conseguir una máxima precisión en sus mediciones. Para ello 
cuenta con unidades de referencia inercial, dos escáneres estelares (en la parte superior), cuatro ruedas de reacción y un magnetómetro conectado a sistemas de descompensación magnética, mientras que carece de sensor solar ordinario y de receptores de GPS. El control de actitud controlará hacia dónde apunta, manteniendo la parte inferior de la plataforma apuntada hacia la Tierra, la parte superior hacia el espacio, y la parte trasera hacia el Sol, pero también tiene ciertos límites a la hora de apuntar para evitar la entrada de luz no deseada procedente de nuestra estrella en el instrumento. A pesar de su pequeñez, dispone de un sistema de propulsión, con cuatro pequeños propulsores (en la plataforma inferior del satélite) alimentados por un tanque de combustible con capacidad de entre 20 y 30 kg. de hidracina. La razón de ser es la de, primero, alcanzar su órbita definitiva, y después, controlar que se queda en ella. La generación de energía es mediante paneles solares, fijos sobre la estructura, tan altos como el conjunto de la plataforma y el instrumento, sirviendo además como escudo solar. En total, los tres poseen una superficie activa de 2.5 metros cuadrados y, con respecto al central, los dos laterales están desviados 67º, de modo que CHEOPS puede rotar sobre su eje vertical, hasta cierto punto, y seguir produciendo energía. De ese modo, los sistemas de a bordo siguen recibiendo energía, y a su vez carga la batería de a bordo, del tipo ión-litio. En cuanto al sistema termal, el típico: mantas multicapa, radiadores, y calentadores eléctricos. Como hemos dicho, solo dispone de un instrumento, y es un fotómetro de extrema precisión. El núcleo del sistema es un telescopio 
reflector tipo Ritchey-Chretien con una apertura de 30 centímetros y una longitud focal de 1.6 metros (f/5) pero, juntando el bafle frontal y el codo a 45º justo detrás de la salida de la luz del telescopio, la longitud focal total de todo el sistema es de 2.7 metros (f/8.38). El bafle, como es obvio, se ha diseñado para minimizar la entrada de luz no deseada en el tren óptico, y en su abertura dispone de una tapa para protegerlo durante el lanzamiento y los primeros días en órbita, cuando será abierta. La luz recogida por el telescopio es recibida en un sensor CCD de 1024 x 1024 pixels, sensible a un amplio rango de longitudes de onda entre la luz visible y el infrarrojo cercano, es decir, entre los 330 y los 1100 nm. El telescopio permitirá observar zonas del cielo del tamaño aproximado a los dos tercios de la luna llena, es decir, relativamente pequeño. El sensor tendrá que estar refrigerado para funcionar correctamente (a -40ºC, y manteniéndola en 1/100 de grado). El control de todo el instrumento lo realizará su propio juego de electrónicas, basado en un procesador LEON3, y contando con su propia memoria interna de hasta 128 gigabits, lo suficiente como para seguir funcionando durante tres días sin contacto con Tierra. Gracias a un muy preciso control de actitud, CHEOPS será una plataforma sumamente estable para realizar exquisitas mediciones de fotometría de una extremada precisión, consiguiendo aproximadamente una exactitud de 20 partes por millón de luz observada en un periodo de seis horas de observación de un tránsito, muy similar a lo que se consiguió con Kepler. Un fotómetro es muy distinto de una cámara: este tipo de instrumentación se hace para hacer estudios de luminosidad de cualquier astro, y además de en astronomía, se ha usado en diversas sondas espaciales. Una vez a carga completa, su peso en báscula será de 280 kg.

Gracias a su tamaño y su masa, es la carga útil idónea para ser el satélite secundario de un lanzamiento doble. El satélite primario del vuelo será el primero de la segunda generación de satélites italianos de SAR COSMO-Skymed, y dados los requisitos de órbita de CHEOPS, el compañero ideal. El lanzador para estos dos (así como un montón de Cubesats) será el Soyuz ST-B con etapa superior Fregat. El lanzamiento se producirá desde Kourou, el 17 de diciembre. Con el despegue realizado, y con la separación del satélite italiano, la Fregat entregará a CHEOPS en su órbita de trabajo: polar, sincrónica solar, sobre el terminador, a 700 km. de altitud. En esa trayectoria está garantizada la luz solar (salvo por ocasionales eclipses solares por la Luna) y le garantiza todo un cielo lleno de objetivos que observar.

Una vez en órbita y en contacto con los centros de control (el del satélite en Torrejón de Ardoz, junto con su antena terrestre principal, el científico en la Universidad de Berna) le esperan tres meses de verificación de que todo está bien. Con todo certificado, la misión comenzará oficialmente. La tarea primaria durará tres años y medio, y durante ese tiempo, el 80% del tiempo de observación se dedicará a objetivos ya fijados por el equipo científico, mientras que el tiempo restante estará disponible para gente fuera del proyecto que entregue una propuesta de observación. Los objetivos de CHEOPS son planetas extrasolares del rango que va de las Supertierras a los que tienen tamaños similares a Neptuno, tipos que la mayoría no existen en nuestro sistema solar, y que orbiten en un tiempo máximo a sus estrellas de 50 días. El objetivo es estar atento a los tránsitos provocados por estos planetas, observando la estrella durante horas, puede que incluso días, obteniendo, al menos, una medición por minuto. Tal será su sensibilidad que no solo se fijará cuando el 
planeta pase frente su estrella, también cuando pase DETRÁS de su estrella. Cuanto más tiempo permanezca mirando tránsitos y los eclipses, más precisa será la información, pudiendo conseguir información que nos permita conocer el radio del planeta, su inclinación orbital, y la duración exacta de su órbita. Esta información, en especial la del radio, al combinarse con los datos existentes, en particular la masa del planeta, permitirá conocer con exactitud si es rocoso, gaseoso, oceánico, o cualquier otra cosa que pueda haber ahí fuera. Además, estas observaciones pueden ayudar a descubrir si tienen atmósfera (en caso de tenerlas, incluso cómo el calor viaja del lado diurno al nocturno), y quién sabe, lunas. No solo eso: ante la continuada observación de cada estrella, y con cada vez más tránsitos, podría ser posible encontrar nuevos exoplanetas que acompañen a estos planetas. El resultado será un mejor conocimiento sobre cómo se forman los sistemas solares por toda la galaxia, y para el futuro, proporcionará objetivos para telescopios futuros, tanto terrestres  como espaciales, como el prometedor James Webb.

Puede que CHEOPS sea pequeño, pero nos dará una ciencia gigantesca, y grandes conocimientos sobre cómo son los mundos más allá de nuestra parcela cósmica. Y esto solo es el principio: dos de las próximas misiones del Cosmic Vision también estarán dedicadas a estudios exoplanetarios. Atentos.