Ventana al espacio (CLVI)

 La Vía Láctea, desde INTEGRAL.

Panoramas... desde Venus

No nos entendáis mal pero, a estas alturas, ya estamos “cansados” de contemplar los paisajes marcianos. Desde que los Viking Lander hollaran Marte en la segunda mitad de la década de 1970, en Chryse y Utopia Planitia, no hemos parado. Veinte años después, llegaron Mars Pathfinder y su Sojourner en su recorrido de ochenta y tres soles por Ares Vallis y, casi ocho años más tarde, el retorno con Spirit  y  Opportunity, que abrieron el verdadero festival al posarse en el cráter Gusev y en Terra Meridiani, respectivamente. Luego, llegó Phoenix al lejano norte marciano, en los terrenos poligonales del Vastitas Borealis y, en la actualidad, tenemos todavía a Curiosity en el cráter Gale, a InSight en el Elysium Planitia y, más recientemente, a Perseverance e Ingenuity en el cráter Jezero, el primero ofreciendo la perspectiva desde el suelo, y el segundo desde el aire.

Este resumen no acabaría sin mencionar el último del lote, el rover de la agencia espacial china, Zhurong, que, en una suerte de cierre de círculo, recorre el Utopia Planitia desde el pasado mes de mayo. Claro está, no hace falta mencionar que la Luna también ha recibido visitas en su suelo, y no solo las tripuladas: a los lander Luna y Surveyor, en las décadas de 1960 y 1970 (por no olvidar a los rover Lunokhod) se unen, en la actualidad, las misiones chinas (Chang’e 3, 4 y 5), así como las que están por acudir en un futuro próximo. Por visitar, por visitar, hasta lo hemos hecho en uno de los cuerpos celestes más interesantes y fascinantes del sistema solar como es Titán con Huygens, y en el futuro repetiremos experiencia, pero más duradera, con Dragonfly. Entonces, ¿qué pasa con la Diosa de la Belleza? Es hora de que hablemos de una de las aventuras más desconocidas de la exploración espacial.

Mucho de lo que sabemos acerca de Venus proviene, en especial, de tres misiones: Pioneer Venus Orbiter, Magallanes y Venus Express. Pero lo otro mucho procede gracias a los esfuerzos de los ingenieros y científicos de la antigua Unión Soviética con su programa de investigación Venera (Венера, Venus, en ruso). Como el programa de investigación planetaria más longevo de la historia (desde 1961 hasta 1983), está cargado de primicias, hoy por muchos olvidadas: Venera 3 fue la primera en alcanzar la superficie de otro planeta, el 1 de marzo de 1966 (pero sin contacto, perdido con anterioridad), y su sucesora, Venera 4, la primera que transmitió datos en una atmósfera que no era la terrestre (18 de octubre de 1967). Posteriormente, fueron capaces de situar en superficie un lander, y transmitiendo información sobre el infernal entorno (Venera 7, 15 de diciembre de 1970), hito repetido casi dos años después. Entonces, los ingenieros y científicos decidieron parar, momentáneamente. ¿Por qué? Por dos razones: en un último esfuerzo, infructuoso, en Marte (1973), y en un rediseño de las sondas venusinas, aprovechando las lecciones aprendidas. También decidieron incorporar instrumentación nueva. Y lo principal, fue querer ver los paisajes venusinos.

¿Cómo conseguir que algo pueda sobrevivir el tiempo suficiente en Venus como para transmitir información, no digamos imágenes? Como demostró la experiencia de Venera 4, los lander a Venus han de diseñarse casi como los batiscafos de exploración profunda en los océanos. Eso significaba que todo lo importante para el lander (electrónicas de control, radio, fuente de energía, instrumentación) se encontraba, casi en su totalidad, en el interior de un contenedor de presión, construido en titanio. Y eso sólo aseguraba su funcionamiento, durante un periodo de tiempo corto. Volviendo al tema: ¿qué tipo de cámara sería la ideal para capturar imágenes de Venus sin fundirse? Esa pregunta se hicieron los ingenieros, y resolvieron usar un tipo de sistema que ya tenía casi una década de experiencia en el espacio.

Se las conoce como cámaras ciclorámicas optomecánicas, o por simplificar, cámaras de ciclo panorámicas. En realidad, se trataba más bien de fotómetros, que medían la cantidad de luz recibida, y a partir de ello, creaban una imagen. Diseñadas para las misiones lunares de superficie, eran capaces de crear panoramas completos de 360º de manera continua, en vez de necesitar crear varias tomas para después pegarlas juntas. Usaba un espejo oscilante dentro de una carcasa rotatoria, una lente de enfoque, y un tubo fotomultiplicador. Una gran ventaja de este sistema era el control de ganancia automático, permitiéndole trabajar en ambientes con niveles de iluminación cambiantes. Luna 9 fue de los primeros, y más tarde se usó en otros lander lunares, los rover Lunokhod (dos delante, dos detrás) y en los desafortunados lander marcianos. Para Venus, se necesitaron cambios obligados. El primero, y más importante, fue el de mantener la cámara dentro del contenedor de

Fuente: Don P. Mitchell

presión; en las antes mencionadas, estaban prácticamente en el exterior. Eso significó que hubo que fabricar una suerte de periscopio que se proyectaba de la parte superior del casco de presión. Claro está, se necesitaba una ventana. El material seleccionado para ella fue el cuarzo, de diez milímetros de grosor y forma cilíndrica. Detrás estaba el espejo de escaneo, diseñado para aguantar las altas temperaturas del planeta, llevando la luz por un tubo, relativamente no conductor, hasta la cámara. Antes, una lente de compensación corregía cualquier distorsión provocada por la ventana de cuarzo. Un segundo espejo, fijo, admitía la luz al sistema, pasando por un grupo de lentes de veintiocho milímetros de longitud focal antes de llegar al tubo fotomultiplicador. La lente de cuarzo supuso un problema: este material, y el titanio, poseen distintos coeficientes de expansión termal. El problema se resolvió usando juntas de oro y acanaladuras de formas especiales. Puesto que su situación interna limitaba el campo de visión, cada lander usaba dos cámaras de este tipo. No había memoria de a bordo; todo se transmitiría en tiempo real al orbitador. Los lander poseían un ratio de transmisión de 256 bits por segundo, lo que dictó que las cámaras escanearan de forma, digamos, lenta. Una línea de una sección de 128 pixels por 512 líneas se escaneaba cada 3.5 segundos, ofreciendo tiempo suficiente, eso sí, para capturar un panorama completo durante la vida operativa del lander, cifrada en treinta minutos. La imagen, en total, ofrecía unos setenta mil pixels, capaz de enfocar desde 0.8 metros hasta el infinito, y con una resolución de, a un metro del lander, distinguir objetos de cuatro milímetros. Las cámaras se montaban a noventa centímetros de la base del lander, y cada una disponía de una cubierta protectora que se expulsaba nada más aterrizar, así como una lámpara halógena, por si acaso. El lander, la masa en superficie, era de 660 kg.

Las sondas que serían Venera 9 y 10 despegaron con seis días de diferencia (8 y 14 de junio de 1975) en sendos lanzadores Proton, con una masa total, entre el orbitador y el vehículo de descenso, con el lander en su interior, cercano a las cinco toneladas. Alcanzando Venus cuatro meses después, cada orbitador separó el

Fuente: Don P. Mitchell

vehículo de descenso dos días antes. Los lander de Venera están entre los más peculiares que se hayan diseñado, casi hasta cómicos. Parece que están coronados por sombreros, y como tren de aterrizaje, usaban un anillo completo conectado al caso de presión mediante amortiguadores. Dos tuberías que salían del contenedor de presión, primero en diagonal, después en vertical, expulsaba parte del calor interno. Un sistema de refrigeración enfriaba el interior de la sonda a entre ocho y diez grados bajo cero, previo a la separación. El vehículo de entrada era completamente esférico, a diferencia de los usados actualmente en Marte, y también empleaba paracaídas, uno de extracción, uno de estabilización, que se llevaba la mitad superior de la esfera de entrada, y tres principales, naciendo del lander, y que se cortaban a cincuenta kilómetros de altitud. ¿Por qué a tanta altitud? La atmósfera venusina es una sopa extremadamente densa, y el disco que rodea la parte superior del lander es, en realidad, un freno atmosférico, permitiendo aterrizajes “suaves” a velocidades de siete metros por segundo. Era el 22 de octubre de 1975 cuando Venera 9 aterrizó. Por desgracia, sólo una de las cubiertas de las cámaras se separó. La otra se mantuvo tercamente en su lugar, probablemente por el diferencial de presión. Dos días después, Venera 10 hizo lo propio y, como su hermana, una de las cubiertas de las cámaras no se separó.

La primera aterrizó en lo que es hoy Aikhylu Chasma, cerca de Beta Regio. El segundo, a dos mil doscientos kilómetros de distancia, en la frontera de Beta y Hyndla Regio. El primero transmitió durante cincuenta y tres minutos; el segundo, sesenta y cinco. La creencia común supone que tras ese tiempo, quedaron destruidas por las condiciones restantes. En realidad, si no supimos más de ellas, fue porque los orbitadores se salieron del alcance de sus transmisiones.

Gracias a su mayor duración, la cámara que, en cada caso, funcionó, proporcionó un panorama completo (174º Venera 9, 180º Venera 10), y uno parcial. Escaneaban primero de izquierda a derecha, para luego retornar al punto de inicio. Y la de Venera 9 fue, y es, la primera imagen que nos llegó desde otro planeta, nueve meses antes de las que consiguiera Viking Lander 1 en Marte.

Por desgracia, cuando esas imágenes llegaron a occidente, se trataba generalmente de copias de mala calidad y penosa resolución. Habitualmente, eran fotocopias de fotocopias de fotocopias, perdiendo así calidad y detalles.

 

En la siguiente oportunidad, tres años después, las misiones Venera 11 y 12 también cargaron, cada una, un lander de diseño mejorado, y cada una, dos cámaras fundamentalmente idénticas, pero con capacidad a color. Llegando a Venus en diciembre de 1978, un error de diseño en las cubiertas de las cámaras evitó el retorno de imágenes. Eso significó que, para la siguiente oportunidad, en 1981, los problemas se debían haber resuelto.

Las misiones Venera 13 y 14 repitieron el esquema de sus antecesoras. En vez de contar con orbitador y lander, la sección de vuelo interplanetario era una sonda de transporte y sobrevuelo equipada para estudios interplanetarios y astrofísicos, además del relé con el lander, que estaba más cargado de ciencia que nunca,

Fuente: Don P. Mitchell

pero lo importante eran las cámaras. Enormes mejoras en los sistemas de transmisión permitieron aumentar el ancho de banda del lander por doce, permitiendo una operación más rápida de los fotómetros de escaneo, y así capturar más escena, con secciones de 252 x 1024 pixels transmitidos a una cadencia de una línea cada 0.82 segundos. Además, la mayor mejora era el tubo fotomultiplicador, que generaba muchísimo menos ruido en la señal, permitiendo digitalizar la señal a nueve bits por pixel, con un décimo por paridad (siete en Venera 9 y 10). Y, por supuesto, los filtros. Además de un filtro claro para imágenes monocromáticas, poseía filtros para construcción de imágenes a color real, en las longitudes de onda roja, verde y azul. Preprogramadas para funcionar nada más registren luz, una de ellas funcionaría siguiendo lo que llamaron Programa Corto. En él, el sistema primero escaneaba todo el campo de visión de 180º con el filtro claro; luego, en el retorno, empleaba los filtros consecutivamente en arcos de 60º, finalizando el resto del campo de visión con el filtro claro. La segunda se preprogramó para el Programa Largo: escaneando todo el campo de visión usando todos los filtros a su disposición. Si la sonda aguantaba treinta minutos, el objetivo de diseño, aseguraría un panorama completo a color, uno en blanco y negro, y una sección también a color. Para ayudar en la posterior reconstrucción de la escena, buscando el color real, se instaló en cada lander un panel rectangular de calibración, con secciones cuadradas con cuatro colores: azul, verde, rojo y gris. Se utilizaron materiales resistentes a las altas temperaturas, y se probaron en cámaras de vacío bajo las condiciones de la superficie venusina. Cada lander pesaba 760 kg.

Ambas sondas se lanzaron con cinco días de separación (30 de octubre y 4 de noviembre de 1981), para llegar a Venus cuatro meses después, los días 1 y 5 de marzo de 1982. Venera 13 aterrizó al este de la región conocida hoy como Phoebe Regio; Venera 14 lo hizo en su flanco oriental. El primero aguantó 127 minutos, el segundo lo hizo durante cincuenta y siete. Y otra vez, tuvo más que ver con las trayectorias de los vehículos orbitales portadores que por la presión y temperatura reinantes. En esos tiempos de funcionamiento, ambas retornaron un montón de panoramas con ambas cámaras porque, al fin, las dos cubiertas se desprendieron como debían. Y primicia, una más: Venera 13 fue la primera misión en transmitir sonidos registrados en otro planeta, y la primera en taladrar en otro planeta. Y una vez más, las imágenes llegadas a occidente volvían a ser de baja calidad y pobre resolución. 

Venera 13

Aquí acabaría todo… pero no.

Tras el derrumbamiento de la Unión Soviética, empezó a producirse un intercambio tecnológico entre la nueva Rusia y occidente, principalmente, Estados Unidos. Así, la Universidad Brown consiguió, mediante intercambios, copias de las cintas que contenían la telemetría original de las sondas Venera de superficie, incluyendo los datos de imágenes. Al ser plenamente digitales, es posible reconstruirlas, y trabajar en ellas, mejorando indudablemente la calidad. De este modo, tanto especialistas de imágenes, como aficionados, han podido mejorar en gran medida las imágenes capturadas, mostrando, así, la superficie de Venus en toda su gloria.

Fuente: Don P. Mitchell

Lo primero que llama la atención sobre las imágenes de las cuatro sondas son las franjas verticales, que dan la impresión de que han sido distorsionadas. En realidad, se trata de ráfagas de telemetría con información de los otros instrumentos insertada. En el caso de las dos primeras, fue posible usar el panorama parcial de retorno para crear una imagen sin esos bloques de telemetría, para el resto, se usaron algoritmos que rellenaron los huecos. Otro detalle es que las cámaras no miraban justo enfrente de ellas, apuntaban más hacia abajo, de forma oblicua. Es el efecto del sistema, de campo ancho, para cubrir el máximo terreno en una sola imagen.

 

Fuente: Don P. Mitchell

El panorama que encontró Venera 9 fue el de un pedregal, con mucha arena entre medias. Aterrizó en una pendiente de 20º, descendente, por eso apenas vemos el cielo que, como dijeron los científicos, ofrece la misma iluminación que en un día nublado de verano en Moscú. Y no. No hay sombras. ¿Qué decir de las rocas? A diferencia de lo que vemos en Marte, de todo tipo, tamaño y condición, en el área de Venera 9 son todas rocas planas, de bordes afilados, casi sin erosión, y de tamaños de entre treinta y cuarenta centímetros. Eso significa que, o son muy jóvenes geológicamente hablando, o que la erosión allí es extremadamente lenta, aunque cuesta creer.

Fuente: Don P. Mitchell

El panorama de Venera 10 no podía ser más diferente. Carece de rocas, y un material oscuro resalta sobre formaciones, probablemente rocosas, de color más claro. Lo más probable es que se trate de una planicie de lava aplanada, con un flujo pasando y cubriendo las marcas. Al fondo y a la derecha, parece verse una pequeña elevación, tal vez alguna formación rocosa elevada. El lander acabó reposando sobre un enorme bloque de roca de, tal vez, tres metros de diámetro y, si hacemos caso a la sonda, de basalto, probablemente.

V-13 Cam-1 Fuente: Don P. Mitchell

 

V-13 Cam-2 Fuente: Don P. Mitchell

Lo más probable es que Venera 13 rebotase nada más hacer contacto con la superficie. Las dos cámaras actuaron, y nos ofrecen un paisaje parecido, hasta cierto punto, al de Venera 10. La mejor resolución de los sistemas permiten ver más detalles: además de afloramientos rocosos de tono claro, podemos ver piedrecitas sueltas, algo de regolito oscuro, y lo que parecen ser agregaciones sueltas de regolito, al menos, hasta donde alcanza la vista. Una vez más, las rocas son planas y, en la imagen de una de la cámara número dos, hasta podemos distinguir texturas en la superficie de una de ellas, con variaciones de color, de claro a oscuro, por toda su superficie.  ¿Erosión por viento o lluvia de ácido sulfúrico? A saber.

V-14 Cam-1 Fuente: Don P. Mitchell

 

V-14 Cam-2 Fuente: Don P. Mitchell

Por su parte, el panorama de Venera 14, en ambas cámaras, muestra toda una planicie plana de lava enfriada (si eso es posible en Venus), exhibiendo múltiples fisuras que se ven hasta donde alcanza la vista. Sólo hay, en las imágenes, un bloque suelto, en la cámara número uno, junto al objetivo de calibración de color, el resto es lava y más lava, plana, lisa. Tal vez, esta sea una de las regiones más jóvenes de Venus, geológicamente hablando.

Un último detalle, sobre Venera 13 y 14, concretamente sus imágenes a color. En ellas, nos muestra un tono

más bien tirando al naranja. La razón, afirman los científicos, es doble: primero, por la dispersión Rayleigh (la responsable por el cielo azul en la Tierra), y segundo, por la existencia de algún elemento químico, desconocido, que absorbe la luz azul en la atmósfera baja. Pero, ¿Venus es así de verdad? El consenso es que no. Al fijarse en los objetivos de calibración, primero en laboratorio, luego en el planeta, los resultados son distintos. Puede deberse a muchos factores: deposición del polvo, efectos atmosféricos no previstos… pero el caso es que, a pesar de las molestias en reconstruir los panoramas, y mostrarnos el color, el principal problema estaba en las propias cámaras. No por malas; eran el mejor sistema de imágenes de superficie de la época (Por eso, los lander Viking usaron sistemas semejantes). Lo que ocurre es que nunca se les hizo un balance de colores apropiado, y nunca se estableció su respuesta radiométrica.

Estas imágenes fueron, y son, únicas por el momento. La Unión Soviética se armó de valor al querer lograr este hito, y sin duda, triunfaron en su empeño. No hemos vuelto al suelo de Venus desde 1986 y, si los planes no se tuercen, la misión Discovery DAVINCI+ no sólo retornará allí, también entregará imágenes durante el descenso, tal vez a color. ¿Nos permitirá ver el verdadero color de Venus? La respuesta, para el 2031.

PD.: Esta entrada no hubiera sido posible sin las páginas web http://mentallandscape.com y http://www.russianspaceweb.com