Phoenix, un tributo

sábado, 20 de septiembre de 2025

Las próximas misiones al Sol: IMAP

Como su propio nombre indica, es el Sol quien crea la Heliosfera. Su viento solar viaja en todas direcciones extendiendo su influencia hasta... Sí, muy lejos. Pero, a pesar de su nombre, resulta que dista de ser esférica.

Del mismo modo que nuestra magnetosfera es nuestro escudo, la heliosfera también actúa como barrera, más o menos, de aquello que nos viene de más allá, del espacio interestelar. Es cierto que cualquier misión que estudia el viento solar, de un modo u otro, estudia la heliosfera, sin embargo, usando sus datos resulta imposible saber dónde acaba la influencia de Helios y empieza el verdadero espacio entre estrellas.

Han sido unas viejas conocidas las que han empujado nuestros conocimientos sobre la heliosfera hasta su mismo límite. Efectivamente, hablamos de las sondas Voyager. Porque, si no tenían suficientes descubrimientos a sus espaldas, agregaron uno más al cruzar el límite: la heliopausa. Eso sí, no fue al mismo tiempo ni a la misma distancia de nuestra estrella. 

Estos estudios entran en la categoría de los datos un situ, implicando tener que ir directamente allí para obtener la información. Muy útiles, sin duda, pero los instrumentos a bordo de las Voyager son viejos, obsoletos, y para recibirlos tardamos una eternidad. ¿Y si existe una forma de investigar la heliosfera de forma remota? Aquí entra la diminuta misión IBEX. Del programa  Small Explorer, orbita nuestro planeta en una trayectoria muy alta, lo más lejos posible
de los cinturones de radiación. Pero, ¿cómo? Mediante el estudio de los átomos neutrales energéticos, o ENA. Estos átomos se forman en el viento solar, con la colisión en el plasma de partículas cargadas y átomos neutrales. Estos nuevos ENA contienen información del medio en el que se forman, y acaban viajando por todo el sistema solar. De hecho, el límite de la heliosfera es un lugar de creación de estos ENA, y los dos instrumentos de IBEX han recopilado datos de ENA que llegan de toda la heliosfera. En conjunción con la información de Voyager, hemos creado la primera imagen global de la heliosfera. Lo más llamativo es una estructura brillante de ENA, estrecha y alargada, denominada Cinta de IBEX, una formación que, por el momento, desafía a los científicos sobre su misterioso origen, si bien es variable siguiendo el ciclo solar.

Admitámoslo, IBEX y Voyager están envejeciendo. Es cierto que New Horizons ayuda con sus datos, sí, pero necesitamos profundizar un poco más en los misterios de la heliosfera.

Os presentamos a IMAP, la Sonda de Cartografía y Aceleración Interestelar. Dirigida por su investigador principal, Doctor David J. McComas, de la Universidad de Princeton, forma parte de las misiones del programa de las Sondas Solares y Terrestres, como STEREO o MMS, entre otras. Esto implica más presupuesto, más medios, para responder a las incógnitas que nos ofrece la heliosfera.

Es la misión sucesora de IBEX, por lo tanto la idea es combinar datos hasta que llegue el momento de jubilar a una gigante diminuta. Para construir y operar IMAP se ha recurrido al JHU/APL, que han diseñado un bus exclusivo maximizando la ciencia al tiempo que reduce al mínima el número de partes móviles. Como IBEX, se ha adoptado forma de tambor, de 2.4 metros de diámetro y 0.9 de alto, más un mástil de 2.5 metros. El Laboratorio ha echado mano de sus desarrollos a la hora de formar el hardware del vehículo. Ignoramos
qué ordenador lleva, si bien sabemos que, obviamente, tiene almacenamiento masivo digital. Para comunicaciones, el transpondedores, quizás una unidad Frontier, trabaja en banda-X, recibiendo comandos a 2 kbps, y transmitiendo a cadencias que pueden variar entre los 375 y los 500 kbps. Igual que IBEX, IMAP será un vehículo rotatorio para su estabilización, a un ratio nominal de 4 rpm, y controlándola usando dos escáneres estelares, sensores solares y un juego de doce propulsores que queman hidracina, almacenada en tres tanques. El Sol será su fuente de energía, alimentando los sistemas de a bordo mediante dos paneles solares fijados a la cara solar del vehículo, y cargando una batería de ion litio para usos de emergencia. En su destino, producirá 500 W de energía máxima, si bien las necesidades son más escasas, de apenas 100 W. En cuanto al control termal, mantas multicapa, calentadores, pintura negra en el lado espacial, y cuenta con aberturas en las mantas para expulsar al espacio el gas residual que suele quedar tras un lanzamiento. IMAP ha sido cargado con diez
investigaciones, la inmensa mayoría ubicadas en el perímetro del vehículo. IMAP-Lo es un instrumento denominado cámara de ENA porque es capaz de reconstruir sus datos para crear una imagen de un entorno de partículas invisibles. Cuenta con un colimador en forma de anillo que sirve como apertura del instrumento y, a su vez, como escudo para las partículas solares mediante electricidad. En el interior, un analizador electrostático y un sensor de TOF permiten hacer mediciones de velocidad y tipo de partículas. Se ubica en una plataforma pivotante que cambia el campo de visión por comando y así, acoplado con la rotación del vehículo, generar un mapa de toda la heliosfera a energías inferiores a 2 keV, detectando hidrógeno, helio y oxígeno, entre otras. IMAP-Hi es,
en esencia, una repetición del anterior, equipando dos unidades idénticas posicionadas a 45° y 90° del eje de rotación. Su función y operación es básicamente idéntica, detectando ENA con energías entre 0.4 y 15.6 keV, capaz de registrar, además de lo mencionado en IMAP-Lo, carbono, nitrógeno y neón. Estos dos son, en esencia, versiones evolucionadas de los instrumentos de IBEX. IMAP-Ultra lleva las mediciones de ENA más allá. Entre 3 y 300 keV, la configuración es básicamente la misma que los anteriores y como IMAP-Hi, con dos unidades a 45° y 90° del eje de rotación. La principal diferencia está en el sistema de deflección y entrada con dos estructuras doradas en forma de abanico. Una placa microcanal sirve como detector de ENA. Medirá la energía y la composición de los átomos, especialmente el hidrógeno. GLOWS, Estructura Global del
Viento Solar, es el único instrumento "visual" de IMAP. En realidad es un fotómetro de un solo pixel incapaz, por tanto, de tomar imágenes. Un bafle pintado de negro sirve para que únicamente la luz deseada penetre en el instrumento. Un colimador sirve para más rechazo de luz parásita. Un filtro lo sintoniza en la banda ultravioleta del hidrógeno-alfa, o longitud de onda Lyman-alfa, situada en los 121.6 nm. De ahí va a un canal multiplicador de electrones construido en cristal, permitiendo detectar hasta mil electrones por segundo, contándolos individualmente. Su misión es estudiar la estructura del viento solar de polo a polo, el ciclo solar y la distribución del heliobrillo, un resplandor creado por la interacción entre el hidrógeno neutral interestelar y los fotones Lyman-alfa procedentes de Helios. El Centro de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Polonia, radicado en Varsovia, proporciona este instrumento. Del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial
de la Universidad de Colorado nos llega IDEX, el Experimento de Polvo Interestelar. Basado en aparatos anteriores creados por el centro (LDEX en LADEE, SUDA en Europa Clipper) es, a la vez, detector de polvo y espectrómetro de masa. Un sistema de tres rejillas cargadas eléctricamente sirve para rechazar partículas cargadas, iones y electrones procedentes del Sol. Gracias a los datos de misiones anteriores (Ulysses, Galileo, Stardust, Cassini) sabemos de flujos de polvo no sólo interplanetarios, también interestelares. Estas partículas llegan a un objetivo recubierto de oro puro en el que se desintegran formando iones. De ahí pasan a la sección TOF, que mide la masa de la partícula según el tiempo que tarda en llegar al detector. Para aquellas que son demasiado pequeñas, el conteo se realiza mediante carga eléctrica, en la que se multiplica para poder ser medida. Así, medirá composición, velocidad, concentración de las partículas
de polvo, tanto interplanetario como interestelar, y cómo interactúa con el viento solar. MAG, el Magnetómetro, es el clásico sistema de núcleo saturado triaxial tan bien conocido. Son dos sensores situados en el mástil desplegable en la configuración normal: uno en el extremo para medir el campo magnético ambiente, y el más interior, más próximo al bus, para sustraer el campo magnético causado por el vehículo. Su misión: medir la fuerza y dirección del campo magnético interplanetario. El Imperial College de Londres lo ha proporcionado para la misión. SWE, Electrones del Viento Solar, tiene la función de estudiar in situ los electrones en el viento solar utilizando un analizador electrostático más siete canales de multiplicación de electrones. Se basa en instrumentos como el SWOOPS de Ulysses, el SWEPAM de ACE, el GEM de Genesis. Si está en IMAP es por contexto. Contexto para los análisis de ENA. SWAPI,
Electrones e Iones de Carga del Viento Solar, es otro analizador electrostático, cuyas aperturas cuentan con "gafas de sol": pantallas agujereadas de orificios muy pequeños que reducen el "brillo" del viento solar. Su misión es el estudio de los elementos del viento solar como el hidrógeno y el helio, más los iones pesados generados por los potentes eventos solares, midiendo la temperatura, la densidad y la velocidad. Resulta ser una simplificación del SWAP de New Horizons. CoDICE, Experimento Compacto Dual de Iones, es un dos en uno. Se ha diseñado para detectar los iones del viento solar y su carga, además de las partículas supratermales energéticas. La primera parte lo forma un analizador electrostático con un sensor de TOF/E más una placa microcanal y 24 fotodiodos de avalancha. Para las partículas supratermales cuenta con una apertura exclusiva, que lleva a un conjunto de detectores de estado sólido de silicio. Tiene como misión estudiar la distribución y la composición de los iones de carga interestelares, así como los iones supratermales
del viento solar, midiendo su masa y composición. Y HIT, el Telescopio de Iones de Alta energía. Se ubica en el lado espacial del bus, y se compone de una cabeza de aluminio con con dos juegos de cinco aperturas en lados opuestos. Cada ventana dispone de una delgada lámina de entrada. Dentro, unos colimadores llevan los iones al centro de la cabeza, donde se sitúan los sensores de estado sólido. Este sistema medirá la composición elemental, la masa, el espectro energético, la distribución angular y el tiempo de llegada de los iones. Con un campo de visión de 90°, capturará todo el cielo detectando desde el hidrógeno hasta el níquel. Además, equipa dos sensores para electrones de alta energía, sirviendo como medidores de radiación solar. Deriva del sistema LET de la misión STEREO. Con todo el combustible cargado, declara un peso en báscula de 900 kg.

Sobre el lanzador, la verdad, no hay novedad en el frente: el Falcon 9 de SpaceX. Para su núcleo, el B1096, será el segundo vuelo; el anterior puso en órbita 24 satélites de la constelación de internet del proyecto Kuiper. La mítica plataforma 39A de Cabo Cañaveral ser el punto de partida, con el despegue fijado para el día 23. Y no lo hará sola: dos misiones más, CGO y SWFO-L1, compartirán lanzamiento. Y destino.

Por limitaciones de presupuesto, IBEX tuvo que orbitar la Tierra, comprometiendo un poco los datos. Para IMAP, se ha escogido un lugar libre de la influencia de la magnetosfera terrestre. Por ello. Tras aproximadamente tres meses de viaje, IMAP entrará en una órbita tipo Lissajous en torno al punto de Lagrange L1, a millón y medio de km de la Tierra. Su órbita, que transcurrirá entre los 10° y los 5° del L1, es similar a la de la veteranísima misión ACE.

Pasada la verificación en órbita, IMAP se pondrá a trabajar en el estudio de la heliosfera. La misión tiene cuatro cuestiones que desea resolver: ¿cuáles son las propiedades del Medio Interestelar Local?; ¿cómo interactúan los campos magnéticos del Sol y el Medio Interestelar Local?; ¿cómo interactúa el viento solar con el Medio Interestelar por los límites de la heliosfera?; ¿cómo se aceleran las partículas por todo el sistema solar? Es mucho, sí, y además de su misión principal, de tres años de duración, tiene otra tarea que realizar.

El punto L1 es perfecto para vigilarla meteorología espacial, los fenómenos solares que pueden impactar contra nuestro planeta. La mayoría de activos ya tienen unos años a sus espaldas (Wind, lanzado en 1994, SOHO en 1995, ACE en 1997, DSCOVR en el 2015), por lo que se pensó, ¿por qué no? Así, una parte integral de la misión es el sistema de Vínculo Activo de IMAP para Tiempo Real, o I-ALiRT. Usando los datos de cinco de los instrumentos (MAG, SWE, SWAPI, CoDICE y HIT) se pretende vigilar la actividad solar en tiempo real, siete días a la semana, veinticuatro horas al día, transmitiendo datos de alta cadencia a la Red de Espacio Profundo, o a una red internacional de seguimiento cuando no es posible. Los datos acabarán en el Centro Científico de la misión, ubicado el la Universidad de Colorado en Boulder, sirviendo para mejorar la fiabilidad de las predicciones, para estar informados sobre qué nos echa Helios, y así actuar en consecuencia.

Pues ya veis, un proyecto cargadito. Una misión fundamental puesto que, actualmente, ir a ver la frontera interestelar está fuera de nuestro alcance. A por ello.