menú

New Horizons, la sonda de la NASA a l’encontre de Plutó

Plutó té una trajectòria el·líptica particularment excèntrica, cosa que fa que la distància al voltant del Sol variï entre 7 i 4 mil milions de quilòmetres. El 2015, Plutó estava més a prop del Sol i, per tant de la Terra, una posició que només es repeteix cada 248 anys. Astrofísics de la NASA van voler utilitzar aquesta finestra òptima per enviar una sonda a l'encontre amb el planeta i, per tant, aprofundir el coneixement sobre aquest astre llunyà i encara poc conegut.

Què sabíem sobre Plutó abans de llançar el projecte?

Plutó va ser descobert el 1930 per l'astrònom nord-americà Clyde Tombaugh. El 1978, James Christy, de l'Observatori Naval dels Estats Units, descobreix que té un satèl·lit amb una massa relativament important i que giren, un al voltant de l'altre, amb un centre de gravetat del conjunt que és a l'exterior de tots dos astres. Per tant, en diem astres binaris. Tingueu en compte que des de llavors, s'ha trobat que aquesta configuració no era estranya en aquestes parts del sistema solar. De fet, dins del cinturó de Kuiper, on és Plutó, més del 10% dels objectes són binaris.1

Foto de Plutó (a baix a la dreta) i de Caront (a dalt a l'esquerra) presa per New Horizons el 14 de juliol de 2015 (font).

Plutó i el seu satèl·lit, batejat Caront després de la seva descoberta, ballen tan bé junts que sempre estan de cara un amb l'altre. Això implica que cadascun té un costat amagat per a l'altre i, a més, són mútuament geoestacionaris, sempre per damunt del mateix lloc. M'imagino que un plutonià mai no veu Caront i, per tant, ha de triar quin llarg camí ha de recórrer per arribar a l'altra banda del seu planeta per veure l'espectacle màgic del satèl·lit, enorme al cel. En comparació amb les nostres referències de terrícoles, Caront al cel de Plutó és 7 vegades més gran que la nostra Lluna en el nostre cel. I, doncs, amb un objecte tan gran, els eclipsis solars han de ser més freqüents que a la Terra, especialment perquè el Sol és molt petit a més de 4 mil milions de quilòmetres.

El 1985 es va donar un nou pas. Els astrònoms van assistir a l'ocultació d'una estrella per Plutó.2 Els telescopis de la Terra van girar cap a aquesta part del cel i van mostrar que la brillantor de l'estrella es va atenuar gradualment abans de quedar completament a l'ombra. Això indica que Plutó està envoltat per una capa gasosa, una atmosfera, essencialment composta de nitrogen, com a Tritó, a Titan i així mateix a la Terra.

Plutó s'insereix dins els projectes de la NASA

Qui pot considerar el viatge fins a l'encontre amb Plutó? La NASA tindria les capacitats tècniques, però encara calen la voluntat estratègica i el finançament d'aquest programa. A la fi dels anys 60, la NASA ja estava considerant un projecte per a una sonda que havia de visitar molts planetes del sistema solar; Plutó n'era un dels triats. Aquest projecte es va anomenar Grand Tour. Malauradament, el projecte va fracassar perquè Nixon el va cancel·lar el 1969. A partir d'aquesta frustració del projecte, la NASA va recuperar dos rumbs: les missions mini grand tour. La primera va ser la del Voyager 1 que va passar ben a prop de Júpiter el 1979 i, l'any següent, el 1980, prop de Saturn i el seu satèl·lit Titan. L'altra missió va ser la del Voyager 2, que va sobrevolar Neptú el 1986 i Urà el 1989. Però no van voler continuar la cursa cap a Plutó: massa llunyà, massa car.

Il·lustació feta per Klifton Kleinmann.

A la fi de la dècada dels noranta, però, encara hi havia qui hi creia, entre ells Alan Stern, astrofísic i director del Departament d'Estudis Espacials del SwRI (Southwest Research Institute). La NASA encara no hi estava decidida ... Qui podria doblegar els responsables de la NASA? Alan Stern va voler fer intervenir la política. Explicà el cas de Plutó davant els membres del Congrés i va aconseguir que la NASA afluixés. S'obrí un projecte Plutó. Però, cal precisar que fou un projecte "econòmic" de 700 milions de dòlars. I calia tenir en compte que si el pressupost es descontrolava, el projecte s'aturaria sense remei. Així és com funciona la NASA, els controladors del programa s'enfronten ... Alan Stern, anomenat investigador principal, acceptà que la seva activitat es distribuïs en un 80% de lobbisme i cerca de finançament i només un 20% d'activitat científica.3 El 2002, es pren la decisió. La NASA, com a director principal, va convocar un concurs per al projecte New Horizons. La Universitat John Hopkins de Baltimore és la seleccionada per construir la sonda.4 Es tractava d'un projecte que mobilitzà un equip de 50 persones i que tenia 4 anys per dissenyar i construir la sonda.

Trajectòria planificada i agenda previsible

New Horizons va ser llançada el 19 de gener de 2006 a bord d'un coet Atlas V. Aquesta finestra de llançament és interessant, perquè es vol beneficiar de l'ajuda de la gravetat de Júpiter. La trobada amb Plutó és programada per al 2015.

Per garantir els costos, la NASA es prohibeix qualsevol programa de canvi; tanmateix, es van constatar diferències de trajectòries entre les sondes Pioneer 10 i Pioneer 11, i encara que hauria estat interessant estudiar-les de més a prop, la decisió és formal, no s'ha de desviar la nau espacial.3

La sonda New Horizons està equipada amb set instruments de mesura per analitzar la superfície i l'atmosfera dels astres estudiats durant la seva cursa (va fregar Júpiter el 2007 i després Plutó i el seu satèl·lit Caront) així com la composició de l'espai als confins del sistema solar. En una primera aproximació es pot considerar l'espai com buit de matèria, però és una característica que la comunitat científica vol aprofundir. Les càmeres i els espectròmetres permeten fotografiar, mesurar la temperatura, la composició i la ionització de l'atmosfera, així com comptar els grans de pols.

Les dades recollides pels instruments de la sonda New Horizons han de permetre caracteritzar millor l'atmosfera de Plutó, la seva història passada i la seva evolució futura. El vent solar, que es compon de partícules emeses pel Sol i que colpegen l'atmosfera de Plutó, contribueix a l'expulsió d'una part de l'atmosfera cap a l'espai interestel·lar i amb més facilitat com més feble sigui la força gravitacional de Plutó.4 D'altra banda, l'òrbita altament el·líptica fa considerar períodes de sublimació del material solidificat a la superfície quan Plutó s'acosta al Sol, i a continuació un fenomen invers al de la solidificació amb retorn a la superfície en forma de pols de glaç quan Plutó s'allunya del Sol. Tots aquests fenòmens indiquen un canvi periòdic en la composició de l'atmosfera, així com una evolució a llarg termini.

Els problemes de telecomunicació

La qualitat de la comunicació entre la sonda i la Terra és clau per a l'èxit d'aquest projecte. La velocitat de la llum fa que la informació trigui 4h30 en ser-nos transmesa a través del cosmos des de Plutó. Però aquest no és l'únic factor a tenir en compte. New Horizons envia senyals a les antenes receptores que formen part del dispositiu de DSN (Deep Space Network).5 Hi ha tres centres de col·locació de les antenes de la DSN: a Canberra (Austràlia), al desert de Mojave a Califòrnia (Estats Units) i a l'oest de Madrid (Espanya).

El DSN ha de mantenir-se en contacte amb més de 40 missions6 que les va iniciar la NASA i altres agències espacials de tot el món.

La sonda New Horizons tan sols és una d'elles, de manera que la disponibilitat de les antenes de recepció és limitat. La velocitat de transmissió de New Horizons es limita, en definitiva, a 2 Kbits / segon.

El 14 de juliol de 2015, New Horizons és més a prop de Plutó. La sonda frega l'astre a 11.000 km d'altitud. Cal treure el màxim profit d'aquest pas per orientar els instruments de mesura cap als objectius d'interès. La prioritat de la sonda és recollir un màxim de dades. Quan s'ha superat el període d'observació més favorable, la transmissió d'aquesta collita de dades es durà a terme en una segona fase. A més, per poder transmetre cap a la Terra, la sonda ha de tenir una orientació particular. Per tant, cal separar el temps de mesura i el temps de transmissió de dades a la Terra. Durant uns intervals de temps, New Horizons, per tant, talla la comunicació amb la Terra, està plenament enfocada a les seves mesures, la recol·lecció de dades i les fotografies. A finals d'octubre de 2016, després de 15 mesos, New Horizons, finalment, envia els últims bits d'informació que havia acumulat durant el vol sobre Plutó.

Els especialistes també fan la hipòtesi d'un sistema d'intercanvi d'atmosfera entre els dos astres. Les dades recollides per New Horizons ens haurien de permetre saber-ne més.7,8,9

Els astrofísics acostumen a analitzar un altre fenomen: la refracció de la llum que passa del buit a un mitjà que conté matèria. Com en la dècada de 1980, als astrònoms els agradaria tornar a observar una estrella oculta per Plutó. L'objectiu aquesta vegada seria mesurar l'índex de refracció de l'atmosfera de Plutó: en comptes d'anar en línia recta, la llum canvia lleugerament de direcció quan penetra l'atmosfera, com ho faria a través de la superfície de l'aigua. A partir d'aquesta diferència es podria deduir l'índex de refracció de l'atmosfera.10

Eclipsi de Sol a Plutó: l’atmosfea és blava (font).

Però, per què ens hem de conformar a fer-ho des de la Terra amb qualsevol astre? New Horizons té totes les eines per fer-ho, i, més enllà de Plutó, podríem, per primera vegada, fer aquest mesurament amb una estrella molt especial: el nostre Sol.

La visió que nosaltres, els terrícoles, no hem estat capaços de tenir-la, perquè cal ser més lluny que Plutó en el sistema solar per poder veure un eclipsi així. I de fet, New Horizons ens va enviar una magnífica foto de Plutó a contrallum, passant davant del Sol. Com per a la nostra Terra, l'atmosfera dóna a Plutó un bell halo blau.

Continuació de la missió

L'encontre de New Horizons amb Plutó va ser un èxit8,11,3,12 cosa que sembla donar ales a la sonda. L'equip va decidir, per a la resta de la missió, centrar-se en un objecte del cinturó de Kuiper que ni tan sols es coneixia en el moment de llançar la sonda New Horizons: “2014 MU 69”, descobert el 2014. A partir d'ara és el nou objectiu de la sonda New Horizons. El proper encontre està previst per a l'1 de gener de 2019. Però mentrestant, els nous esdeveniments ens permeten conèixer millor aquest objecte abans que New Horizons el sobrevoli. De fet, durant l'estiu de 2017, vam observar que "2014 M69" ocultava una estrella. A partir d'aquestes observacions, busquem conèixer la forma del "2014 M69", saber si està envoltat d'un cinturó d'asteroides i si hi ha una atmosfera o no. L'anàlisi de dades està en curs.

Bibliografia i enllaços a internet


  1. Sobre els sistemes binaris del cinturó de Kuiper: http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/kb/binaries.html i Fraser, Wesley C., et al. "All planetesimals born near the Kuiper belt formed as binaries." Nature Astronomy 1.4 (2017): 0088. 

  2. Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations. Lellouch, Sicardy, de Bergh, HU Käufl, S Kassi, A Campargue, Astronomy & Astrophysics, gener de 2009. 

  3. Conferència Ciutat de la Ciència: http://www.cite-sciences.fr/fr/ressources/conferences-en-ligne/saison-2014-2015/new-horizons-panorama-de-pluton/ 

  4. Lloc web de la Universitat John Hopkins: http://pluto.jhuapl.edu/News-Center/index.php 

  5. En referència al Deep Space Network: https://deepspace.jpl.nasa.gov/about/ 

  6. Les missions seguides per Deep Space Network : https://deepspace.jpl.nasa.gov/files/dsn/DSNCurrentMissionSet20170907.pdf 

  7. Intercanvi de gasos: Hale, J.P.M., i C.S. Paty. Pluto–Charon solar wind interaction dynamics.. Icarus 287 (2017): 131-139. 

  8. Ícar Science Journal / volum 287, pàgines 1-334 (1 de maig 2017) Número especial: The Pluto System Editat per Richard P. Binzel, Catherine B. Olkin, Leslie A. Young i Philip D. Nicholson 

  9. Rarefied gas dynamic simulation of transfer and escape in the Pluto-Charon system: William A.Hoeya Seng Keat Yeoha Laurence M.Traftonb David B.Goldsteina Philip L.Varghesea. Icarus Volum 287, 1 de maig de 2017, pàgines 87-102. 

  10. http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/sofia-dashes-into-plutos-shadow-07032015/ 

  11. El lloc web de la NASA: https://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html 

  12. Starn, A. Pluto's Secrets Revealed: NASA's New Horizons changed everything we thought we knew about this distant planet: Scientific American (2017). Traducció al francès: Les faces cachées de Pluton, Alan Stern. Per a Science, gener de 2018. 

  13. Brain, D. A., et al. "Atmospheric escape from unmagnetized bodies." Journal of Geophysical Research: Planets 121.12 (2016): 2364-2385.