menú

New Horizons, la sonda de la NASA al encuentro con Plutón

Plutón tiene una trayectoria elíptica particularmente excéntrica, lo que hace que su distancia alrededor del Sol varíe entre 7 y 4 mil millones de kilómetros. En 2015, Plutón estaba en el punto de su órbita más cercano al Sol y, en consecuencia, a la Tierra. Esta posición sólo se repite cada 248 años. Astrofísicos de la NASA quisieron utilizar esta ventana óptima para enviar una sonda a su encuentro y así profundizar nuestros conocimientos sobre este astro lejano y aún poco conocido.

¿Qué sabíamos de Plutón antes de que se lanzara el proyecto?

Plutón fue descubierto en 1930 por el astrónomo estadounidense Clyde Tombaugh. En 1978, James Christy, del Observatorio Naval de los Estados Unidos, descubre que además tiene un satélite de masa relativamente considerable. Los dos giran uno alrededor del otro, siendo que el centro de gravedad del conjunto está fuera de los dos astros. Hablamos entonces de astros binarios. Es de notar que, desde entonces, se ha constatado que esta configuración no es poco común en estas regiones del sistema solar. De hecho, al seno del cinturón de Kuiper, ahí donde está Plutón, más del 10 % de los objetos serían binarios.1

Foto de Plutón (abajo a la derecha) y de Caronte (arriba a la izquierda) tomada por New Horizons el 14 de julio de 2015 (fuente).

Plutón y su satélite, bautizado Caronte al momento de su descubrimiento, bailan tan bien juntos que uno da al otro siempre la misma cara. Esto implica que una cara de uno esté oculta para el otro y que cada uno sea geoestacionario con respecto al otro, siempre por encima del mismo sitio. Me imagino a un plutoniano. En casa, nunca ve a Caronte. Entonces, debe optar por una larga excursión, al otro lado de su planeta, para ver el espectáculo mágico del satélite, enorme en el cielo. A título de comparación con nuestras referencias de terrícolas, Caronte en el cielo de Plutón es 7 veces más grande que nuestra Luna en nuestro cielo. Además, con un objeto tan grande, los eclipses solares deben ser más frecuentes que en la Tierra, especialmente porque el mismo Sol es muy pequeño a más de 4 mil millones de kilómetros.

En 1985 se dio un nuevo paso. Los astrónomos presenciaron la ocultación de una estrella por Plutón.2 Los telescopios en la Tierra, enfocados entonces hacia esta parte del cielo, mostraron que el brillo de la estrella se atenuaba progresivamente antes de que ésta quedase completamente oculta. Esto indica que Plutón está rodeado por una capa gaseosa, una atmósfera, que esencialmente está constituida por nitrógeno, como Tritón, Titán y, por cierto, la Tierra.

Se integra Plutón a los proyectos de la NASA

Ir al encuentro de Plutón… ¿quién puede considerar hacer semejante viaje? La NASA tendría las capacidades técnicas, pero todavía le faltan la voluntad estratégica y el financiamiento para un programa de tal envergadura. A finales de los años 60, la NASA ya consideraba un proyecto para que una sonda visitara varios planetas del sistema solar, entre ellos Plutón: el proyecto "Grand Tour". Desafortunadamente, el proyecto duró poco, ya que fue cancelado por Nixon en 1969. De "Grand Tour" la NASA rescató dos avatares: misiones "mini grand tour". Al principio, Voyager 1, que se aproximó a Júpiter en 1979 y pasó cerca de Saturno y su satélite Titán al año siguiente, 1980. Luego, Voyager 2, que sobrevoló Neptuno en 1986 y Urano en 1989. Pero no se quiso continuar el camino a Plutón: demasiado lejos, demasiado caro.

Ilustración hecha por Klifton Kleinmann.

A fines de la década de 1990, sin embargo, hay quienes todavía creen en esta misión. Uno de ellos es el astrofísico Alan Stern, entonces director del Departamento de Estudios Espaciales en SwRI (Southwest Research Institute). Pero la NASA todavía no se decide... ¿Quién podría hacer que cedan los que toman decisiones en la NASA? Alan Stern hará que intervenga la política. Defenderá la causa de Plutón ante los miembros del Congreso y, de esta manera, logrará que ceda la NASA. Se pone en marcha un proyecto a Plutón. Pero, atención, un proyecto de "medio coste" de 700 millones de dólares. Y ojo: si el presupuesto se desborda, el proyecto será detenido sin piedad. Así es como funciona la NASA, los diseñadores del programa están en una emboscada... Alan Stern, nombrado "investigador principal", concede que su actividad se distribuya en 80 % para lobbying y búsqueda de financiamiento, y solamente 20 % para la actividad científica.3 En 2002 se toma la decisión. La NASA, en tanto que directora de obra, lanza una licitación para el proyecto New Horizons. La Universidad Johns Hopkins de Baltimore es seleccionada para construir la sonda.4 Es un proyecto que reúne un equipo de 50 personas. La universidad tendrá 4 años para diseñar y construir la sonda.

Trayectoria prevista y agenda provisional

Se lanza New Horizons el 19 de enero de 2006, a bordo de un cohete Atlas V. Esta ventana de lanzamiento es interesante, ya que se quiere aprovechar la asistencia gravitatoria de Júpiter. La cita con Plutón está prevista para 2015.

Para garantizar los costos, la NASA se abstiene de cualquier cambio de programa: mientras tanto, se comprobaron desviaciones en las trayectorias de las sondas Pioneer 10 y Pioneer 11 que sería interesante ir a ver más de cerca; pero la decisión es formal: no se desvía la nave espacial.3

La sonda New Horizons está equipada con siete instrumentos de medición para analizar la superficie y la atmósfera de los astros estudiados durante su curso (Júpiter en 2007, luego Plutón y su satélite, Caronte), así como la composición del espacio en los confines del sistema solar. Esta composición puede considerarse, en una primera aproximación, como vacía de materia, pero ésta es una característica en la que la comunidad científica quisiera profundizar. Las cámaras y los espectrómetros permiten fotografiar, medir la temperatura, la composición y la ionización de las atmósferas, así como contar las partículas de polvo.

Los datos recopilados por los instrumentos de New Horizons deben caracterizar mejor la atmósfera de Plutón, su historia pasada y su evolución futura. El viento solar, constituido por partículas que emite el Sol y chocan contra la atmósfera de Plutón, contribuye a la eyección de una parte de esta atmósfera al espacio intersideral, sobre todo porque la fuerza gravitacional de Plutón es débil.13 Por otro lado, la trayectoria altamente elíptica sugiere períodos de sublimación de materia solidificada en la superficie cuando Plutón se acerca al Sol, y luego un fenómeno inverso de solidificación con redeposición en la superficie en forma de polvo de hielo cuando Plutón se aleja. Todos estos fenómenos son señal de un cambio periódico en la composición de la atmósfera, así como de una evolución a largo plazo.

El asunto de la telecomunicación

La calidad de la comunicación entre la sonda y la Tierra es clave para el éxito de un proyecto de este tipo. La velocidad de la luz hace que la información tarde 4h30 en ser transmitida desde Plutón hasta nosotros a través del cosmos. Pero ése no es el único factor a tomar en cuenta. New Horizons envía sus señales a antenas de recepción que forman parte de la DSN (Deep Space Network).5 Hay tres centros de posicionamiento de antenas de la DSN: en Canberra (Australia), en el desierto de Mojave en California (Estados Unidos) y al oeste de Madrid (España).

La DSN debe mantener contacto con más de 40 misiones6 que han sido iniciadas por la NASA y otras agencias espaciales de todo el mundo.

La sonda New Horizons es sólo una de ellas; esto hace que la disponibilidad de antenas de recepción sea limitada. La velocidad de transmisión de New Horizons está limitada en última instancia a 2 Kbits/segundo.

El 14 de julio de 2015, New Horizons alcanza su máximo acercamiento a Plutón. La sonda "roza" el astro a 11,000 km de altitud. Es necesario aprovechar al máximo este pasaje para enfocar los instrumentos de medición hacia los puntos de interés. La prioridad para la sonda es recolectar un máximo de datos. Cuando se haya superado la fase de observación más favorable, la transmisión de los datos obtenidos se realizará en una segunda etapa. Además, para poder transmitir hacia la Tierra, la sonda debe tener una orientación particular. Entonces, es necesario separar el tiempo de medición y el tiempo de transmisión de datos a la Tierra. Por ciertos intervalos de tiempo, New Horizons corta su comunicación con la Tierra, porque está enfocada a hacer las mediciones, a recopilar los datos y a fotografiar. A fines de octubre de 2016, es decir, al cabo de 14 meses, New Horizons envía los últimos bits de información que había acumulado durante su sobrevuelo de Plutón.

Los especialistas también formulan la hipótesis de un sistema de intercambio de atmósfera entre los dos astros. Los datos recopilados por New Horizons deberían permitirnos saber más de este posible intercambio.7,8,9

Los astrofísicos están acostumbrados a analizar otro fenómeno: la refracción de la luz que pasa del vacío a un medio que contiene materia. Los astrónomos quisieran observar otra vez, como en los años 80, la ocultación de una estrella por Plutón. Esta vez el objetivo sería medir el índice de refracción de la atmósfera de Plutón: la luz, en lugar de ir en línea recta, cambia ligeramente de dirección al penetrar la atmósfera, como lo haría a través de la superficie del agua. De esta diferencia, se podría deducir el índice de refracción de la atmósfera.10

Eclipse de sol por Plutón: la atmósfera es azul (fuente).

¿Pero por qué no conformarse con hacerlo desde la Tierra con cualquier estrella? New Horizons tiene todos los instrumentos necesarios para hacer algo más. Cuando pase Plutón, podríamos, por primera vez, hacer esta medición con una estrella muy particular, nuestro propio Sol.

Es una visión que nosotros, terrícolas, nunca hemos podido tener, ya que es necesario estar más allá de Plutón en el sistema solar para esperar ver tal eclipse. Y, de hecho, New Horizons nos ha enviado una magnífica foto de Plutón a contraluz, pasando por delante del sol. Como en nuestra Tierra, la atmósfera le da a Plutón un magnífico halo azul.

Desarrollo de la misión

El encuentro de New Horizons con Plutón ha sido un éxito,8,11,3,12 y esto parece dar alas a la sonda. El equipo decidió, para la continuación de la misión, poner la mira en un objeto del cinturón de Kuiper que ni siquiera se conocía en el momento del lanzamiento de la sonda New Horizons: 2014 MU 69, descubierto en 2014. Éste es ahora el nuevo objetivo de la sonda New Horizons. El próximo encuentro está previsto para el 1 de enero de 2019. Pero, mientras tanto, nuevos eventos nos permiten conocer mejor este objeto antes de que New Horizons lo sobrevuele. De hecho, durante el verano de 2017, se observó la ocultación de una estrella por "2014 M69". A partir de estas observaciones, se busca conocer la forma de "2014 M69", saber si está rodeado por un cinturón de asteroides y si comporta o no una atmósfera. El análisis de datos está en curso.

Bibliografía y enlaces de internet


  1. Sobre los sistemas binarios del cinturón Kuiper: http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/kb/binaries.html and 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, jan 2009 

  3. Conferencia en línea de Cité des Sciences: http://www.cite-sciences.fr/fr/ressources/conferences-en-ligne/saison-2014-2015/new-horizons-panorama-de-pluton/ 

  4. Sitio de la Universidad Johns Hopkins: http://pluto.jhuapl.edu/News-Center/index.php 

  5. A propósito de Deep Space Network: https://deepspace.jpl.nasa.gov/about/ 

  6. Las misiones seguidas por Deep Space Network: https://deepspace.jpl.nasa.gov/files/dsn/DSNCurrentMissionSet20170907.pdf 

  7. Intercambio gaseoso: Hale, J. P. M., and C. S. Paty. "Pluto–Charon solar wind interaction dynamics." Icarus 287 (2017): 131-139. 

  8. Icarus Science Journal/ Volumen 287, Pages 1-334 (1 May 2017) Special Issue: The Pluto System Edited by Richard P. Binzel, Catherine B. Olkin, Leslie A. Young and 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 Volume 287, 1 May 2017, Pages 87-102 

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

  11. El sitio 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). French translation: Les faces cachées de Pluton, Alan Stern, Pour la Science, January 2018 

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