Misión Messenger
Martes, Agosto de 2004
La sonda MESSENGER lanzada desde la Estación de la Fuerza Aerea de Cabo Cañaveral (Florida, EEUU) el 3 de agosto de 2004. Tras un año de viaje, el vehículo sobrevolará la Tierra el agosto de 2005, para posteriormente realizar dos aproximaciones a Venus, en octubre de 2006 y junio de 2007. Estos sobrevuelos servirán para modificar la trayectoria del vehículo y aproximarlo más a la órbita de Mercurio.
Datos fundamentales sobre Mercurio
Mercurio es el planeta más próximo al Sol, situado a 57.9 millones de kilómetros (0.387 Unidades Astronómicas) de éste. Realiza una revolución en torno a nuestra estrella cada 87.9 días y una rotación sobre si mismo cada 58.6 días terrestres. La práctica ausencia de atmósfera lo convierte en un mundo inhóspito: las temperaturas durante el día alcanzan los 430°C, mientras que durante la noche descienden a -180°C. De esta manera, Mercurio es el planeta que soporta mayores diferencias térmicas en todo el Sistema Solar.
Este pequeño mundo, de 4880 Km de diámetro, sólo ha sido visitado por la sonda Mariner 10 (1974), la cual realizó fundamentalmente una cartografía de un 40% de su superficie con resolución media.
Los estudios realizados por la Mariner 10 indican claramente que la densidad de Mercurio es similar a la del planeta Tierra. De este modo, al ser su diámetro bastante pequeño en comparación con nuestro planeta se deduce que una buena parte de su interior debe estar ocupada por un gran núcleo muy rico en hierro. Por otra parte, el planeta presenta un débil campo magnético, menos intenso que el terrestre y originado internamente, debido a que su núcleo se halla total o parcialmente fundido y quizás animado por movimientos convectivos.
La fotos obtenidas por la sonda Mariner 10 muestran una superficie muy bombardeada por impactos, la cual presenta un aspecto similar al de la Luna. Los científicos diferencian fundamentalmente dos tipos de terrenos en este planeta:
A) Zonas craterizadas: son amplias zonas saturadas de cráteres de impacto producidos en épocas tempranas tras la formación del Sistema Solar. Uno de los rasgos más destacados del planeta es la cuenca Caloris, de 1600 Km de diámetro. El impacto que la formó debió de ser tan intenso que las ondas de choque producidas por el mismo recorrieron todo el planeta hasta llegar a la zona situada en sus antípodas, donde confluyeron. En las antípodas de Caloris, los terrenos son caóticos, con colinas y fracturas.
Imagen: terrenos craterizados de Mercurio situados junto a unas llanuras más suaves.
El impacto de Caloris ha borrado por completo la craterización anterior a este evento y ha contribuido a allanar la zona. Las llanuras situadas en el interior de Caloris, no obstante, contienen numerosas crestas suaves, arrugas y fracturas. En el borde de esta cuenca existe un anillo de montañas irregulares, de unos 2 Km de altura con respecto al nivel de la llanura.
B) Llanuras suaves: para algunos científicos son consideradas áreas volcánicas, aunque otros piensan que su origen está exclusivamente relacionado con los impactos. En algunas de estas llanuras parecen distinguirse los frentes de lava, que muestran un cierto parecido con los mares lunares. Los estudios realizados en base a las imágenes de la Mariner 10 parecen indicar que estas llanuras son mucho más jóvenes que los cráteres y las cuencas a las que están asociadas.
Uno de los descubrimientos que ha servido para obtener información sobre la historia geológica del planeta Mercurio es la existencia de fallas inversas. Este tipo de fallas se producen en situaciones de acortamiento de la corteza y por tanto, se cree que son resultado de la contracción sufrida por Mercurio. Los científicos creen que éstas se formaron cuando el planeta se contrajo durante el enfriamiento desde su estado caliente inicial. Una de las fallas más destacables el el llamado Escarpe Discovery.
Imagen: el escarpe Discovery, la falla inversa más representativa observada en el planeta Mercurio y un indicio bastante evidente de la contracción que sufrió éste tras su enfriamiento.
Otro hallazgo no menos importante se realizó en la década de los ’90 empleando técnicas de radar y consistió en el descubrimiento de indicios de hielo de agua en regiones que se encuentran perpetuamente a la sombra en el polo norte de Mercurio y que, por tanto, siempre se hallan a muy bajas temperaturas. Hay varias dudas al respecto de este descubrimiento, pues algunas de estas regiones se localizan en puntos demasiado alejados del polo como para permanecer completamente a oscuras.
¿Qué preguntas se pretenden responder con MESSENGER?
1.- ¿Por qué Mercurio es tan denso?
El enorme núcleo de hierro que presenta Mercurio lo distingue de cualquier otro planeta del Sistema Solar. Cada planeta terrestre cuenta con un núcleo metálico rodeado de un manto rocoso, pero el núcleo de Mercurio abarca más de un 60% de la masa del planeta. ¿A qué se debe este hecho? ¿Está relacionado con la proximidad de este planeta al Sol?
2.- ¿Cuál es la historia geológica de Mercurio?
Mercurio cuenta con diferentes terrenos geológicos cuyo origen no es totalmente conocido, tales como las llanuras suaves, que podrían haber sido creadas por flujos de lava, aunque no todos los científicos comparten esta opinión. Existen además escarpes superpuestos u otros terrenos producidos por impactos ¿Cuándo se formaron y en qué orden? ¿Es posible que los escarpes se formasen durante el enfriamiento y contracción de Mercurio? ¿Qué grado de contracción causó la formación de estas fallas?
3.- ¿Cuál es la estructura del núcleo de Mercurio?
Una de las mayores sorpresas durante la misión de la sonda Mariner 10 fue el hallazgo de un campo magnético en Mercurio, unas 100 veces más débil que el campo terrestre a nivel de superficie, con lo cual este mundo se convierte en el único planeta terrestre -aparte de la Tierra- que posee un campo de este tipo. Este hecho tiene importantes implicaciones desde el punto de vista de su dinámica interna. ¿Mediante qué mecanismos produce el núcleo de Mercurio el campo magnético?
4.- ¿Cuál es la naturaleza del campo magnético de Mercurio?
La sonda Mariner 10 observó que el viento solar interactúa con el campo magnético de Mercurio. Este campo -al igual que el terrestre- es aparentemente dipolar, pero queda por saber si es tan marcadamente dipolar como el terrestre o tiende a presentar campos fósiles de magnetismo de tipo local centrados en diferentes puntos del planeta, tal como sucede en Marte o en la Luna.
5.- ¿Qué tipo de material se encuentra en los polos de Mercurio?
Las observaciones mediante radar indican la presencia de lo que parece ser hielo de agua en los polos del planeta, aunque es todavía necesaria la confirmación mediante técnicas de teledetección. Algunos científicos creen que el material podría no tratarse de agua helada, sino de algo diferente, como azufre derivado de los minerales presentes en las rocas del planeta.
Imagen: una fotografía en radar de la superficie de Mercurio tomada desde el radioobservatorio de Arecibo (Puerto Rico) en la que se aprecia la presencia de material que podría tratase de hielo de agua.
6.- ¿Qué volátiles son importantes en Mercurio?
Mercurio se halla rodeado por una envoltura de gas muy delgada, cuya densidad es tan baja que unas moléculas apenas chocan con otras, pero que golpean la superficie con cierta frecuencia. Los análisis realizados desde la Tierra indican que en la tenue atmósfera de Mercurio existen elementos como hidrógeno, helio, oxígeno, sodio, potasio y calcio. Los dos primeros pueden proceder en parte del viento solar o del hielo que se libera en los impactos de asteroides y cometas. El resto de los elementos químicos podrían proceder de las propias rocas superficiales. La misión MESSENGER pretende averiguar el origen de cada elemento y la composición detallada de la atmósfera de Mercurio.
La misión de MESSENGER
Lanzamiento y etapa de crucero
La sonda MESSENGER lanzada desde la Estación de la Fuerza Aerea de Cabo Cañaveral (Florida, EEUU) el 3 de agosto de 2004. Tras un año de viaje, el vehículo sobrevolará la Tierra el agosto de 2005, para posteriormente realizar dos aproximaciones a Venus, en octubre de 2006 y junio de 2007. Estos sobrevuelos servirán para modificar la trayectoria del vehículo y aproximarlo más a la órbita de Mercurio.
MESSENGER empleará las asistencias gravitacionales con la Tierra, Venus y Mercurio para disminuir su velocidad relativa a Mercurio de cara a la inserción orbital. En estas asistencias gravitacionales, la sonda sobrevolará las proximidades del planeta y modificará la forma, tamaño e inclinación de su órbita solar.
Posteriormente a este viaje, MESSENGER efectuará tres sobrevuelos a Mercurio, cada uno de ellos seguidos de una maniobra de corrección de trayectoria, con la finalidad de situar la sonda en orbita en torno a Mercurio en marzo de 2011. Los tres sobrevuelos se llevarán a cabo en enero de 2008, octubre de 2008 y septiembre de 2009. Durante éstos, el orbitador realizará una cartografía en color de la superficie completa del planeta, obteniendo fotografía de regiones no exploradas por la sonda Mariner 10 y medirá la composición de su superficie, atmósfera y magnetosfera. Estos serán los primeros datos enviados por una sonda desde hace más de 30 años de tiempo y resultarán además muy valiosos para planificar la misión de la sonda una vez se sitúe en órbita en torno al planeta.
Gráfico: trayectoria de la sonda MESSENGER desde su partida hasta su llegada a Mercurio. En la parte inferior del gráfico se indican los eventos fundamentales de la misión. [Ampliar imagen]
Trabajando en la órbita
La inserción orbital en torno a Mercurio consistirá en desplazar la sonda MESSENGER de una órbita solar y situarla en órbita alrededor de Mercurio. Para realizar esta maniobra, MESSENGER empleará cerca de un 33% del combustible que transporta para, con sus motores, frenar a la sonda unos 0.83 Km/s. La primera maniobra durará unos 15 minutos y situará la sonda en una órbita estable. Dos o tres días después, se realizarán pequeños encendidos para llevar a cabo nuevos ajustes más precisos.
La órbita de MESSENGER en torno a Mercurio será muy elíptica, aproximándose como máximo a la superficie unos 200 Km y alejándose más de 15.193 Km cada órbita. El plano orbital de la sonda se hallará inclinado unos 80° con respecto al ecuador de Mercurio, realizándose el máximo acercamiento a la superficie a una latitud de 60° Norte. Esta disposición tiene la finalidad de realizar una investigación muy detallada de la geología de Mercurio y su composición en una zona concreta de su superficie: la cuenca de impacto Caloris, la formación más extensa de dicho planeta.
Cuando MESSENGER se encuentre en su órbita principal existirán pequeñas fuerzas -como la presión de la radiación solar- que modificarán lentamente la órbita de la sonda. Aunque estas fuerzas apenas tienen efectos en el periodo orbital de 12 horas del vehículo, sí pueden incrementar su altitud mínima, la inclinación orbital o la latitud del punto de máxima cercanía orbital. Si no se corrigiese esta deriva, el incremento de la altitud mínima impediría realizar determinados estudios científicos programados. Por esa razón, será necesario realizar pequeñas propulsiones cada cierto tiempo para mantener los parámetros orbitales adecuados. Estas maniobras de ajuste se harán en pares una vez cada vez que Mercurio complete una traslación, es decir, cada 88 días.
Uno de los componentes principales de la sonda espacial en su escudo contra el calor. Cuando el vehículo orbite el planeta Mercurio, el Sol será 11 veces más brillante de lo que se aprecia desde la Tierra, de tal modo que las temperaturas pueden llegar a superar los 450°C. Un escudo fabricado con materiales cerámicos proporcionarán la protección necesaria contra el calor, de tal forma que la sonda y parte del instrumental puedan operar a la temperatura ambiente.
MESSENGER trabajará en órbita en torno a Mercurio durante un tiempo mínimo de un año terrestre (365 días), lo cual equivale a dos días solares en dicho planeta: de una salida de sol en un punto determinado del planeta a la siguiente transcurren 176 días terrestres. El primer día solar de Mercurio, el orbitador trabajará principalmente en la obtención de un mapa global y toma de datos con diferente instrumental, mientras que el segundo se realizarán estudios científicos de puntos determinados de la superficie.
El instrumental de la sonda
El instrumental que transporta la sonda MESSENGER ha sido cuidadosamente elegido para obtener información científica sobre el planeta Mercurio. La mayor parte de los instrumentos se encuentran fijos al cuerpo de la sonda espacial, de tal modo que los datos acerca del planeta se obtienen gracias al movimiento de traslación que el propio orbitador realizará durante su misión en torno a Mercurio. Los instrumentos que porta MESSENGER son los que se detallan a continuación:
- MDIS (Mercury Dual Imaging System; Sistema de Imagen Dual de Mercurio): este instrumento consiste en dos sistemas de imagen de campo amplio y de campo estrecho que realizarán una cartografía de las formas del terreno, tomarán datos sobre las variaciones espectrales superficiales y obtendrán información topográfica. Una plataforma móvil servirá a la sonda para orientar las cámaras en la dirección en la que los científicos lo necesiten.
- GRNS (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer; Espectrómetro de Neutrones y Rayos Gamma): este instrumento tiene la función de detectar rayos gamma y neutrones que sean emitidos por los elementos radiactivos situados en la superficie de Mercurio o bien en el subsuelo, cuando éstos sean estimulados por los rayos cósmicos. Los datos obtenidos se emplearán en la realización de una cartografía que muestre las abundancias relativas de los diferentes elementos químicos y además para determinar si existe hielo de agua en los polos del planeta, sobre los cuales nunca incide la luz solar.
- XRS (X-Ray Spectrometer; Espectrómetro de Rayos X): los rayos gamma y los rayos X de alta energía procedentes del Sol que golpean la superficie de Mercurio pueden causar que los elementos superficiales emitan rayos X. Este instrumento tiene la finalidad de detectar los rayos X emitidos, para medir la abundancia de diferentes elementos químicos existentes en la corteza de Mercurio.
- MAG (Magnetómetro): este instrumento se encuentra en la parte terminal de un sistema de soporte de 3.6 metros de longitud y trabajará en la cartografía del campo magnético de Mercurio y la búsqueda de regiones de rocas magnetizadas de la corteza.
- MLA (Mercury Laser Altimeter; Altímetro Laser para Mercurio): el MLA contiene un láser que será enviado hacia la superficie del planeta y un sensor que registrará la luz reflejada por ésta. El láser y el sensor medirán la cantidad de tiempo que tarda la señal en hacer un viaje de ida y retorno hacia la superficie, pudiendo calcular a partir de ello la altura topográfica con precisión.
- MASCS (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer; Espectrómetro de Composición Superficial y Atmosférico de Mercurio): este espectrómetro es sensible a la luz infrarroja y ultravioleta; medirá las abundancias de gases atmosféricos y trabajará en la detección de minerales superficiales.
- EPPS (Energetic Particle and Plasma Spectrometer; Espectrómetro de Plasma y Partículas Energéticas): medirá la composición, distribución y energía de las partículas cargadas (electrones y otros iones) de la magnetosfera de Mercurio.
- RS (Radio Science; Ciencia de Radio): este instrumento empleará el efecto Doppler para medir cambios muy pequeños en la velocidad de la sonda espacial según ésta orbita Mercurio, lo cual permitirá a los científicos estudiar la distribución de mas del planeta, incluyendo las variaciones del espesor de la corteza.
- Explica pas per pas el recorregut que farà la sonda Messenger.
- Per què creus que ha de fer tantes aproximacions a Venus i Mercuri? Té alguna utilitat? Es podria fer d'alguna altra manera?
- Quin interès té estudiar Mercuri?
- Durant quant de temps té previst orbitar Mercuri, la sonda?
- Per què cal ajustar continuament l'orbita? Què passaria si no es fes?
- Fes una llista permenoritzada de l'equipament de la sonda i explica per què servirà cadascun d'aquests equips.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada