Pols d'estels

Per què és important la Lluna per a la ciència? Quins recursos té la Lluna? Hi ha aigua? Per què hem de tornar a anar-hi i com ho farem ?

La Lluna, tan propera i tan llunyana alhora, ha estat l’únic cos del sistema solar per on l’ésser humà ha caminat. La primera vegada va ser el 20 de juliol de 1969, com a conseqüència de la carrera espacial dels nord-americans i de l’Unió Soviètica. Cursa que acabaria guanyant els primers i que va provocar el principi del col·lapse de la URSS.

Però l’exploració espacial del nostre satèl·lit va començar molts anys abans. Les sondes automàtiques americanes Ranger i Surveyor van anar aterrant durant la dècada dels anys 60 però els robots exploradors soviètics Lunokhod, que durant decenis van ostentar la marca del desplaçament robòtic més llarg, van demostrar la fortalesa tecnològica soviètica. Aquests petits cotxets arribarien a recórrer més de 30 km sobre la superfície lunar.

Però la Lluna està encara pràcticament inexplorada. Només de les zones equatorials de la cara visible tenim informació acurada. I se’ns ha revelat una complicada química del potassi (K) i del  fòsfor (P). I hi ha molt elements de terres rares com el tori (Th) que tenen interés estratègic. De la cara fosca no en sabem res. Les naus actualment en òrbita ens mostren la seua geologia però ens caldrien mostres preses in situ.

A més a més, aquesta cara fosca de la Lluna, que no veiem mai des de la Terra, serà el lloc ideal per instal·lar grans radiotelescopis que exploren de manera més sensible l’univers, a l’ombra del soroll radioelèctric que emeten les emissores de ràdio, de televisió, antenes privades i militars terrestres. Un nou univers se’ns presentarà quan aconseguim veure el cel en ràdio des de la cara fosca lunar.

Però el mes interessant serà explorar el pol sud lunar. Aquesta zona conté importants reserves d’aigua congelada dins de cràters que estan permanentment a l’ombra, com es va comprovar en l’estavellament de l’impulsor Centaure de la sonda LCROSS. Sembla que aquesta aigua prové d’antics impactes de cometes i asteroides i s’han mantingut en forma de gel en la foscor dels cràters polars. La zona polar sud serà, per tant, l’indret ideal per situar-hi una futura base lunar ja que disposarà d’una font inesgotable d’aigua per a ús humà però també per extreure’n l’hidrogen per a utilitzar-lo en la pròxima exploració del sistema solar.
L’estudi de les zones polars ja no serà el patrimoni d’un estat sinó que serà una cooperació internacional amb les lliçons apreses en l’Estació Espacial Internacional (ISS). El projecte de l’ISS ha demostrat la possibilitat de col·laboració profitosa dels astronautes de diverses agències espacials.

Tot això i més podeu veure en la pel·lícula de 8 minuts de l’Agència Espacial Europea, que ens ofereix una visió general del passat, present i futur de l’exploració de la Lluna, des del cataclisme lunar a la visió que l’Agència Espacial Internacional té del que podria ser la futura exploració lunar.

La pel·lícula està en anglés. Si voleu subtitols en català activeu l’opció de traducció automàtica de youtube.

Imatge: Futura estació lunar. De la pel·lícula. ESA.

El mòdul d’aterratge britànic Beagle 2 viatjà a Mart l’any 2003 com a passatger a bord de la nau europea Mars Express. La seua missió era aterrar sobre el planeta roig i fer tot un seguit d’experiments científics. Tanmateix, a partir del moment previst d’aterratge no se’n va saber res més. I, des d’aleshores, el que se’n va fer de Beagle 2 ha estat un dels grans misteris de l’exploració espacial. Onze anys després, però, ha estat retrobada en les imatges preses per la nau Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.

El saber com es troba la nau i que li passà és el que estan tractant d’esbrinar l’equip britànic responsable de Beagle 2

Beagle 2, nom que recorda el vaixell que dugué Darwin al voltant del món, tenia per objectiu prendre mostres de l’atmosfera i el subsòl de Mart a la recerca d’aigua per esbrinar si va haver o hi ha actualment alguna forma de vida al planeta vermell. El responsable de la missió, el professor Colling Pillinger explicava el 2003:

HMS Beagle va ser el vaixell que portà Darwin en el seu viatge al voltant del món i va fer que el coneixement sobre la vida en la Terra fera un gran salt endavant. Esperem que Beagle 2 faça el mateix per la vida a Mart.

La zona elegida per a l’aterratge fou Isidis Planitia, una gran plana sedimentària que està situada a la zona entre les antigues terres altes i les planes del nord marcianes. Beagle 2 havia de funcionar com a mínim 180 dies. Els seus objectius eren caracteritzar la geologia del lloc d’aterratge, la mineralogia, la geoquímica, les propietats físiques de l’atmosfera, recollir dades de meteorologia i climatologia i, el més important, cercar possibles proves de l’existència passada o present de vida marciana.

Una vegada arribada a Mart el 19 de desembre de 2003, a cavall de Mars Express, es separà de la seua nau mare. L’aterratge estava previst per al dia de Nadal. Però no se’n sabé res més d’ella uns moments abans de l’aterratge. Silenci total, cap senyal des d’aleshores. S’especulà que potser havia rebotat en l’atmosfera marciana perdent-se a l’espai o que s’havia estavellat en la superfície.

La intensa cerca que realitzaren Mars Express i Mars Odyssey de NASA, i amb les grans antenes de ràdio de la Terra, no aconseguiren trobar-la ni rebre cap senyal d’ella, de manera que el febrer de 2004 se la donà per perduda. Des d’aleshores la pèrdua de Beagle 2 ha estat un misteri de l’exploració espacial i s’ha afegit a la llarga llista de fracassos de l’exploració de Mart. I és que més de la meitat de les sondes enviades al planeta roig s’han perdut o s’han estavellat.

Beagle 2 ha tingut més sort que d’altres missions perdudes ja que després de més d’una década el mòdul d’aterratge ha estat identificat amb la càmera d’alta resolució HiRISE de la Mars Reconnaissance Orbiter de NASA. En les imatges obtingudes es veu que la sonda està desplegada parcialment, cosa que indica que la nau va superar amb èxit la fase d’entrada, descens i aterratge sobre Mart.

També s’observa el paracaigudes principal i la coberta protectora d’entrada atmosfèrica prop de la nau. Tanmateix les imatges mostren que alguna cosa fallà una vegada que Beagle 2 arribà a terra ja un dels seus panels solars sembla que no es desplegà correctament. Ací podria estar el problema ja que aquest fet va impossibilitar que s’estenguera l’antena de ràdio, amb la pèrdua de la comunicació.

Beagle 2 és un objecte molt menut, amb menys de 2 metres de longitud amb la seua configuració completament oberta. La nau ocupa uns pocs píxels a les imatges preses per les càmeres a bord de les naus en òrbita marciana i, per tant, ha estat, una feina difícil trobar-la ja que el descobriment s’ha fet just al límit de resolució de les càmeres.

El Dr David Parker, cap executiu de l’Agència Espacial Britànica, ha declarat:

La història de l’exploració espacial està marcada per èxits i fracassos. Aquesta troballa ens dóna a conéixer que Beagle 2 va ser molt més exitós del que sempre haviem pensat i, aquest fet, sense dubte, és un important pas en l’exploració europea de Mart.

Tornar a veure la nau britànica és un esdeveniment important que restituirà l’autoestima del grup de treball del professor Colin Pillinger, director del projecte. La pena és que Pillinger, que liderà el projecte amb entusiasme, morí el passat mes de maig sense saber que Beagle 2 seria prompte retrobat.

Imatges: 1-4. Beagle 2 sobre la superfície de Mart. Crèdit: HIRISE/NASA/JPL/Parker/Leicester. 5. Vista artística de com hauria quedat Beagle 2 en Mart en cas d’haver funcionat correctament. ESA.

La missió Gaia ha arribat aquests dies a la seua òrbita definitiva al voltant del punt de Lagrange L2. Llançada per estudiar 1000 milions d’estrelles de la Via Làctia, ara es troba situada a 1,5 milions de quilòmetres de la Terra.Per a què cal enviar la nau tan lluny si la Via Làctia es pot veure des de les proximitats a la Terra?

Les raons per enviar la nau tan lluny són bàsicament dues. En situar-se en una òrbita exterior a l’òrbita de la Terra, els dos telescopis a bord miraran cap a l’exterior del sistema solar i mai es trobaran de cara amb el disc solar, la qual cosa podria ser nefasta per a la delicada òptica de la missió. A més a més els panels solars estaran encarats de manera permanent cap al Sol i el subministrament d’energia estarà assegurat. Per altra banda en estar tan lluny de la Terra, el nostre planeta no produirà mai eclipsis sobre les zones d’estudi.

Tots sabem, més o menys, com es mou un cos menut respecte d’un altre de gran massa, com podria ser la Terra respecte del Sol. La trajectòria que segueix el cos menut s’anomena òrbita i depenent de l’energia del cos menut, aquesta pot ser tancada com la que segueixen els planetes al voltant del Sol o oberta com la que fan molts cometes.

La cosa es complica quan hi ha un altre cos en joc, en el nostre cas el Sol, la Terra i Gaia. Serà el conegut problema dels tres cossos en gravitació. L’estudi detallat que en feu el físic francès Joseph Louis Lagrange li permeté descobrir que aleshores existeixen cinc punts al voltant dels cossos principals (punts de Lagrange) en els quals es pot situar un tercer cos (Gaia), de massa negligible, de forma que mantinga la seua posició respecte als dos cossos més massius. En aquests punts s’equilibren les forces reals (gravitatòria) i fictícies (centrífuga) sobre el tercer cos, de manera que la força total sobre ell és zero.

El punt de Lagrange L2 és un d’aquests punts d’estabilitat gravitatòria. Situat a 1,5 milions de quilòmetres de la Terra, L2 es troba en la línia que uneix el Sol i la Terra, però en una òrbita exterior a la de la Terra.

L’animació que adjunte ens presenta els camps gravitatoris del sistema Sol-Terra amb isocontorns de potencial gravitatori constant, com els que uneixen punts de la mateixa alçada en els mapes topogràfics o els de la mateixa pressió en els mapes del temps. Els forats de potencial gravitatori es veuen molt clarament enmig de les muntanyes de potencial on s’hi troben els punts de Lagrange (L1-L5).

Tanmateix L2 té un defecte. És un punt inestable. Si ens n’apartem una mica ràpidament caurem cap a la Terra. Malgrat això és possible situar les missions espacials al voltant de L2 en una òrbita perpendicular, òrbita de Lissajous, que és la que ha començat a seguir Gaia aquesta setmana.

Des de ESA, David Milligan, director d’operacions de Gaia, ens diu “Entrar en òrbita al voltant de L2 és una proesa bastant complexa, que s’ha aconseguit posant en marxa els propulsors de Gaia de manera que espentaren la nau espacial en la direcció adequada, mantenint al mateix temps el Sol apartat dels delicats instruments científics”

Una vegada els instruments de la nau estiguen comprovats i cal·librats completament, cosa que durarà uns quatre mesos, Gaia començarà la seua aventura científica per desvelar-nos una nova realitat de la nostra galàxia.

En continuarem parlant.

El transbordador espacial Atlantis de la NASA ha fet el seu últim viatge per allargar la vida a l’instrument científic que més rendiment ha donat en tota la història, el telescopi espacial Hubble.Llençat el 1990 i a una òrbita d’uns 559 km d’altura, disposa d’un espill de 2,4 metres de diàmetre que treballa a la resolució teòrica, sense les pertorbacions de l’atmosfera terrestre. Ens ha oferit les més profundes vistes de l’univers i també les més belles. Tanmateix els instruments a bord s’espatllen com passa a casa. Així, la càmara Wide Field Planetary Camera 2, que ha realitzat imatges mítiques, ha estat substituïda per la Wide Field Planetary Camera 3 molt més moderna.

L’Atlantis despegà de Cap Canaveral el 11 de maig en la que seria la cinquena i darrera missió de manteniment del telescopi.

Quina meravella de telescopi! I això que al poc de llençar-lo s’adonaren que les imatges estaven totes borroses! Que havia passat? Milions de dòlars llençats al fem per a un telescopi miop? Els enginyers de la NASA anaven de cap esbrinant que havia passat. S’adonaren que l’espill del telescopi no enfocava bé els objectes i produïa una imatge amb aberració esfèrica. La culpable, l’empresa constructora de l’òptica.

Va caldre enviar la primera missió de manteniment del Huble l’any 1993, quan es canvia la càmera Wide Field Planetary Camera 1, per la nova Wide Field Planetary  Camera 2 que portava una òptica incorporada per focalitzar bé, una mena d’ulleres. Mireu, abans i després. Amb aquesta càmera es va obtenir, per exemple, la imatge més profunda, la d’objectes més llunyans i més antics (és el mateix), el Camp Profund del Hubble.

Tot ha anat bé des d’aleshores. Altres missions del transbordador han anat canviant equips obsolets o espatllats. Aquesta missió del 2009 ha estat la última i la més llarga.

I és que el telescopi espacial Hubble se’l vol fer durar fins el 2014 quan el nou  James Webb Space Telescope (JWST), amb un espill de 6.5 metres de diàmetre, el substituesca.

Fa uns anys l’administrador de la NASA (el director) va suggerir acabar la missió Hubble. El clamor popular va ser tan gran que es va retractar i al final dimití. Cap altre enginy celeste causa tantes passions. Ha canviat la nostra visió de l’Univers.

La missió STS-125 dels transbordadors de la NASA ha hagut de realitzar 5 passejos espacials per canviar, entre altres,  la càmara Wide Field Planetary Camera 2, que ha realitzat imatges mítiques,  per la Wide Field Planetary Camera 3 molt més moderna. Ha reparat també el STIS (‘The Space Telescope Imaging Spectrograph”), un espectrògraf que ha donat informació de l’Univers tant en el visible com en l’ultraviolat i que deixà de funcionar el 2004. En aquest instrument és on els astronautes van tindre més problemes ja que la carcassa només s’obrí amb la força bruta (NASA dixit) i quan volgueren treure el 117 cargols s’adonaren que el tornavís no tenia bateria! També s’han canviat bateries, giroscopis i pannells solars. Un lifting complet, vaja!

Bé, al final tot anà bé. A hores d’ara l’Atlantis ja ha soltat el Hubble i  finalment aterrarà  aquest cap de setmana. L’intent d’aterrar avui a les pistes de Cap Canaveral ha estat impossible per les condicions atmosfèriques adverses.

Vos recomane les espectaculars imatges preses per l’astrofotògraf Thierry Legault del pas del Hubble i l’Atlantis per davant del Sol. El pas només durava 0.8 segons i els va aconseguir captar…

Podeu llegir un relat detallat de la missió de manteniment del Hubble en Resucitando al Hubble.

Foto: El telescopi espacial Hubble a l’espai vist des de l’Atlantis, a la missió STS-125. NASA.

Avui els astrònoms estem de festa altra vegada (quin any!). Des de Kourou, la base de llançament de l’Agència Espacial Europea a la Guaiana francesa, es llançaran a l’espai dues de les missions més importants dels últims anys: Herschel, el major telescopi infraroig, que mirarà l’univers fred, els núvols de gas, estrelles fredes, pols, etc. i Planck, la nova missió per estudiar el fons de microones de l’univers, les restes de l’explosió inicial, els fotons que van poder eixir de la primitiva sopa de partícules quan l’univers només tenia uns 380 000 anys de vida.Herschel i Planck es llançaran a les 15 h. 12 min (hora central europea) conjuntament dins del major coet de càrrega europeu, un Ariane 5. Els satèl·lits estan situats en el morro del coet. Herschel, que és el més gran, es troba en la part superior mentre que Plank està a sota.

Les dues missions seran situades a uns 1 500 000 km de la Terra en la direcció oposada al Sol, lluny de les influències d’aquests cossos.

Des de fa anys, Diego Sáez, un company del departament, ha treballat sobre el tractament de les dades que aconseguirà Planck. Així que farem una observació en directe de l’esdeveniment.

Els estudiants, per la seua part, han organitzat una sessió, amb xerrades i l’observació del llançament des de una aula de l’Aulari Interfacultatiu del Campus de Burjassot.

Segueix…

Herschel i Planck seran llançats conjuntament a bord d’un coet Ariane 5 des del port espacial europeu a Kourou, Guaiana francesa. Els dos satèl·lits, que estan situats un damunt l’altre al morro del coet, se separaran ràpidament una vegada estiguen fora de l’atmosfera terrestre i viatjaran independentment per situar-se en diferents òrbites al voltant del segon punt de Lagrange (L2) del sistema Sol-Terra. Aquest, com altres punts similars, dels quals ja vaig parlar en altre apunt, són zones d’estabilitat gravitatòria i llocs ideals per situar satèl·lits.Quan arriben a L2, seran injectats en una òrbita de Lissajous, una òrbita en forma de tor, és a dir en forma de “dònut” però sense tancar-se.

Herschel, que té un espill de 3,5 metres de diàmetre i que, per tant, és més gran que el Telescopi Espacial Hubble, és un telescopi infraroig. Estudiarà l’univers fred, que emet en longituds d’ona llargues. En el sistema solar es dedicarà als asteroides, al cinturó de Kuiper, als cossos transneptunians. En la nostra galàxia estudiarà la formació estel·lar i els discs circumestel·lars on es formen planetes. Fora de la Galàxia estudiarà la formació estel·lar i el fons còsmic infraroig. També serà el telescopi que permetrà trobar aigua en el cosmos.

Els seus instruments detecten bàsicament el calor. Per evitar detectar únicament el satèl·lit, el telescopi estarà refrigerat a temperatures pròximes al zèro absolut (-273 K) mitjançant heli líquid. La missió durarà el que dure les reserves d’heli, uns quatre anys.

L’altre satèl·lit, Planck, el nom del qual ve del Nobel de Física Max Planck (1858-1947), pare de la física quàntica, serà la primera missió de l’ESA que es dedique a l’estudi del Fons Còsmic de Microones, la radiació fòssil del Big Bang.

La nau està equipada amb un telescopi d’1,5 metres i dos instruments que operen en ràdio en longituds d’ona submilimètriques. Com Herschel també disposa d’un sistema criogènic per mantindre els detectors a temperatures pròximes al zèro absolut.

Des de fa anys un company del departament ha treballat sobre el tractament de les dades que aconseguirà Planck. Així que ens sentim implicats i farem una observació en directe de l’esdeveniment.

Els estudiants, per la seua part, han organitzat una sessió, amb xerrades i l’observació del llançament des de una aula de l’Aulari Interfacultatiu del Campus de Burjassot.

Finalment us pose un extracte de la nota de premsa que la Universitat de València ha enviat als mitjans de comunicació:

“Experts del Grup de Relativitat i Cosmologia del Departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València, dirigit per Diego Sáez, investigador associat al projecte Planck, han dissenyat codis numèrics i simulacions que seran utilitzats per a estudiar les dades obtingudes per aquest satèl·lit. “L’objectiu de Planck és mesurar la temperatura i l’estat de polarització de la radiació de fons de microones i nosaltres hem creat diversos codis per a contribuir a l’anàlisi, complexa i de tipus estadístic, dels mapes que s’elaboraran a partir de les temperatures corresponents a milions de direccions”, explica Sáez. Aquesta radiació, que ompli l’univers, és de la mateixa natura que la llum visible, és a dir, és formada per partícules sense massa anomenades fotons. La seua temperatura es calcula mitjançant radiòmetres i bolòmetres, que s’instal·len en els satèl·lits. Els seus fotons, que tenen energies que es corresponen amb les microones, es mouen arreu de l’univers a una velocitat de 300.000 quilòmetres per segon. El treball dels científics del Grup de Relativitat i Cosmologia, del qual també formen part José Vicente Arnau i Màrius Fullana, ha consistit tant en la configuració de codis com en la seua comprovació, que s’ha realitzat en col·laboració amb equips de Bolonya i de Santander. Una vegada el Planck haja arribat a la seua òrbita, el treball de la Universitat de València consistirà a aplicar els codis a mapes reals, obtinguts amb les dades del satèl·lit, i estudiar les implicacions cosmològiques dels resultats.”

Foto: Planck en l’òrbita en L2. ESA