Ondas gravitacionales o resolviendo la gravedad

Cuando paseamos al lado de un río o un lago, es difícil resistir la tentación de tirar una piedra al agua. Nos fascina ver, primero, su vuelo y el impacto sobre la superficie acuática después. En cuanto la piedra impacta sobre el agua, se empiezan a formar ondas concéntricas alrededor del punto en el que la piedra ha golpeado, lo que nos hace quedarnos congelados unos segundos viendo cómo evolucionan dichas ondas.

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Esta escena tan común recoge varios fenómenos que han mantenido ocupados a científicos durante milenios. ¿Qué fuerza es esa que hace que la piedra caiga hacia el agua? y… ¿qué son esas ondas que parecen moverse por la superficie del agua?

En tan solo unos instantes hemos realizado una acción que nos permite observar dos fenómenos físicos de primera magnitud; la gravedad y el movimiento ondulatorio.

La gravedad ha sido (junto con la luz), uno de los grandes motivos de la ciencia. Misterio desde siempre y, aún hoy, su esencia es objeto de deseo de muchos científicos. Bien cierto es que ahora sabemos mucho más sobre esta fuerza de lo que sabíamos en la Antigüedad. Newton primero y Einstein después, aportaron saltos de gigante en cuanto a la fuerza de la gravedad, encontrando un modelo matemático y descifrando cómo se modifican las propiedades del espacio-tiempo alrededor de una masa.

Sin embargo, la naturaleza última de esa fuerza que hace caer la piedra sigue siendo un caso especial y difícil con respecto al resto de fuerzas. De las cuatro fuerzas fundamentales que maneja la física moderna; nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravedad, esta última es la más mágica y esquiva.

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Las teorías de unificación son la punta de lanza de la Física. Intentan buscar modelos y una expresión matemática común para diferentes fuerzas. Hacia 1967, S. Glashow, S. Weinberg y A. Salam mostraron cómo el campo electromagnético y la fuerza nuclear débil se podían entender con un mismo modelo, quedando así unificadas. Más tarde, en los años 70 se propuso un modelo que explicaba tres (nuclear débil, nuclear fuerte y electromagnetismo) de las cuatro fuerzas conocidas de forma consistente. La fuerza nuclear fuerte quedaba también incluida en este modelo propuesto por H. Georgi y S. Glashow. Sin embargo, la cuarta fuerza, la gravedad siempre se ha resistido a ser “unificada” con las otras tres. Hay intentos como la teoría M o la de cuerdas que aún son modelos sin refrendar.

A principios del siglo XXI, sabemos calcular con precisión exquisita los efectos de la gravedad. Hemos refinado las fórmulas de Newton incluyendo los precisos factores relativistas de Einstein. Con ello, el conocimiento de la fuerza, en lo que se refiere sus efectos, es bastante razonable. Sin embargo, nos falta una pieza del puzzle, una pieza clave que es ¿cómo se propaga esa fuerza?

Hoy en día es aceptado por la comunidad científica que la fuerza de la gravedad se propaga como las ondas que se forman cuando la piedra golpea el agua, es decir, de forma ondulatoria y que lo hace a la velocidad de la luz. Los tiempos en los que se suponía que se propagaba de forma instantánea quedaron atrás. Tal y como postulaba la relatividad; nada podía ir más rápido que la luz.

La hipotética partícula que porta esta fuerza sería el gravitón. Su detección directa parece extremadamente difícil, por lo que podemos olvidarnos, por ahora, de dicha tarea puesto que no tenemos tecnología para ello.

Sin embargo, las fuertes perturbaciones del espacio-tiempo originadas por enormes masas colapsando como un agujero negro cuando colisiona con otro agujero o una supernova si que son susceptibles de ser detectadas. No es tarea fácil ya que esta detección está en el límite de la tecnología actual, sin embargo, hay varios observatorio trabajando en ese límite.

Y LIGO (de Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) es uno de ellos. Se trata de un laboratorio ubicado en dos localizaciones de Estados Unidos y que utilizan sendos interferómetros de cuatro kilómetros de largo cada brazo para detectar variaciones en la distancia entre los espejos del interferómetro de una milésima del tamaño de un protón.

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Las dos instalaciones de LIGO. Cada brazo del interferómetro en forma de L tiene 4 km de largo. (Crédito: LIGO observatory)

El 14 de Septiembre de 2015, ambos observatorios detectaron una perturbación. El retardo en la detección entre ambos observatorios fue de 7 milisegundos más tarde en Hanford, lo que hace pensar que la fuente se encuentra en el hemisferio sur.

Los científicos de LIGO creen que el origen fue la colisión de dos agujeros negros con 29 y 36 masas solares, respectivamente. El colosal choque de ambas masas hizo que unas tres masas solares se convirtiesen en ondas gravitacionales.

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Representación artística de los dos agujeros negros que han dado lugar a las ondas que han detectado con LIGO (Crédito: LIGO observatory)

 

Se ha dicho que se abre una nueva forma de observar el Universo. Es cierto. Tenemos medios para observar el espectro visible, el infrarrojo y el ultravioleta, la zona de microondas, rayos X, rayos gamma… sin embargo, ahora se abre una nueva ventana para poder ver en otra zona realmente apasionante. La zona de la interacción gravitatoria.

 

 

 

Vídeo del tránsito de Mercurio de Mayo 2016

En AstronomíaConCuchara hemos conseguido obtener un vídeo del tránsito de Mercurio de hoy.

Las condiciones eran bastante difíciles por las abundantes nubes y por la baja altura a la que estaba ya nuestra estrella.

A pesar de su baja calidad, sirve como muestra del evento. En la parte central del disco solar se aprecia una mancha solar y en la parte inferior, la pequeña mancha oscura que se aprecia es el planeta Mercurio.

El vídeo nos permite apreciar la diferencia de tamaños relativos del planeta y la estrella.

La imagen se ha obtenido con un pequeño telescopio de 400 mm  de distancia focal y una cámara DSLR.

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Más tarde publicaremos alguna de las imágenes que se hayan obtenido con filtro H-alpha en la que se podrá disfrutar con toda calidad del disco solar en todo su esplendor y el pequeño planeta.

 

Mercurio delante del Sol. Tránsito del día 9 de Mayo de 2016

Solo los planetas interiores (cuya órbita está más cerca del Sol que la Tierra) transitan por delante del Sol. Un planeta exterior nunca transitará por delante del astro rey, o estará en el lado opuesto o estará detrás del Sol, pero nunca entre el Sol y la Tierra.

Por ello, tan solo podemos disfrutar de tránsitos de Mercurio y Venus. Los dos planetas interiores. Y el próximo Lunes día 9 de Mayo, Mercurio transitará por delante del disco Solar. Se trata de un fenómeno astronómico interesante pero que puede defraudar a algunas personas por lo pequeño de la sombra de Mercurio.

La zona de visibilidad se muestra en el mapa abajo.

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Zona de visibilidad centrada en el océano Atlántico. En España y prácticamente todo América del Sur será observable (Crédito: Xavier M. Jubier) 

Desde que el pequeño disco del planeta entra en la imagen de nuestra estrella hasta que sale transcurrirán unas siete horas.

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Vídeo del tránsito por SCIENCE-NASA

Lo primero que hay que advertir a los que deseen ver el fenómeno es que como cualquier observación en la que el Sol está involucrado hay que tomar todas las medidas de seguridad necesarias para evitar dañar nuestros ojos. NUNCA MIRAR DIRECTAMENTE AL SOL NI CON CUALQUIER APARATO ÓPTICO SIN LA DEBIDA PROTECCIÓN. No son adecuadas las gafas de Sol ni radiografías, etc. La observación solar con medios no adecuados o la mala utilización de instrumentos ópticos apuntando al Sol pueden dañar seriamente nuestros ojos.

En este caso, el pequeño tamaño de Mercurio hace que sea necesario observar el tránsito con algún instrumento óptico.

Vamos a ver las dos opciones más sencillas para la observación del tránsito utilizando unos pequeños prismáticos o un telescopio.

1) La primera forma es la proyección de la imagen sobre una pantalla blanca. Unos simples prismáticos o un pequeño telescopio permiten proyectar la imagen del Sol sobre una superficie blanca. Es muy, MUY IMPORTANTE el evitar que cualquier persona, especialmente niños, se acerquen al prismático o telescopio y mire por el ocular, porque su ojo quedaría inmediatamente dañado. Por tanto, cuidado con la utilización de este método. Hay que tener especial precaución cuando se apunta el instrumento al Sol porque nuestro cerebro tiende a ordenarnos que miremos por el ocular para apuntar y, en ese momento, toda la energía lumínica que concentra nuestro prismático o telescopio es lanzada contra nuestro ojo lo que puede llevar a serios daños en el mismo.

Proyección de imagen con prismáticos. Una de las lentes permanece tapada mientras la otra proyecta la imagen.

Crédito imagen: Wycombe Astronomical Society

Si utilizamos unos prismáticos para la proyección, hay que tapar una de las lentes y realizar la proyección con la otra. Habrá que mover la pantalla adelante y atrás hasta que se encuentre el foco y la imagen sea nítida. Otro cartón montado en el prismático o telescopio ayudará a hacer sombra en la pantalla de proyección para así obtener más contraste y permitir una mejor visualización de la imagen.

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Proyección de imagen con un pequeño telescopio.

Crédito imagen: Steve Ringwood.

La proyección es una forma muy segura de ver el eclipse, pero asegurémonos que nadie se siente tentado de acercarse a mirar por el ocular del telescopio o de los prismáticos.

El tamaño de Mercurio dará lugar a una sombra sobre el disco del Sol que será realmente pequeña. Por ello, habrá que enfocar muy bien el disco Solar y no confundir alguna mancha solar que se encuentre en ese momento sobre la superficie del Sol con el pequeño planeta.

Una mancha solar suele ir en grupo con otras, son irregulares y se mueven lentamente por la superficie del Sol tan solo debido a la rotación de la estrella. Sin embargo, Mercurio se moverá con cierta rapidez (el fenómeno dura unas siete horas) por lo que si esperamos unos minutos veremos si cambia de posición y eso nos ayudará a identificarlo.

2) La segunda forma que queremos describir permite ya mirar a través de nuestro instrumento óptico. Se basa en la utilización de filtro Baader de la prestigiosa marca Baader Planetarium. Colocaremos esta lámina delante de nuestro instrumento óptico. Este filtro consiste en una lámina muy delgada que bloquea un 99.999% de la luz que llega a nuestro telescopio o prismático. El filtro se coloca en la boca del instrumento óptico y es MUY IMPORTANTE fijar el filtro de forma que no se pueda quitar accidentalmente y que el viento no lo despegue del telescopio y permita entrar luz solar directa al instrumento. Eso sería muy peligroso.

También es muy importante tapar el buscador del telescopio si dispone del mismo o incluso desmontarlo para que no haya posibilidad de que nadie mire por él.

Una vez estemos seguros que el filtro está colocado, se podrá mirar a través del instrumento óptico.

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Pequeño telescopio con filtro Baader en la boca

Crédito imagen: Simon Wallis

En todo el planeta (dentro de la zona de visibilidad) el tránsito se verá prácticamente al mismo tiempo, con una variación de dos minutos. Eso es debido a la paralaje de Mercurio respecto al Sol. 

Salvo esos dos minutos, el momento será el mismo y tan solo hay que tener en cuenta el huso horario de cada país. Como referencia, se indican abajo las horas a las que será observable el tránsito de Mercurio en España y en América del Sur.

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Estos tránsitos ocurren varias veces por siglo y, aunque no muy vistosos, siempre nos permiten recordar que estamos en un Sistema Solar tridimensional, en el que unos cuerpos pasan por delante o detrás de otros y se hacen sombra entre ellos. Eso siempre ayuda a olvidarnos de esa idea en el que todo parece situado a la misma distancia ahí arriba. Una idea en la que muchas culturas vivieron durante mucho tiempo.

 

 

 

¿Qué puedo ver con un telescopio?

Cuando un nuevo aficionado a la astronomía nos pregunta: ¿qué puedo ver con un telescopio? lo más habitual es que se nos haga un nudo en la garganta. Y es que la respuesta no es nada fácil. Si respondemos sin meditar mucho, lo más probable es que no aclaremos nada a nuestro interlocutor o que, en el peor caso, se aleje de nosotros llevándose una idea equivocada de lo que es capaz un telescopio de aficionado.

Hay que responder con cautela y hacerlo aclarando tres puntos básicos: la escala, qué se ve y cómo se ve.

Una persona que nunca ha mirado con un telescopio no sabe qué se ve y, lo que es peor, a veces no conocen qué escala es la que proporciona la imagen de un telescopio. Alguien me ha preguntado hace no mucho ¿se ven las constelaciones enteras?

Sobre la escala, primero, explicar que no, no se ven constelaciones enteras sino que un telescopio nos permite ver una parte realmente pequeña de una constelación. De esa forma, proporcionamos una idea sobre la escala. Que no es poco. Por dar una referencia, un telescopio nos permite ver el campo equivalente a una moneda que sujetamos con nuestros dedos cuando alargamos el brazo apuntando al cielo. Por tanto, cuando apuntamos un telescopio, en general, vemos una porción realmente pequeña del cielo.

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Responder  aquello de “qué se ve” consiste en explicar que, con un telescopio, se pueden ver multitud de cosas. Es frecuente escuchar de un observador novel que cuando apunta un telescopio al cielo sin más y mira a través del ocular, ve tan solo estrellas aisladas y solitarias. Sugerirle que consiga apuntar a una estrella brillante es lo primero para ver su aspecto y su chispear fruto de la  turbulencia de la atmósfera.

Hay que explicar que conviene empezar por alguno de los cuerpos del Sistema Solar y que su observación proporciona imágenes muy atractivas. La Luna es un cuerpo obligado, primero, con poco aumento para verla entera y, después, con cierto aumento para ver los detalles de su superficie. Más tarde, son recomendables las lunas de Júpiter, los anillos de Saturno, las fases de Venus, etc.

Mención obligada en este punto es contar a nuestro amigo recién llegado a la afición sobre la observación del Sol y sus peligros. Le citaremos la observación del Sol como posible y le indicaremos que, al principio, siempre lo haga por proyección y con alguien experimentado al lado para evitar accidentes.

Una característica de nuestro sistema visual es que no somos capaces de ver colores cuando observamos cosas con poca luz. El bajo brillo de los objetos celestes hace sea muy poco frecuente ver colores a través del telescopio. Sin embargo, hay una excepción, son las estrellas dobles, en las que el contraste entre dos estrellas cercanas permiten disfrutar de colores siempre suaves y sugerentes. Tenemos que hablar de ellas a nuestro amigo y mencionar las de obligada visita como las estrellas dobles Albireo en la constelación del Cisne, delta de Orión y la doble-doble de Lyra

Por último, hay que contar lo que se puede ver más allá del Sistema Solar, lo que los aficionados llamamos cielo profundo… y ahí la cosa se complica algo.

En esta categoría de objetos de cielo profundo encontramos los siguientes tipos:

  • Cúmulos abiertos. Agrupaciones de estrellas de densidad baja o media. En general, fáciles de observar y en los que podemos contar las estrellas por decenas o algún centenar. Algunos buenos representantes de esta categoría en el hemisferio norte son las Pleyades, el Pesebre, Messier M35 y el bello doble de Perseo

 

El cúmulo doble de Perseo. (Crédito: UnderOakobservatory)

  • Cúmulos globulares. Son mucho más densos que los anteriores hasta el punto que no conseguimos ver espacio entre las estrellas. Cuentan con estrellas por millares y hasta cientos de miles. Alguno de los más famosos son el cúmulo de Hércules (Messier M13) o Messier M15 en la constelación de Pegaso.

 

Cúmulo globular Messier M13 en Hércules (Crédito: Alvaro Ibañez -kokehtz-)

  • Nebulosas. Son acumulaciones de gases iluminados bien sea por tratarse de materia ionizada o bien porque alguna estrella cercana ilumina el gas. El cielo nos ofrece nebulosas enormes y otras francamente pequeñas. Son objetos esquivos y con telescopio de aficionado es difícil ver mucho detalle pero mirando a través del telescopio podemos ver algunas de estas nebulosas como la famosa nebulosa de Orión Messier M42, la circular de la Lira Messier M57 o la Dumbbell.

 

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Nebulosa Dumbbell (Crédito: Antonio Peña)

  • Galaxias. Las galaxias son objetos realmente lejanos, mucho más que cualquiera de los citados más arriba. La consecuencia de esa enorme distancia entre nosotros y las galaxias es su debilidad. A través del telescopio, son objetos muy pequeños y poco luminosos, por lo que tan solo podemos aspirar a ver pequeñas nubecillas algodonosas con nuestro telescopio. Aún así, son los objetos más emocionantes porque estamos viendo cuerpos a millones de años luz de distancia. La mejor galaxia por derecho propio es Andrómeda, una galaxia parecida a la nuestra. Después, dos galaxias que hay que visitar son Messier M81 y Messier M82 en la Osa Mayor.

Galaxias M81 y M82 (Crédito: Terry Hancock)

Otra típica pregunta es si se puede utilizar un telescopio astronómico para ver objetos terrestres. La respuesta es que sí, que se puede aunque hay que aclarar que dependiendo del sistema óptico de nuestro telescopio, es posible que la imagen tenga algún tipo de giro. Podríamos ver lo de la derecha a la izquierda o lo de arriba verlo abajo. Estos giros no son importantes en la observación del cielo pero pueden ser molestos al mirar un objeto terrestre y ver ¡el cielo abajo y el suelo arriba! Hay que preguntar si hace falta alguna lente adicional para poder utilizar nuestro telescopio con los ejes correctos para uso terrestre. En uso astronómico, preferimos no poner más lentes en el telescopio (que siempre degradan algo la imagen) y ver los ejes volteados.

 

Por último, hay que contar a nuestro paciente amigo cómo se ven las cosas a través de un telescopio y prevenirlo sobre que lo que lo verá a través del instrumento no son las imágenes que circulan por la red o que ha visto en libros. Le advertiremos que las fotografías se obtienen acumulando luz durante muchos minutos (a veces muchas horas) y que nuestro ojo cuando mira por el telescopio no trabaja de la misma manera, sino que tan solo acumula una fracción de segundo.

A modo de ejemplo, conviene aclarar que no verá imágenes como las de arriba sino que, por ejemplo, las galaxias M81 y M82 mencionadas arriba se observaran a través del telescopio como algo parecido a esto

 

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y podemos darle otro ejemplo sobre cómo se verá un objeto del Sistema Solar como el planeta Saturno y sus anillos.

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Para alguien que empieza, esto puede suponer una ducha de agua fría si es que esperase ver colores impactantes e imágenes impresionantes. La astronomía observacional es algo mucho más sutil y que debe ser degustada poco a poco, aprendiendo con el tiempo, mejorando tanto nuestro equipo como nuestra habilidad para extraer detalles de la imagen que nos proporciona un telescopio. Es impresionante como se entrena la forma de mirar a través del ocular y comprobar que cada vez sacamos más detalles de lo que vemos.

Y, como no, hay que decir que el atractivo de ver en directo una galaxia a través de un ocular por débil y difusa que la percibamos, observar los los pequeñísimos anillos de Saturno o el chisporroteo de  la periferia de un cúmulo globular son experiencias únicas.

Bien, si nuestro amigo ha sido capaz de aguantar toda nuestra explicación podemos concluir que, al menos, tiene paciencia suficiente para afrontar una afición tan exigente como ésta.

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Esta explicación, disfrazada de consejos para un veterano a la hora de responder a la famosa pregunta de ¿qué se ve con un telescopio? no intenta ser más que una guía básica para que los que se acercan por primera vez a la afición posean una idea más cercana a la realidad de lo que un telescopio de aficionado es capaz. Qué es capaz de mucho.

 

La misión marciana Insight cancela su lanzamiento para 2016

La misión norteamericana a Marte Insight (Interior Exploration using Seismic Investigations Geodesy and Heat Transport) ha sido pospuesta. La fecha de lanzamiento prevista era Marzo de 2016, sin embargo, NASA se ha visto obligada a tomar la decisión de suspender el lanzamiento ya a finales del 2015.

El motivo son los problemas con el instrumento principal de la sonda marciana, el sismógrafo Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS), encargado de medir movimientos de las placas superficiales de Marte y poder caracterizar la corteza del planeta. Así se obtendría valiosa información sobre la estructura e historia del planeta rojo.

Sismógrafo SEIS (Crédito: NASA/JPL/CNES)

SEIS es responsabilidad directa del CNES (Le site du Centre national d´études spatiales) francés. El instrumento es un reto en cuanto a precisión y resolución y hace tiempo que eran conocidos los problemas con el vacío que requieren sus sensores. Hubo un fallo hace unos meses que se pudo corregir a tiempo, pero este nuevo fallo, ya muy cercano a la fecha del lanzamiento, ha hecho que haya que suspender la misión. Al menos, por ahora.

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 Imagen artística de la nave Insight y sus sensores (el sismógrafo SEIS está debajo del panel solar izquierdo). Crédito: NASA/JPL

La misión Insight lleva otros instrumentos de interés aparte de este sismógrafo de precisión; el instrumento HP3 (responsabilidad del DLR alemán) que penetrará en la corteza del planeta unos cinco metros para medir la temperatura en su interior, el instrumento RISE (JPL), que se encarga de medir gracias al efecto Doppler con precisión centimétrica los movimientos del planeta y cómo varía su rotación y también, como no, cámaras que proporcionen imágenes de la superficie marciana. Por último, Insight porta el instrumento TWINS, con dos cabezas capaces de medir el viento y la temperatura. TWINS es responsabilidad española desde el CAB (Centro de Astrobiología).

 

Imagen del instrumento de medida térmica HP3 (Crédito: DLR/Astronika)

Uno de los dos cabezales del instrumento TWINS. (Crédito: CAB/Crisa-Airbus)

 

Las órbitas terrestres y marcianas hacen que haya ventana de lanzamiento apropiada cada 26 meses. Por ello, esta oportunidad perdida llevará a, como mínimo, un notable retraso en la misión.

Jim Green, director de la Planetary Science Division, ha comparado esta difícil decisión para retrasar la misión Insight con aquella tomada en 2008 para retrasar el lanzamiento del rover Mars Science Laboratory (MSL). En aquel momento, una decisión muy difícil para NASA y que, con el tiempo, Green afirma se ha demostrado muy acertada, dado el éxito del aterrizaje y longevidad de la misión.

Como siempre, desde AstronomiaConCuchara, estaremos atentos al futuro de esta interesante misión al planeta que sigue más de moda en la exploración espacial; el rojizo Marte.

Catalina: Un cometa para estas Navidades

Estas fiestas navideñas estarán animadas, entre otros motivos, por un cometa que, con un poco de suerte, será visible a simple vista desde cielos oscuros.

En Noviembre de 2013, tuvimos la visita del cometa ISON, que, finalmente, acabó con la desintegración del mismo al pasar por las proximidades del Sol. Esperemos tener más suerte esta vez y que podamos disfrutar del cometa plenamente. Si se cumplen las previsiones y el cometa no pierde brillo, su observación desde un cielo oscuro con unos prismáticos o pequeño telescopio será muy interesante.

El cometa en cuestión se llama C/2013 US10 Catalina. Es un cometa que se descubrió en 2013 por un prolífico sistema dedicado a la monitorización de objetos cercanos a la Tierra (Near Earth Objects -NEOs-) y de cometas.

Una de las mejores imágenes del cometa Catalina del estupendo observador de cometas José Chambo

El cometa empieza a ser observable desde el hemisferio Norte en estos días aunque aún está bajo sobre el horizonte. Ahora mismo, los planetas Venus y la estrella Spica de la constelación de Virgo son una buena referencia para intentar buscar el cometa.

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Posición del cometa en la mañana del día 4 de Diciembre de 2015. Justo debajo del planeta Venus y ligeramente a la izquierda (Imagen: Stellarium)

 

Ya están tomándose las primeras imágenes del cometa en las que se pueden apreciar dos colas y algún observador ya habla de hasta tres.

Comet-Catalina-11-24-2015-Michael-Jaeger-e1448841637720Cometa Catalina fotografiado a finales del mes de Noviembre 2015 (Crédito: Michael Jaeger)

El cometa va a ir aumentando de brillo y aumentando su altura sobre el horizonte. Si no ocurre nada extraño, se espera que sea visible a simple vista desde cielo oscuro, pero con estos objetos helados nunca se sabe y pudiera ser poco compacto y perder masa más rápido de lo esperado y perder brillo e interés. Habrá que estar atentos.

La carta de búsqueda para localizar el cometa durante los meses de Diciembre y Enero es la siguiente en la que se indica día del mes y la posición del cometa.

Northern DashCarta de localización del cometa C/2013 US10 Catalina (Crédito: Sky&Telescope)

En AstronomíaConCuchara iremos contando la evolución de esta bola de hielo en su viaje al interior del Sistema Solar. A mediados de Enero de 2016 se espera el máximo de brillo sobre la magnitud 5.

Entrevista con el Investigador Principal del proyecto Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA); el Dr. José Antonio Rodríguez Manfredi

Conocí a José Antonio R. Manfredi durante el desarrollo del proyecto REMS (Rover Environmental Monitoring Station). Desde el principio, me llamó la atención su enorme ilusión por lo que íbamos a hacer; poner un instrumento capaz de medir la meteorología de otro planeta. La meteorología del planeta rojo. No era un proyecto más, era algo más allá; íbamos a poner algo diseñado por científicos e ingenieros españoles sobre la superficie de otro mundo y ese algo tenía que funcionar muy bien.

REMS lleva ya años funcionando sobre la superficie marciana y ha sido una demostración de buen hacer a este lado del océano Atlántico. Hace unos meses otro proyecto español de instrumentación planetaria ha sido el elegido por NASA/JPL para ser embarcado en Mars 2020, el próximo Rover que rodará sobre la superficie marciana la próxima década.

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Sensor de viento de REMS trabajando sobre la superficie marciana (Crédito: CAB/INTA)

El nombre del proyecto es MEDA, acrónimo de Mars Environmental Dynamics Analyzer, un instrumento diseñado también para medir diversos parámetros meteorológicos sobre la superficie de Marte. Viento, temperatura del aire y del suelo, radiación en varias bandas, etc. serán medidas por el instrumento.

MEDA es digno heredero de REMS, la estación meteorológica que ya ha cumplido tres años trabajando sobre la superficie de Marte embarcada sobre el Rover Curiosity. REMS concentró múltiples contribuciones internacionales pero fue concebida, diseñada y fabricada, fundamentalmente, en España.

El anuncio de NASA sobre los fuertes indicios de presencia de agua líquida sobre la superficie del planeta, hace más fundamental, si cabe, el enviar más robots a Marte.

 

AstronomíaConCuchara tiene el placer de entrevistar al PI (Principal Investigator) de MEDA, el Dr. José Antonio Rodríguez Manfredi.

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P. Tras el éxito de MSL, NASA/JPL quiere ir de nuevo a Marte con InSight y Mars2020. ¿Por qué éstas nuevas misiones a Marte?

R. Marte aún nos depara muchas sorpresas y mucho que aprender de él. A pesar de las más de 20 misiones exitosas enviadas (de los más de 50 intentos), todavía conocemos poco del interior del planeta, de la posibilidad de que hubiese o haya vida en él, o del origen del metano, por mencionar algunos ejemplos.

 

Las nuevas misiones que la NASA o la Agencia Espacial Europea se plantean tratan de arrojar luz sobre estas cuestiones, a la vez que intentan aprovechar y rentabilizar los avances tecnológicos logrados y los equipos humanos formados durante los últimos años.

 

La nueva misión de NASA, Mars2020, hará uso de un vehículo similar a Curiosity que llevará a bordo un nuevo conjunto de instrumentos científicos. En línea con los objetivos establecidos por el Programa de Exploración de Marte de la NASA, además de continuar la tarea de caracterizar el entorno de habitabilidad del planeta como hábitat potencial para la vida, Mars2020 también pretende probar nuevas tecnologías que resultarán clave en las futuras misiones tripuladas a Marte. Aprovechando su gran capacidad de movimiento, también irá recogiendo muestras rocosas que serán traídas a la Tierra en el marco de la futura misión Mars Sample Return.

 

P. La estación meteorológica REMS continúa trabajando de forma satisfactoria sobre la superficie de Marte tras más de tres años sometido al hostil ambiente marciano. Háganos una valoración del proyecto REMS.

R. El instrumento REMS ha sido un gran logro tanto personal como institucional, e incluso nacional. Fue la primera vez que tuvimos la oportunidad de participar y liderar un instrumento en una misión de exploración planetaria con la NASA y JPL.

 

Aunque ya teníamos una cierta experiencia trabajando con la NASA en el desarrollo de propuestas y prototipos de instrumentos, aprender y habituarnos a la dinámica de trabajo y el nivel de exigencia en proyectos de vuelo de la NASA supuso un importante reto. Gracias a la dedicación y esfuerzo del gran (en número y en valor) equipo humano se cumplió con los objetivos marcados, disponiendo y enorgulleciéndonos de tener un instrumento funcionando en Marte tras más de tres años allí (y lo que quede).

 

Durante este tiempo, el instrumento REMS ha estado funcionando casi ininterrumpidamente, a pesar del impacto que recibió durante el aterrizaje. El gran volumen de datos generados hasta la fecha supone el mayor, mejor y más exhaustivo registro de magnitudes ambientales realizadas en Marte: presión, humedad, temperaturas del aire y del suelo, radiación ultravioleta incidente y caracterización de los vientos. El análisis y la correlación de estas magnitudes entre sí y con otros datos procedentes de otros instrumentos están generando interesantes contribuciones científicas, a la vez que un mayor conocimiento sobre la atmósfera marciana, y su interacción con la superficie del planeta.

P. ¿Son muy diferentes las formas de trabajar de NASA/JPL y de los organismos de investigación e industria europeos?

 R. Sí. Hay importantes diferencias.

 La gran experiencia de JPL y NASA en misiones espaciales queda patente en los procedimientos y la forma de trabajar. Esa misma experiencia que hecho posible poner a humanos sobre la superficie de la Luna o un vehículo como Curiosity sobre la superficie de Marte se ve diariamente en cada detalle del proceso de diseño de misiones como MSL o Mars2020. La manera de trabajar permite asumir grandes retos de desarrollo (muchas veces incluso consideradas inicialmente locuras, como la del skycrane de MSL), pero siempre manteniendo los riesgos muy controlados.

P. La nueva estación meteorológica MEDA ha sido elegida para ser embarcada en el nuevo rover Mars2020. ¿Será MEDA muy distinta de la ya veterana REMS?

R. El instrumento MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) se basará, como no puede ser de otra forma, en la experiencia y lecciones aprendidas de REMS, claro. Sin embargo, aunque trataremos de maximizar la herencia de su predecesor, también queremos mejorar ese diseño: mayor capacidad y precisión en las medidas, y mayor autonomía, entre otras mejoras. Además, MEDA también incorpora un nuevo sensor para la caracterización de los aerosoles en suspensión en la atmósfera (polvo, ozono, etc.) y toma de imágenes del cielo marciano.

 

Otro aspecto importante es que el instrumento MEDA tratará de minimizar el efecto de las perturbaciones ocasionadas por el propio rover sobre las medidas. El vehículo, su geometría y su gran volumen, y su fuente de energía suponen una importante perturbación a unos sensores que pretenden caracterizar el entorno ambiental. Por ejemplo, una “gran mole” de más de 2 metros de alta perturba los patrones de los vientos circundantes, mientras que un generador de electricidad que alcanza temperaturas por encima de los 120ºC (recordemos que la temperatura media Marciana alrededor de Curiosity puede rondar los -55ºC) también perturba la temperatura local.

P. ¿Qué supondrá MEDA para la comunidad científica española y para el Centro de Astrobiología (CAB) en particular?

R. Con la participación en Mars2020 con MEDA, el Centro de Astrobiología afianza su posición en el desarrollo y explotación de instrumentación para la caracterización ambiental (fundamentalmente de Marte). Tras REMS en la misión Mars Science Laboratory, también estamos participando en la misión InSight (también de NASA) con el instrumento TWINS (Temperatures and Winds for INSight), y ahora con MEDA en Mars2020. A pesar de la dureza de estos años atrás, es un enorme logro el estar ahí y gozar de la confianza de NASA y JPL. Como antes decía, esto ha sido posible gracias al continuo y gran esfuerzo de mucha gente y de nuestras instituciones, que han visto en este campo de investigación, desarrollo e innovación una sólida línea de futuro.

 

Los sensores de viento embarcados en Insight. La sonda que aterrizará en Marte en verano 2016 (NASA/JPL)

El desarrollo de MEDA combina la gran experiencia técnica de los equipos e instituciones participantes, y una importante fracción de la comunidad científica atmosférica española, así como otros socios internacionales. En este esfuerzo, se unen al CAB, CRISA (grupo Airbus), INTA, la Universidad del País Vasco, la Universidad de Alcalá, el Instituto de Química-Física Rocasolano (CSIC), la Universidad Politécnica de Cataluña y la Universidad de Sevilla-Instituto de Microelectrónica de Sevilla como socios españoles, la Universidad de Padua en Italia, el Instituto de Meteorología Finés y, como socios norteamericanos, el Jet Propulsion Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center, John Hopkins Applied Physics Lab., la Universidad de Texas A&M, Ashima Research y la Universidad de Michigan.

 

Con los datos que MEDA genere, la comunidad científica ‘marciana’ española e internacional participante, y más tarde, toda la comunidad científica ‘marciana’ en general (no debe olvidarse que todos los datos recogidos por la misión pasan a ser totalmente públicos tras unos meses de análisis y verificaciones) incrementará su nivel de conocimiento sobre la atmósfera, la meteorología y el clima marcianos, las relaciones e interacciones entre la atmósfera y la superficie (necesarios para entender los procesos geológicos), y una adecuada interpretación de las condiciones de habitabilidad (también relevante para futuras misiones tripuladas) y los procesos fotoquímicos y físicos de transferencia radiativa.

 

P. La hoja de ruta de la exploración marciana parece ser: Exploración robótica/Retorno de muestras/Viaje tripulado. ¿Aún no tenemos madurez tecnológica para el retorno de muestras?

 

R. En líneas generales, sí, esa es la hoja de ruta.

El no haber mandado aún una misión de retorno de muestras se debe a varios factores importantes. Por resumir algunos:

 

  • Por un lado, para que una misión así sea rentable científicamente hablando, sería deseable que trajera de vuelta a la Tierra una gran variedad de muestras, recogidas de diversos y distintos entornos marcianos. Esto implica que el vehículo que recoja las muestras debería tener la capacidad de recorrer importantes distancias (decenas o centenas de km, como mínimo) y poder recoger muestras de distinta naturaleza.

  • Las muestras recogidas deben ser almacenadas convenientemente, y que no sean contaminadas ni en el momento de ser recogidas, ni en el retorno, ni en su llegada a la Tierra.

  • El sistema que deba traerlas de vuelta debe tener la energía suficiente como para alcanzar la velocidad de escape marciana, e iniciar el viaje de vuelta a la Tierra, lo que implica un gran volumen de combustible.

 

Hoy por hoy, todos esos puntos pueden ser resueltos independientemente los unos de los otros con la tecnología actual: un rover tipo Curiosity puede tener suficiente capacidad de movimiento, se pueden hacer recipientes para muestras que las conserven de forma inalterada, y se podría llevar desde la Tierra suficiente combustible para poder realizar el camino de vuelta. Sin embargo, si todas estas soluciones se combinaran en una misma misión de retorno de muestra, resultaría una misión muy pesada, muy arriesgada y con un muy elevado coste asociado.

 

NASA se plantea dejar muestras del suelo marciano preparadas ya por Mars 2020. Estas muestras serían recogidas por una misión posterior (sin fecha aún definida) que las traería a la Tierra (Crédito: http://www.nature.com)

Ante una situación como la descrita, el enfoque estratégico actual de la NASA consiste en: una misión previa (Mars2020) recoge las muestras y las almacena en receptáculos especiales. Aprovecha su gran capacidad de movimiento para coger muestras singulares de distintos entornos. Además, prueba y valida ciertas tecnologías esenciales para extraer el combustible necesario para el retorno de la propia atmósfera marciana. Los receptáculos podrían quedar agrupados y liberados en la superficie, mientras el rover continua buscando otras muestras de interés (esas muestras serían analizadas convenientemente con la instrumentación de precisión que el rover lleve a bordo).

 

La futura misión de retorno de muestras “sólo” necesitaría aterrizar cerca de donde Mars2020 hubiese depositado las muestras, para lo que un sistema con una mínima capacidad de desplazamiento podría servir. Tendría que recoger las muestras, extraer el combustible necesario de la atmósfera marciana (usando la tecnología ya probada in situ por Mars2020 –instrumento MOXIE-), e iniciar el camino de vuelta.

 

En resumen, la estrategia actual pretende distribuir la complejidad y costes de una misión de esa naturaleza a lo largo de varias misiones y varios años, reduciéndose así el coste asociado, y maximizando el retorno científico del programa.

P. En un momento de crudeza económica como el actual, muchos critican las inversiones en proyectos espaciales. ¿Qué les diría?

R. En momentos así, no sólo la inversión en proyectos espaciales es criticada. La propia investigación base es también puesta en entredicho.

 

Indudablemente, en estos momentos hay mucha gente pasando dificultades, pero si se mira de manera comparativa con otras actividades que requieren inversión pública, los presupuestos que se manejan en espacio son verdaderamente ridículos. En otras palabras, si valoramos el retorno tanto tecnológico como científico que luego tiene una aplicación directa en la sociedad (por poner algunos ejemplos: telefonía móvil, estructuras más robustas para nuestros coches o motos, o nuevos tejidos) así como la creación de un tejido industrial cualificado y competitivo, y éstos lo comparamos con los presupuestos que se manejan, claramente resultaría una actividad altamente rentable en términos globales. La investigación es siempre una buena inversión de futuro.

P. Si dispusiese de un presupuesto ilimitado ¿Qué instrumento pondría en Marte?

R. El mejor y más completo “instrumento” que podría a Marte es un experto astronauta, o mejor, un equipo de expertos astronautas-científicos. El elevado riesgo de las misiones tripuladas podría reducirse, en buena parte, con fondos suficientes.

Por último, ¿sería tan amable de elegir su fotografía preferida de las obtenidas por MSL para ilustrar esta entrevista?

 

Si me lo permitís, me quedo con dos: la primera que envió, todavía con la lente cubierta de polvo, y que evidenciaba que habíamos llegado sanos y salvos a la superficie; la segunda es la que no se pudo tomar, pero que hubiese sido digna de ser una de las mejores y más impresionantes: esos 6.6 minutos en los que pasó de ir a más de 20000 Km/h a ser depositado suavemente sobre la superficie. Me hubiese gustado ver esa imagen, desde una cierta distancia, de cómo un vehículo de casi 1 tonelada, suspendido en la atmósfera marciana, era depositado sobre la superficie.

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 Pues ahí va la imagen que nos pedía nuestro entrevistado…

curiosity_first_imagePrimera imagen recibida en Tierra después de que Curiosity se

posase sobre la superficie marciana (crédito: NASA/JPL)

 

y sobre esa imagen que no podemos tener cuando la nave cruza la delgada atmósfera marciana y se posa sobre Marte, disfrutemos, al menos, del vídeo que preparó NASA/JPL para poner de manifiesto lo arriesgado de la operación, el ya famoso “7 minutos de terror”

curiosity_seven_minutes

Recreación artística de la reentrada de la nave en la atmósfera marciana (crédito: NASA/JPL)

AstronomíaConCuchara quiere agradecer la amabilidad de José Antonio Rodríguez Manfredi por esta entrevista. ¡Suerte con MEDA!