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ASTRONOMÍA. Cuenta atrás hacia Marte: tres misiones simultáneas al planeta rojo

 

El rover estadounidense Perseverance aterrizará en el cráter Jezero de Marte (rodeado por un círculo amarillo). Fuente: Emily Lakdawalla / ISRO / ISSDC

Tras dos años de espera para una misión a Marte, un trío de naciones, Estados Unidos, China y los Emiratos Árabes Unidos (EAU), han enviado al mismo tiempo emisarios robóticos al planeta rojo, con la esperanza de comenzar nuevos capítulos de exploración allí.

Cada misión es pionera por derecho propio. Estados Unidos está enviando su quinto rover, el más capaz de la NASA, con la esperanza de encontrar evidencia de vida pasada en Marte y recolectar un conjunto de rocas que algún día serán las primeras muestras que regresen a la Tierra. China tiene como objetivo aprovechar sus éxitos de exploración lunar llevando uno de sus rovers a Marte por primera vez. Y los EAU han lanzado un orbitador, la primera misión interplanetaria de cualquier nación árabe, como prueba de su joven pero ambiciosa agencia espacial.

Está lejos de ser un hecho que todas estas misiones lo logren; Marte es conocido por ser un cementerio de naves espaciales fallidas. Pero si lo hacen, reescribirán sustancialmente la comprensión científica del planeta. Los dos rovers se dirigen a partes de Marte que nunca han sido exploradas (ver 'Sitios de aterrizaje'), y el orbitador de los Emiratos Árabes Unidos rastreará la cambiante atmósfera marciana.

Sitios de aterrizaje, compilados por E. Lakdawalla / Planetary Society; Mapa base de Marte, Servicio Geológico de Estados Unidos

Los equipos detrás de las misiones han logrado mantener sus proyectos en marcha a pesar de la pandemia del coronavirus que ha descarrilado tantos otros planes, incluida una misión europea-rusa a Marte que se ha retrasado dos añosCuando las tres naves alcancen el planeta rojo, darán a los residentes de la Tierra una oportunidad, aunque sea brevemente, de mirar hacia arriba y más allá de los problemas en casa.

La búsqueda de rocas de la NASA

La NASA espera que su misión a Marte, un rover de seis ruedas y tres metros de largo llamado Perseverance, sea el comienzo de un viaje mucho más grande. Si todo sale según lo planeado, Perseverance extraerá y almacenará muestras de rocas marcianas que una futura misión recogerá y traerá de regreso a la Tierra, posiblemente en 2031. Sería la primera muestra que regrese de Marte.


Eso significa que hay mucho en juego con la Perseverance. Los cuatro vehículos exploradores de Marte anteriores de la NASA: el Sojourner de 1997; Spirit and Opportunity de 2004 Curiosity de 2012 : todo giraba en torno a la exploración. Los controladores de la misión podrían tomarse su tiempo conduciendo esas máquinas, acercándolas sigilosamente a rocas de aspecto interesante o haciéndolas pasar por vastas llanuras. Pero Perseverance llegará a Marte con la tarea de identificar y recolectar una amplia gama de rocas que representan la historia geológica del área. Y se supone que cumplirá esa misión en un año de Marte, casi dos años terrestres. Lo que sea que recoja el rover ayudará a dar forma al curso de la ciencia de Marte en las próximas décadas.

Lo más significativo es que la Perseverance representa la mejor oportunidad que tienen los científicos de saber si alguna vez surgió vida en el planeta rojo. Si recolecta los tipos correctos de roca, entonces los científicos de los laboratorios de la Tierra podrían desentrañar firmas de vida marciana (ver 'Búsqueda de vida' '').

Búsqueda de vida a cargo de la Perseverance (NASA)

La Perseverance hará esto con un conjunto de instrumentos científicos para hurgar y sondear la superficie y la atmósfera marcianas. Es un rover de aspecto familiar, básicamente una copia del rover Curiosity que ha estado explorando el cráter Gale durante los últimos ocho años. El objetivo de la NASA era ahorrar dinero utilizando el mismo diseño con algunos ajustes, como agregar un sistema para almacenar muestras y actualizar las ruedas. 

A pesar de su objetivo de reducir costos, el precio de la misión ha aumentado a 2.700 millones de dólares, casi 360 millones por encima del presupuesto, debido a problemas para desarrollar algunos de los instrumentos.

El rover lleva versiones avanzadas de algunos de los sensores de Curiosity, incluido un analizador químico que dispara a las rocas con un láser para identificar los átomos y moléculas de los que están hechos, y un sistema de cámara de mirada aguda que puede hacer zoom en áreas de interés para producir imágenes en 3D. Perseverance también tiene un experimento que intentará producir oxígeno a partir de la atmósfera rica en dióxido de carbono de Marte, como una prueba de apoyo a futuros exploradores humanos. El rover tiene espectrómetros de rayos X y ultravioleta para analizar la mineralogía en detalle y, como más novedoso, micrófonos para escuchar los sonidos marcianos, además de un helicóptero achaparrado con energía solar.

El rover Perseverance lleva un helicóptero propulsado por energía solar conectado a su vientre. Fuente: NASA / JPL-Caltech

Luego está el sistema de muestreo, que los ingenieros diseñaron desde cero. La Perseverance lleva 43 tubos en su vientre. Cuando se encuentra con una roca que los científicos de la misión quieren muestrear, el rover extenderá su brazo robótico de 2,1 metros de largo y perforará una muestra del tamaño de una linterna: 60 milímetros de largo y 13 milímetros de ancho (ver 'El robot geólogo' ). La muestra entra en un tubo y se sella. Eventualmente, una vez que Perseverance haya llenado al menos 20 de sus tubos, los almacenará en la superficie de Marte hasta que algún robot futuro, aún por financiar, llegue para recuperarlos. Actualmente, la NASA planea trabajar con la Agencia Espacial Europea (ESA) para lanzar una misión en 2026 que devolvería las rocas a la Tierra en 2031.

El robot geólogo de la Perseverance (NASA)

La Perseverance aterrizará en el cráter Jezero de 45 kilómetros de ancho , justo al norte del ecuador marciano y en un lugar que alguna vez fue el hogar de un lago y un delta de un río. Ese antiguo delta ofrece una rica variedad de paisajes geológicos, donde Perseverance podría recolectar muchas muestras que podrían contener signos de vida pasada. Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California, que construyó la nave, ya han trazado varias rutas que podría tomar alrededor del delta, cubriendo del orden de 15 kilómetros, primero recorriendo la región para inspeccionar el paisaje y luego regresar para recolectar muestras.

Perseverance explorará un antiguo delta de un río donde el agua fluyó una vez sobre la superficie de Marte. Fuente: NASA / JPL / JHUAPL / MSSS / Brown University

Perseverance está programado para aterrizar en Marte el 18 de febrero de 2021.

Debut de China en Marte

China tiene planes ambiciosos para su primera exploración de MarteUn orbitador, un módulo de aterrizaje y un rover con 13 instrumentos científicos se lanzarán desde una isla en el sur de China a fines de julio. La misión, llamada Tianwen-1, que significa "búsqueda de la verdad celestial", será la sonda más profunda de China en el espacio. Cuando llegue en febrero de 2021, la misión tendrá como objetivo realizar un estudio exhaustivo de la atmósfera del planeta, las estructuras internas y el entorno de la superficie, incluida la búsqueda de la presencia de agua y signos de vida.

Un intento anterior de China de enviar un orbitador a Marte, a bordo de una nave espacial rusa en 2011, terminó con la desaparición de las sondas. Pero después de esa derrota, China ha acumulado una serie de victorias en el espacio. En 2013, se convirtió en el tercer país en aterrizar una nave espacial en la Luna. Y el año pasado, un módulo de aterrizaje chino aterrizó en el lado opuesto de la Luna, el primero de cualquier país en hacerlo. En mayo, China puso a prueba con éxito una nave espacial que trasladará a la tripulación a la nueva estación espacial china, que se espera esté terminada en 2022.


Pero el proyecto Mars está en una liga diferente a las misiones espaciales anteriores de China, dijeron investigadores de la Academia de Tecnología Espacial de China en Beijing en un artículo de 2017 ( PJ Ye et al . Sci. China Technol. Sci . 60 , 649–657; 2017 ). El viaje a Marte es 1.000 veces más largo que el de la Luna, y el planeta tiene el doble de gravedad superficial, atmósfera y está plagado de rocas densas, lo que hace que el esfuerzo sea mucho más arriesgado.

El gobierno chino ha sido cauto sobre la misión: la mayor parte de la información pública proviene de artículos publicados e informes de los medios estatales, que omiten detalles clave sobre su presupuesto y dónde aterrizará la sonda en el planeta. Los científicos involucrados en la misión han rechazado las solicitudes de entrevistas. 

Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, supervisan las pruebas del sistema de recolección de muestras de Perseverance. Fuente: NASA / JPL-Caltech

Si todo sale según lo planeado, Tianwen-1 será la primera misión en estudiar con éxito el planeta rojo con un orbitador, módulo de aterrizaje y rover (ver 'Misiones históricas a Marte'). Una vez que la nave combinada llegue a Marte, el orbitador hexagonal lanzará el módulo de aterrizaje y el rover, protegidos por un cono esférico, a la atmósfera marciana. El equipo chino ha identificado dos posibles áreas de aterrizaje al norte del ecuador en las llanuras de Utopia Planitia.

La sonda se lanzará en paracaídas y luego flotará hasta el suelo, colocándose en las cuatro patas del módulo de aterrizaje circular. El rover, que pesa unos 200 kilogramos, extenderá sus paneles solares, bajará por una rampa y comenzará a explorar de forma autónoma sus alrededores durante el resto de su vida útil de alrededor de 90 días marcianos, cada uno de los cuales dura 24 horas y 37 minutos. Durante la misión del rover, el orbitador actuará como enlace de comunicación y luego se moverá a una órbita más cercana para inspeccionar el planeta durante todo un año marciano.

El equipo chino ha equipado el orbitador con siete instrumentos y el rover con seis. El radar subterráneo del orbitador puede mirar a 100 metros de profundidad para mapear estructuras geológicas y buscar agua y hielo. Las cámaras de resolución media y alta recopilarán imágenes de características como dunas, glaciares y volcanes, proporcionando pistas sobre cómo se formaron. Tanto el orbitador como el rover llevarán espectrómetros para estudiar la composición del suelo y las rocas, buscando especialmente evidencia de cómo el agua ha alterado las características geológicas. El equipo también planea recopilar datos atmosféricos sobre temperatura, presión del aire, velocidad y dirección del viento, así como estudiar los campos magnéticos y gravitacionales en Marte.

Misiones históricas a Marte

Se han enviado instrumentos similares en misiones anteriores a Marte, por lo que los datos generados a partir de Tianwen-1 podrían informar la comprensión de los investigadores sobre ubicaciones no cubiertas por las observaciones existentes. La exploración valdrá la pena si los instrumentos chinos funcionan, producen datos y los datos se comparten a nivel internacional dentro del archivo público gratuito de datos de geociencias recopilados de muchas exploraciones planetarias anteriores que es administrado por la NASA.

Dmitrij Titov, científico del proyecto del orbitador Mars Express de la ESA, que se lanzó en 2003, dice que el orbitador chino podría sobrevivir a algunos de los veteranos que podrían estar acercándose al final de su vida, incluidos Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA y Mars Atmosphere and Vollatile, el orbitador de evolución conocido como MAVEN. El monitoreo continuo del planeta beneficiará a la comunidad en un momento en que muchas otras agencias espaciales estarán ocupadas construyendo misiones de devolución de muestras, dice Titov. De hecho, China tiene sus propios planes para recolectar y traer muestras de Marte para 2030.

La esperanza interplanetaria de los EAU

Los Emiratos Árabes Unidos tenían grandes sueños cuando decidió disparar a Marte con su primera sonda para ir más allá de la órbita terrestre. Así que eligió el nombre 'Hope' para el orbitador. 

Si tiene éxito, la misión Emirates Mars Mission (EMM) no solo marcará la primera aventura interplanetaria de cualquier nación árabe, sino que también producirá el primer mapa meteorológico global de Marte. Aunque las sondas anteriores crearon una imagen de la atmósfera del planeta a partir de órbitas que les permitieron monitorear cada parte del planeta en momentos limitados del día, la enorme órbita elíptica de Hope permitirá al orbitador observar grandes trozos de Marte tanto de día como de noche. condiciones de tiempo, cubriendo casi todo el planeta en cada órbita de 55 horas. 

"Podremos cubrir todo Marte, en cualquier momento del día, durante todo un año marciano", dice Sarah Al Amiri, directora científica del proyecto y ministra de ciencias avanzadas del país. La cámara de luz visible y el espectrómetro infrarrojo de la sonda estudiarán las nubes marcianas y las tormentas de polvo en la atmósfera inferior. Su espectrómetro ultravioleta controlará los gases en la atmósfera superior. "Esta es la primera misión que dará una imagen global de la dinámica de la atmósfera de Marte", dice Hessa Al Matroushi, miembro del equipo científico de EMM.

Adaptado de ESA / https://go.nature.com/2zdwjka

Durante su misión de dos años, Hope hará un seguimiento de las variaciones climáticas diarias y los cambios de estación. Además de ayudar a prepararse para futuras misiones humanas, debería revelar cómo las condiciones atmosféricas hacen que el hidrógeno y el oxígeno escapen al espacio. Esto podría ayudar a los científicos a comprender el clima de Marte y cómo perdió su atmósfera que alguna vez fue espesa. El equipo trabajó con colaboradores internacionales para llegar a sus objetivos científicos, y los datos estarán disponibles para la comunidad internacional sin un período de embargo, dice Al Amiri. "Los emiratíes estaban muy interesados ​​en hacer de esto no solo un demostrador de tecnología, sino que contribuyera a la comprensión científica de Marte", dice Richard Zurek, científico en jefe de la Oficina del Programa de Marte en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

Una nave espacial interplanetaria fue un salto significativo en la capacidad de los Emiratos Árabes Unidos, que contrató a ingenieros experimentados de misiones anteriores de la NASA, principalmente en la Universidad de Colorado Boulder. La asociación tiene el objetivo explícito de transferir conocimientos técnicos al equipo del Centro Espacial Mohammed Bin Rashid, con quien los ingenieros trabajaron en cada elemento de la misión. "La realidad es que somos un país joven y no podríamos hacer nada de lo que hicimos sin socios y colaboración internacional", dice Ahmad Belhoul, ministro de educación superior y presidente de la Agencia Espacial de los EAU.

Inusualmente para un proyecto interplanetario, la idea de la misión no provino de científicos sino del propio gobierno, y con una fecha límite no negociable del 2 de diciembre de 2021, el 50 aniversario del país. La elección de una tarea tan audaz fue diseñada no solo para inspirar a los jóvenes de la región, sino también para impulsar el movimiento de los Emiratos Árabes Unidos hacia una economía basada en el conocimiento, dice Omran Sharaf, director de proyectos de EMM.

Y la misión ya está teniendo un impacto, con universidades que ofrecen cinco nuevos cursos de pregrado en ciencias puras y un creciente entusiasmo por el espacio entre los niños emiratíes. 


Descarga la infografía completa. Fuente: Nature

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