Recolectando el pasado un grano a la vez

La estación interplanetaria automática Hayabusa-2 llegó a su destino

El miércoles 27 de junio, la estación interplanetaria automática Hayabusa-2, luego de un viaje espacial de cuatro años, llegó finalmente a su objetivo: el asteroide 162173 Ryugu. El próximo año y medio, la sonda pasará en las cercanías de este asteroide, estudiándolo tanto desde la órbita, como con la ayuda del módulo de descenso. Se supone que la estación tomará muestras del suelo, que en cinco años será entregado a la Tierra en una cápsula sellada. Los editores N+1 decidieron entender qué ocurriría durante la etapa principal de la misión y por qué el pequeño y poco atractivo cuerpo celeste en órbita entre la Tierra y Marte interesó a los científicos.

¿Cómo nació el Sistema Solar? ¿Cómo se originó la vida en él? Estas dos preguntas han sido de gran interés para los científicos. En la última década, nuestras ideas sobre la formación y evolución de los sistemas planetarios se han enriquecido enormemente al observar otros sistemas estelares, ambos ya formados y recién nacidos. Sin embargo, además de los procesos físicos, que comprenden modelos que se basan en datos observables, los investigadores están interesados ​​en la "química": cuál sería la composición de los planetas y sus atmósferas y cómo la formación del planeta depende del lugar,  la edad y la composición de su estrella.

En el caso de nuestro sistema planetario, una comprensión de los procesos químicos puede ayudar a responder la pregunta de cómo se formaron nuestra Tierra y otros planetas, y de dónde surgieron los "materiales de construcción" para la aparición de la vida, como el agua y la materia orgánica.

Química Cósmica

La "química" de los sistemas planetarios puede estudiarse de forma diferente, de forma remota, mediante análisis espectroscópico de la luz radiada o absorbida por las atmósferas o superficies de planetas o discos protoplanetarios, o estudiando la materia que queda después de la formación de los planetas. Es muy difícil encontrarla, especialmente en su forma original (es decir, no sometida a procesos de diferenciación, calentamiento fuerte y cambios en la composición química) en el Sistema Solar moderno debido a que ha pasado demasiado tiempo desde su formación. Sin embargo, es posible: las partículas de la nebulosa protosolar pueden encontrarse en los llamados cuerpos "primitivos": pequeños asteroides o cometas formados en las afueras del sistema solar, así como en meteoritos como las condritas que caen sobre la Tierra.

Desde el punto de vista de la química, la composición elemental de dichos meteoritos está cerca de la composición del Sol, y la edad se estima en más de 4.500 millones de años, lo que corresponde casi a la edad de nuestro sistema planetario. Sin embargo, estos cuerpos celestes corren el peligro de contaminación en la Tierra (además de un fuerte calentamiento durante el vuelo a través de la atmósfera puede afectar negativamente a la composición). En cuanto a la composición de los pequeños cuerpos del sistema solar, su estudio con la ayuda de medios a bordo de estaciones interplanetarias no siempre ayuda a revelar completamente todos los enigmas de la "química" de los sistemas planetarios. Por lo tanto, los investigadores están interesados ​​en la posibilidad de trabajar con la materia directamente liberada de los asteroides y los cometas… pero acá en la Tierra.


Extracción del contenedor de la cápsula de la misión "Stardust", con un aerogel que contiene partículas de cometa de un cometa 81P
NASA

Este es el objetivo principal de la misión Hayabusa-2: traer a la tierra muestras científicas del suelo de un asteroide clase C, los cuales están considerados como uno de los cuerpos más antiguos del Sistema Solar y una fuente de meteoritos como las condritas carbonáceas. No dijimos de casualidad "lo principal"; porque de hecho, Hayabusa tiene dos misiones. Además de la investigación científica, los investigadores japoneses también están interesados ​​en la tarea puramente práctica de desarrollar la tecnología de retorno de misión y las tecnologías necesarias para el desarrollo de una industrial espacial en asteroides del sistema solar,  y que pueda permitir vuelos tripulados al espacio exterior.

La meta

Para aprender más sobre el origen y la evolución del sistema solar, es necesario investigar diferentes tipos de asteroides y luego realizar su análisis comparativo. El predecesor Hayabusa-2 fue la misión de Hayabusa (o MUSES-C) y funcionó entre el 2003 y el 2010, exploró el asteroide cercano a la Tierra de la Clase S de Itokawa (25143) y por primera vez en la historia entregó con éxito una muestra de su suelo a la Tierra. Hayabusa logró esta hazaña a pesar de los contratiempos como la falla de uno de sus motores iónicos y de dos de sus cuatro volantes del sistema de orientación que impidieron que el módulo de descenso aterrizara en la superficie del asteroide. Para solucionar este problema, la sonda saltó un par de veces sobre Itokawa y voló de regreso al espacio. Aun así, Hayabusa cumplió su tarea, y los ingenieros recibieron una experiencia dura pero necesaria.


Fotografías del asteroide Itokawa recibidas por la estación interplanetaria "Hayabusa".
JAXA


Imagen electrónica de una partícula de tierra del asteroide Itokawa, entregada a la Tierra por la estación Hayabusa.
Eizo Nakamura

Sin embargo, existe un tipo de asteroides aún más antiguo, extenso e interesante: la clase C, que se caracteriza por un mayor contenido de minerales hidratados o que contienen carbono y puede contener sustancias intactas de la nebulosa protosolar. Por eso el asteroide Ryugu (162173) que tiene una clase similar, fue elegido como el objetivo. Se abrió como parte del proyecto LINEAR en mayo de 1999 y es parte de un grupo de asteroides cercanos a la Tierra. Su órbita tiene una forma alargada y cruza las órbitas de la Tierra y Marte, y el diámetro se estima en alrededor de 900 metros.

Las observaciones de radar mostraron que la forma del asteroide 162173 Rjugu es casi esférica, y el albedo de la superficie es muy bajo. La órbita del asteroide era adecuada para permitir que la nave espacial la visite y luego regrese a la Tierra, que fue el segundo criterio decisivo para elegir el objetivo para Hayabusa-2.

El plan

El viaje al asteroide Ryugu comenzó el 3 de diciembre de 2014, cuando se lanzó el vehículo H-IIA fue lanzado desde el sitio de lanzamiento de Tanegashima. En total, Hayabusa-2 voló 3,2 mil millones de kilómetros, aunque el encuentro con el asteroide ocurrió a solo 280 millones de kilómetros de la Tierra.

Una trayectoria tan larga se explica porque el dispositivo tuvo que dar tres órbitas alrededor del Sol con el fin de realizar una maniobra gravitacional cerca de la Tierra en 2015 y por tres períodos de ajuste de velocidad con la ayuda de sus motores iónicos con el fin de alcanzar al asteroide y entrar en órbita alrededor de él. A principios de junio de 2018, a tres mil kilómetros de Ryugu, la estación desconectó su sistema de propulsión y comenzó la fase de aproximación al asteroide, que incluyó la obtención de datos de navegación y nueve correcciones de trayectoria.

Trayectoria "Hayabusa-2" durante el vuelo al asteroide Ryugu
JAXA

Cuando Hayabusa-2 se acercó al asteroide durante 2100 kilómetros, se inició una minuciosa búsqueda de posibles pequeños satélites de Ryugu, una tarea importante no tanto para la ciencia como para la seguridad del aparato. Debido al pequeño tamaño del Ryugu, su esfera de Hill (el área sobre la cual se extiende su influencia gravitatoria) se extiende a una distancia de hasta 90 kilómetros. No se encontraron satélites, pero la presencia de cuerpos con un diámetro de menos de 50 centímetros no está excluida, por lo que la búsqueda en el futuro puede repetirse.

Cuanto más se acercaba la estación al asteroide, más crecía el interés del equipo de ingenieros y científicos. Las primeras imágenes bastante claras mostraron que las estimaciones del diámetro del Ryugu (unos 900 metros) y el período de su rotación alrededor de su eje (7,5 horas), realizadas sobre la base de observaciones terrestres, demostraron ser correctas. Las estimaciones de la forma en que la estación se acercaba a Ryugu cambiaban constantemente: al principio, el asteroide parecía un Dango japonés, luego a un cubo y finalmente un cristal de fluorita. Junto con la forma, los detalles de la superficie se hicieron más visibles: grandes cráteres (el más grande tiene un diámetro de aproximadamente 200 metros) y depresiones, grupos de rocas en la superficie, el borde ecuatorial y un acantilado de 150 metros en el polo norte del asteroide. Resultó que la roca en el poste y la cresta ecuatorial se ven mucho más brillantes que la superficie circundante, lo que puede indicar las diferencias en la composición mineral.


Una fotografía del asteroide Ryugu obtenida por la cámara de a bordo ONC-T "Hayabusa-2" el 26 de junio de 2018, desde una distancia de 22 kilómetros.
JAXA

Todo esto atestigua el hecho de que Ryugu pasó un camino evolutivo complejo y podría haberse formado cuando se destruyó un objeto más grande. El eje de rotación del asteroide es casi perpendicular al plano de la eclíptica, y la dirección de su rotación tiene un carácter retrógrado, es decir, opuesto a la dirección de rotación de la mayoría de los planetas y el Sol en nuestro sistema (excepto Venus y Urano, que también rotan "en la dirección incorrecta").Ahora la estación se encuentra en una órbita estable de 20 kilómetros alrededor del asteroide, y todos los sistemas están funcionando en modo normal. La señal hacia la Tierra llega en 15 minutos. El resto del verano "Hayabusa-2" se dedicará al estudio de Ryugu y su campo gravitacional desde la órbita, acercándose al asteroide a una distancia de un kilómetro. A principios de octubre, se planea aterrizar el vehículo MASCOT y uno o más de los módulos de aterrizaje de MINERVA-II, luego, a fin de año, habrá un período de silencio de radio durante el cual el sol interferirá con la comunicación con la estación.

En enero de 2019 se reanudará el trabajo de la estación, en el que se planea llevar a cabo varios encuentros más con Ryuga, así como disparar en su superficie un dispositivo especial, a través del cual los investigadores podrán tomar una muestra de la capa subsuperficial del asteroide.

En noviembre-diciembre de 2019, la estación se ubicará en el curso inverso a la Tierra y arrojará la cápsula con la muestra del asteroide a la atmósfera terrestre en diciembre de 2020.

Las herramientas

El arsenal científico con el que el aparato estudiará un asteroide es bastante extenso. Incluye un sistema óptico ONC (cámara de navegación óptica), que consiste en una cámara con un lente de enfoque largo y dos de enfoque corto, lo que le permite recibir imágenes de navegación que ayudan a la orientación correcta del aparato y la corrección de su trayectoria, así como imágenes de la superficie del asteroide. Otra estación está equipada con una cámara infrarroja TIR (cámara infrarroja térmica), diseñada para determinar la temperatura superficial del asteroide en diversas áreas y su inercia térmica. Una gran diferencia en las temperaturas de la superficie en las áreas iluminadas y nocturnas indicará un suelo más suelto o finamente disperso.

La carga útil también incluye un espectrómetro infrarrojo NIRS3 (espectrómetro infrarrojo cercano) diseñado para buscar hielo de agua y determinar la composición química de la superficie de Ryugu, así como un altímetro láser y cuatro módulos de descenso: MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) y tres pequeños MINERVA-II, que se dejarán caer desde el lado del orbitador durante el acercamiento con el asteroide. Todos están diseñados para estudiar las propiedades físicas y químicas de la superficie.

El suelo se tomará usando varias herramientas de la siguiente manera. Al principio, Hayabusa-2 se acercará a la superficie del asteroide y disparará a la altura de 500 metros un penetrador SCI (Small Carry-on Impactor), que consiste en un proyectil de cobre que pesa 2,5 kilogramos y una carga explosiva de 4,5 kilogramos. Se supone que el proyectil golpeará la superficie de Ryugu a una velocidad de dos kilómetros por segundo, la explosión será observada por la cámara DCAM3. El cráter de impacto se convertirá en un lugar para el trabajo científico adicional del orbitador, que primero explorará las capas subsuperficiales expuestas de forma remota, y luego se acercará y utilizará un dispositivo especial para tomar una muestra de suelo del cráter. Luego, la muestra se colocará en la cápsula que será devuelta a la Tierra. El lugar de descarga del penetrador, así como los lugares donde se soltaron los módulos, aún no se ha determinado, esto será objeto de nuevas discusiones entre el equipo de la misión.


La estructura del dispositivo de muestreo de suelos (a) y el penetrador (b) "Hayabusa-2"
JAXA

"Hayabusa-2" no es el primero ni el último proyecto para estudiar el suelo de los pequeños cuerpos del Sistema Solar. En julio de 2005, un bombardeo de la superficie del cometa 9P/Tempel fue llevado a cabo por la nave espacial Deep Impact, sin embargo, el suelo no fue tomado y todas las observaciones fueron remotas. En 2006, la cápsula de descenso de la estación interplanetaria "Stardust" regresó a la Tierra, que transportaba las partículas de coma del cometa 81P/Wild, encerrado en un aerogel. Y el próximo año, la nave espacial OSIRIS-REx debería alcanzar el asteroide Bennu y obtener una muestra de su suelo, que entregará a la Tierra el 2023.

 

Alexander Voityuk

Traducido por Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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