Obsrvando la destrucción de la sonda Cassini desde la Tierra

El próximo 15 de septiembre de 2017 la sonda Cassini de la NASA, una de las misiones más fructíferas jamás lanzada por la agencia espacial estadounidense, se destruirá en la atmósfera de Saturno. Será el culmen del Gran Final de Cassini, pero lamentablemente nadie podrá contemplar los últimos momentos de esta veterana y exitosa sonda (aunque daremos buena cuenta del asunto en Naukas Bilbao 2017). ¿O quizás sí? En principio la mera proposición de la pregunta puede parecer una locura. ¿Cómo vamos a ver la destrucción de una diminuta sonda a 1.500 millones de kilómetros? Pero el asunto tiene más miga de lo que parece.

Cassini realizará un sobrevuelo lejano de Titán tres días antes del fin para ajustar su órbita gracias a la gravedad de la mayor luna de Saturno y garantizar que el periapsis —el punto más cercano al planeta— de la órbita quede dentro del planeta. La nave comenzará a sentir el rozamiento con la atmósfera y usará sus propulsores al 10% de empuje para compensarlo y mantener así la antena de alta ganancia apuntada hacia la Tierra transmitiendo datos —pero no imágenes— a 27 kilobits por segundo. Obviamente llegará un momento en que ni siquiera los propulsores funcionando al máximo de su empuje lograrán mantener la sonda estable y esta comenzará a dar tumbos, momento en el que se perderá el contacto con la sonda. Cassini se desintegrará poco después debido a las fuerzas aerodinámicas y a las altas temperaturas (recordemos que no lleva un escudo térmico). Apenas diez segundos tras la pérdida de control la temperatura de la estructura de Cassini será lo suficientemente alta como para que alcance la incandescencia.

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Cassini durante las órbitas del Gran Final (NASA/JPL-Caltech).

El tiempo transcurrido entre el comienzo de la entrada atmosférica, definida por la entrada en acción de los propulsores, y la pérdida de contacto será de apenas un minuto. Esta previsto que Cassini transmita su última señal a las 10:44 en el tiempo de la nave (SCET, Spacecraft Event Time), pero como tardará casi una hora en llegar a la Tierra no la recibiremos hasta las 12:08 UTC (14:08 hora peninsular española). La destrucción de Cassini se producirá sobre el hemisferio diurno de Saturno, pero lamentablemente cuando la señal llegue a la Tierra los principales observatorios del planeta —Hawái, Chile y Canarias— no tendrán el planeta a la vista. Por contra, los observatorios localizados en China, Japón o Australia sí que verán al gigante anillado en el cielo nocturno.

La Tierra vista desde Cassini el próximo 15 de septiembre en el momento que Cassini desaparezca (ASA).

La Tierra vista desde Cassini el próximo 15 de septiembre en el momento que la sonda desaparezca (NASA).

¿Pero se puede ver desde la Tierra la bola de fuego en la que se convertirá Cassini? Analicemos los datos. La sonda tendrá en el momento de la entrada atmosférica una masa de 2523 kg —en realidad tendrá unos kilitos de combustible residual adicional— y su velocidad alcanzará los 34 km/s (122.400 km/h). Cualquiera puede calcular su energía cinética, que será de 1,4×1012 julios, lo que viene a ser un tercio de un kilotón. Ahora bien, la clave para saber si es posible ver la bola de fuego es averiguar en cuánto tiempo se disipará esta energía. Y conocer este dato no es nada trivial, ya que entra en juego el rozamiento de la atmósfera, a su vez condicionado por la forma de la nave (su sección media), la integridad estructural del vehículo, la masa molecular media de la atmósfera de Saturno y, por supuesto, la trayectoria de la nave. La trayectoria de entrada de Cassini será muy pronunciada, con un ángulo de -30º, lo que es lógico si lo que quieres es asegurarte de que se destruya para evitar que pueda contaminar Titán o Encélado con microorganismos terrestres (Cassini nunca fue esterilizada). Los cálculos realizados por Ralph D. Lorenz, del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, demuestran que el máximo brillo se producirá entre 30 y 40 segundos después de la pérdida de señal. La principal incertidumbre es la integridad estructural de la nave, es decir, cómo de rápido se fragmentará. Lorenz ha supuesto que la sonda se empezará romperse en el rango de presiones de 1 a 10 kilopascales y se destruirá totalmente cuando la presión alcance entre 30 y 40 kilopascales.

Otro dato difícil de obtener es cuánta de la energía de la entrada se transformará en luz visible. Para Cassini Lorenz ha calculado que esta fracción será del 6%, por lo que si damos por válidos los tiempos antes comentados, la potencia emitida en el visible será de unos 1010 vatios. En el pasado varios telescopios de aficionados han sido capaces de detectar bólidos entrando en la atmósfera de Júpiter en el hemisferio diurno (obviamente, pues el hemisferio nocturno es invisible desde la Tierra) con unas energías de 3-32×1013 julios, lo que corresponde a meteoros de cien a mil toneladas. Cassini tiene una masa mucho menor (dos toneladas) y además Saturno está casi al doble de distancia de Júpiter, por lo que la observación de su destrucción será más complicada, pero no imposible si se emplea un telescopio lo suficientemente grande (con al menos un metro de apertura), un tiempo de exposición relativamente largo y se usa un filtro de metano (en esta longitud de onda el brillo del disco del planeta es inferior, lo que aumentaría el contraste con la estela dejada por la sonda). Un instrumento interesante para esta tarea podría ser el telescopio infrarrojo SOFIA de la NASA, de 2,5 metros de diámetro, que viaja a bordo de un avión y que se podría desplazar a la zona donde Saturno será visible en el cielo de noche en el momento de la desaparición de Cassini. Sea como sea que nadie se haga ilusiones, porque en el mejor de los casos la bola de fuego se apreciará como un píxel.

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Reentrada del ATV 1 de la ESA a 8 km/s en la atmósfera terrestre (ESA).

Otra opción es intentar detectar la huella espectral de la desintegración en el caso de que no podamos ver directamente el brillo de la estela. Las observaciones espectroscópicas de las reentradas de varias naves espaciales en la Tierra han revelado sobre todo sodio y potasio, así como carbono —del escudo térmico de ablación—, calcio, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, además de, lógicamente, metales usados en la construcción de vehículos espaciales (aluminio, bario, titanio, magnesio, zinc, cobre, níquel, etc.). Si hablamos de Cassini la firma espectral será diferente porque la atmósfera de Saturno no tiene oxígeno, así que las líneas de hidrógeno y helio deberán ser más llamativas. También se pueden buscar las líneas de carbono y nitrógeno procedentes de las moléculas de metano y amoniaco rotas por la estela generada por la sonda. Y si alguien piensa que esto es una locura, no olvidemos que en 2005 se usó el telescopio espacial Hubble para intentar ver la entrada de la sonda europea Huygens en la atmósfera de Titán, pero no fue posible por culpa de un fallo a última hora del espectrómetro STIS del Hubble (Huygens tenía una masa de solo 300 kg y su velocidad era de 6 km/s, así que su energía cinética era unas 250 veces inferior a la que liberará Cassini).

Por lo tanto, sí que será posible, aunque complicado, ver los últimos momentos de una de las sondas más míticas de la historia de la exploración espacial. Ahora solo falta que alguna institución recoja el guante y acepte el desafío de apuntar sus telescopios hacia Saturno el día 15 de septiembre. ¿Algún voluntario?

Post completo en: Daniel Marín. Eureka. Naukas

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