Juno, desvelando los misterios de Júpiter

Si no hay contratiempos, el próximo viernes 5 de agosto, la sonda espacial Juno despegará rumbo a Júpiter a bordo de un cohete Atlas V 551. Con un coste de “sólo” 1100 millones de dólares -incluyendo el lanzador-, Juno es la segunda misión del programa New Frontiers de la NASA tras la New Horizons, actualmente en ruta hacia Plutón.

Juno (NASA).
A diferencia de la malograda Galileo o la actual Cassini en Sarturno, Juno no tiene por objetivo estudiar el sistema joviano por completo, sino que se centrará en los misterios del interior de Júpiter. ¿Y cómo investigar algo que no se puede ver? Pues principalmente mediante la observación de la enorme magnetosfera del gigante gaseoso, a veces denominada la mayor estructura del Sistema Solar. La magnetosfera se origina en las capas interiores de hidrógeno metálico del planeta, así que sus propiedades nos permiten inferir indirectamente las características internas de Júpiter. Juno medirá además el minúsculo desplazamiento Doppler en las señales de radio para comunicarse con la Tierra y podrá detectar irregularidades en el campo gravitatorio del planeta, lo que a su vez permitirá refinar los modelos de la estructura interna. Con el fin de llevar a cabo estas observaciones, Juno estará situada en una órbita polar con una alta excentricidad, ideal para estudiar la estructura de la magnetosfera y las entrañas de Júpiter.
Juno estudiará la magnetosfera joviana (NASA).
Juno (NASA).
Dicho así puede parecer una misión “aburrida”, pero no olvidemos que Júpiter es el mayor planeta del Sistema Solar y lo cierto es que desconocemos la mayoría de los detalles de su interior. Juno permitirá dar respuesta a muchas preguntas, como por ejemplo: ¿qué tamaño tiene el núcleo rocoso del planeta?¿De qué está compuesto este núcleo y cuál es su densidad?¿Son las bandas y cinturones de la atmósfera visible una manifestación de estructuras cilíndricas internas? En definitiva, conocer el interior de Júpiter es un requisito fundamental para entender los procesos de formación planetaria dentro y fuera del Sistema Solar.
Supuesta estructura interior de Júpiter (NASA).
Pero mandar una nave a Júpiter cuesta mucho. Por este motivo, Juno es una sonda “simple” sin complejos sistemas o instrumentos, lo que explica que sea la primera nave espacial en emplear paneles solares para generar electricidad a semejante distancia del Sol. Hasta la fecha, todas las sondas que han viajado al Sistema Solar exterior han empleado costosos generadores de radioisótopos (RTGs) a base de plutonio para alimentar los sistemas eléctricos. Por contra, Juno está dotada de tres paneles solares de 9 x 2,5 metros formados por 18698 células individuales y con una superficie total de 60 metros cuadrados (!). Estos enormes paneles permitirán generar hasta 14 kW en órbita terrestre, pero sólo suministarán 400 W una vez la sonda alcance Júpiter. Dos baterías de ion-litio de 55 Ah se encargarán de suministrar potencia a los sistemas de la nave al atravesar la sombra de Júpiter (y la sombra de la Tierra en una ocasión). El uso de paneles solares requiere que la nave deba estar orientada constantemente hacia el Sol. Esta tecnología fue la elegida para la misión en vez de los tradicionales RTGs no por motivos de coste (los paneles solares de Juno son sólo ligeramente más baratos que la energía nuclear), sino por culpa de la escasez actual de plutonio disponible para sondas de la NASA.
Uno de los tres paneles solares de juno (NASA).
Recreación de los paneles solares (NASA).
Otra medida introducida para ahorrar costes es el giro continuo de la nave sobre su propio eje. De esta forma, la actitud la sonda es mucho más estable que si estuviese estabilizada en tres ejes como la Cassini (y de paso se abarata el diseño significativamente). Durante la etapa de crucero, Juno girará a un ritmo de una revolución por minuto (1 rpm), pero mientras dure la fase de ciencia se incrementará el giro a 2 rpm. Durante el encendido del motor principal se alcanzarán las 5 rpm para garantizar la estabilidad del vehículo. Lo malo de esta configuración es que una nave giratoria no es la mejor plataforma para apuntar hacia un objetivo instrumentos como cámaras o espectrómetros. Por suerte, los instrumentos de Juno no son especialmente sensibles a esta rotación. Esto explica que las imágenes no sean una prioridad en esta misión, aunque se ha añadido una cámara de resolución modesta -más por relaciones públicas que por otra cosa- que hará las delicias de todos los aficionados a la exploración del espacio. La sonda tiene una masa de 3625 kg al lanzamiento (1593 kg sin propergoles) y consta de un cuerpo hexagonal central de 3,5 metros de alto y 3,5 metros de diámetro en el que están situados la mayoría de instrumentos, así como los tanques de combustible (hidrazina) y comburente (tetróxido de nitrógeno). La envergadura total con los paneles solares alcanza los 20 metros. El motor principal es un Leros-1b con un empuje de 645 Newton, complementado por doce pequeños propulsores de hidrazina. El sistema informático de la nave incluye un procesador central RAD750 con 250 MB de memoria flash y 128 MB de DRAM.
Estructura central de Juno (NASA).
La ventana de lanzamiento se abre el próximo 5 de agosto y se prolongará hasta el día 26 del mismo mes. Aunque será lanzada mediante un potente Atlas V 551 desde la rampa SLC-41 de la Base Aérea de Cabo Cañaveral, Juno no podrá alcanzar directamente Júpiter, sino que requerirá una maniobra de asistencia gravitatoria con la Tierra que tendrá lugar el 9 de octubre de 2013 (la sonda pasará a sólo 500 kilómetros de la superficie de nuestro planeta). Después de recorrer unos 2800 millones de kilómetros, Juno se colocará finalmente en una órbita polar alrededor de Júpiter el 4 de julio de 2016 mediante un encendido de 30 minutos de duración. Será la primera vez que una nave espacial ocupa una órbita polar alrededor de Júpiter. La primera órbita tendrá un periodo de 107 días y permitirá calibrar todos los sistemas e instrumentos de la sonda. Después de reducir la distancia máxima a Júpiter (apoastro), la nave completará 33 órbitas en total. La fase de obtención de datos durará 336 días y consistirá en 31 órbitas alrededor del planeta con un periodo medio de 11 días cada una y un periastro de solamente 5000 kilómetros. Durante cada órbita, la sonda pasará por los peligrosos cinturones de radiación del planeta, aunque evitará los más potentes situados en el exterior. Para proteger los sistemas de vuelo de la radiación, los equipos electrónicos más sensibles estarán situados dentro de una caja de titanio con unas paredes de 1 cm de grosor y de 18 kg de masa. Si se decide no ampliar la misión, Juno se desintegrará en la atmósfera de Júpiter el 16 de octubre de 2017 para evitar que pueda colisionar con Europa en el futuro (contaminando esta luna con microorganismos terrestres).
Trayectoria de Juno (NASA).
Distintas órbitas de la misión (NASA).
Las 33 órbitas de Juno permitirán estudiar todas las longitudes del planeta (NASA).
Juno cuenta con nueve instrumentos principales:
  • Magnetómetro (MAG): es un instrumento que no está situado en el cuerpo central del vehículo, sino en el extremo de uno de los paneles solares, evitando así interferencias con los equipos electrónicos de a bordo. Permitirá analizar la magnetosfera joviana con una precisión sin precedentes. Para compensar el movimiento giratorio de la nave, el instrumento incorpora dos sensores estelares (Advanced Stellar Compass, de construcción danesa) para determinar con exactitud la posición del magnetómetro con respecto al planeta. Incluye sensores distribuidos a 10 y 12 metros del centro de la sonda para calibrar los efectos inducidos por los sistemas eléctricos de la nave.
Detalle del magnetómetro y los sensores estelares (NASA).
  • MWR (Microwave Radiometer): observará la radiación de microondas (1,3 – 50 cm) procedente del interior de Júpiter desde la superficie nubosa hasta una profundidad con una presión equivalente a 1000 atmósferas (550 kilómetros) mediante seis radiómetros. Cada radiómetro observa una longitud de onda diferente (1,3 cm; 3,125 cm; 6,25 cm; 12,5 cm; 25 cm; 50 cm) y está dotado de una antena que sale del cuerpo central de la sonda. MWR permitirá medir la abundancia de amoniaco y agua en la atmósfera de Júpiter, los principales constituyentes de las nubes jovianas. Vale la pena señalar que aún desconocemos la cantidad de agua que se encuentra en Júpiter, ya que las estimaciones varían entre tres y nueve veces la abundancia solar. MWR podrá poner un límite a esta cantidad.
Longitudes de onda del MWR (NASA).
  • Gravity Science: realizará un mapa del campo gravitatorio de Júpiter usando los desplazamientos Doppler de la señal de comunicaciones de la nave. Este instrumento ha sido construido en colaboración con la Agencia Espacial Italiana (ISA).
Fundamento del instrumento de gravedad (NASA).
  • Waves: son dos antenas de cuatro metros cada una que deben medir el campo electromagnético del plasma que rodea a Júpiter.
  • JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper): observará las auroras en infrarrojo (2- 5 μm) mediante un espectróemtro y una cámara. Al mismo tiempo, estudiará la atmósfera hasta una profundidad de 50-70 km. JIRAM está construido por la Agencia Espacial Italiana (ISA).
Estudio de las partículas y auroras de Júpiter (NASA).
Auroras de Júpiter (NASA).
  • JunoCam: una cámara en luz visible con una resolución de 2-3 km por píxel y un campo de 58º. Está basada en la cámara desarrollada para filmar el descenso del rover marciano Curiosity. No es un instrumento científico oficial de la misión.
Instrumentos de Juno (NASA).
Aunque quedan muchos antes de que esta sonda proporcione sus primeros resultados, Juno promete revolucionar nuestros conocimientos sobre la formación de planetas gigantes en el Universo. Una misión fascinante que dará comienzo el próximo viernes.

Vídeo sobre la misión:

15 Comentarios

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GinésGinés

Lo de la cámara para “relaciones fotográficas” siempre podría salvarles la cara delante de la opinión pública: imagínate que vuelve a estrellarse otro cometa (no es tan infrecuente, ya van dos en dos décadas) y tienes que explicarle al gran público que una nave de 1100 millones no puede documentar el evento. ¡Rodarían cabezas!

AnonymousAnonymous

Que suerte que lleva camara de luz visible, nunca viene mal un poco de AstroPorno.

AnonymousAnonymous

A pesar de que la cámara es un añadido de relaciones públicas y no tiene una gran resolución, ¿Podrá tomar fotos de alguno de los satélites jovianos en cuanto tenga oportunidad, aunque no sea su misión? Así, si bien quizás no sea de gran utilidad científica aunque sea nos trae imágenes de bellos paisajes….

Juan, desde Bs As.

pd: Excelente entrada, como todas las del blog, hace ya más de un año que lo sigo y no me arrepiento, cada vez amplio un poco mis escasos conocimientos del cosmos.

AnonymousAnonymous

Interesante mision, y por fin volverán a Jupiter. Si esta mision relativamente sencilla cuesta esa cantidad, no me imagino la JEO con lo compleja misión que tendrá, si es que no la cancelan.

Starfish Prime

Desde aquí les deseo al personal de la NASA la mejor de las suertes con la misión. Espero que sea fructífera y podamos sacar el máximo de información de Júpiter con ella.

Lo que no me queda claro es la estrategia de ULA para usar el Delta IV o el Atlas V, cuando deciden usar uno y cuando deciden usar el otro. No se qué motivos hacen que para lanzar Juno se haya elegido el Atlas V y no el Delta.

A veces hablamos de la longevidad de la familia R-7 pero los Atlas-Centaur también son unos abueletes cañeros aunque el Atlas V ya se parezca poco al Atlas original (¡Motor Ruso!).

Gerardo Lechuga Riestra

Esperemos que no se retrase y que si se el 5, sera una expedicion que nos ayudara a entender muchas cosas sobre la formacion del universo y por que no? de la vida, espero que nos traigan hermosas fotos sobre el interior jovinano saludos Daniel excelente nota

etxazpi

Creo que la estrategia de la ULA es repartirse los lanzamientos(y las ganancias) como buenos hermanos entre Boeing y Lockheed Martin,

De todas maneras los lanzamientos de sondas interplanetarias se hacen con el Atlas siempre, supongo que porque es mas fiable y versatil que el Delta.

DmaianEtienne

Acaso encontrará a TMA-2 replicandose en algún lado? jejeje

Que bueno que se estén fijando en este tipo de misiones, que si bien no son muy “extravagantes” ni “vistosas” si son importantes y generalmente de las que mas aportan a nuestros conocimientos.

AnonymousAnonymous

Toda misión a Jupiter es bienvenida pero queda muy claro que esta Juno no sera como la Galileo ni de lejos. Comprendo que hay que abaratar costes pero 5 añitos de viaje para llegar a Jupiter tiene narices…..En fin al igual que todos espero que todo transcurra según lo previsto.

César

A mi siempre me ha llamado mucho la atención las dimensiones de la supuesta capa de hidrógeno metálico. Démonos cuenta que es una estructura de protones sometida a presiones tan diferentes como 2 y 40 Mbar: ¿habrá capas sólidas y líquidas? Y ¿en qué estado está el hidrógeno en la transición a la capa externa de hidrógeno molecular?

Magnífica entrada, Dani.

Nota: “a veces denominada la mayor estructura del Sistema Solar” ??

DarkSapiens

Buena entrada Daniel, como siempre. Gracias por este magnífico resumen de las características de la misión :)

César: Sí, tras la heliosfera, claro está 😉

Saludos!

AnonymousAnonymous

Es curioso que es fácil saber lo que cuesta una misión de la NASA y es opaco cuando se trata de Roscosmos.

AnonymousAnonymous

Hola Daniel, me a llamado mucho la atención que esta sonda cuente con paneles solares en vez de RTGs, como bien lo explicas se debe al faltante de plutonio que parece tener la NASA y a su coste, y es hay donde va mi pregunta: ¿Esta medida de usar paneles solares será temporal, o es un primer “ejercicio” para suplir lo difícil que es obtener el combustible para los RTGs?

AnonymousAnonymous

Hace poco fallo un intento de aprobar el reinicio de la produccion de plutonio en USA, asique me parece que los paneles solares van a ser la unica opcion, a menos que los rusos tengan/quieran vender mas de lo que les queda.

Daniel Marín

Gracias por los comentarios.

@Ginés: pues llevas toda la razón, no lo había pensado…aunque la vida útil de la misión no es muy larga que digamos.

@Juan: seguramente tomará alguna imagen de los satélites, pero la órbita de Juno es polar y no creo que se pueda ver nada espectacular (salvo quizás alguna erupción en Ío).

@Starfish: el motivo de usar el Atlas V en vez del Delta IV tiene que ver con que el Atlas usa la etapa Centaur, optimizada para situar cargas en trayectoria de escape.

@Dmalan: sería genial poder ver algún monolito :)

@César: muchas gracias, un honor viniendo de quien viene :) Esta misión me parece fascinante precisamente porque en realidad, y pese a lo que uno puede leer en los libros, no tenemos ni idea de cómo es el interior de Júpiter (y por extensión, el interior de Saturno). No sabemos si existe un núcleo o no, ni si la capa de hidrógeno metálico presenta una estructura diferenciada o no…Vamos, que tenemos misterios para rato.

@Anónimo: no me vayas a comparar el presupuesto de la NASA con el de Roskosmos.

@Anónimo: no se sabe. El equipo de Juno decidió usar energía solar para aumentar así sus probabilidades de salir adelante. Todo dependerá de la misión. Los instrumentos de Juno requieren poca potencia eléctrica y la misión durará poco en órbita d e Júpiter (los paneles solares se degradan con la radiación), así que la energía solar es una buena opción para esta misión, pero dudo que existan muchas más posibilidades de lanzar una sonda de estas características más allá del cinturón de asteroides.

Saludos.

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