Hasta la Vesta: crónica de la misión de Dawn en el asteroide Vesta

Ayer la sonda Dawn abandonó oficialmente la órbita del asteroide Vesta para dirigirse hacia el planeta enano Ceres. Termina así una aventura de más de un año durante la cual Dawn ha explorado este pequeño y fascinante mundo de 525 kilómetros de diámetro. Claro que ‘pequeño’ es un adjetivo muy relativo. Vesta puede ser pequeño comparado con un planeta, pero no olvidemos que muchos mundos del Sistema Solar tienen un tamaño parecido y no por ello son menos complejos, como por ejemplo Encélado, el satélite de Saturno famoso por sus géiseres.

En estos 13 meses en órbita alrededor de Vesta, Dawn ha realizado 31000 fotografías y 20 millones de espectros en el visible y en el infrarrojo, revelando un nuevo mundo que hasta el año pasado había sido un completo misterio para la humanidad. Paisajes con una antigüedad superior a los 4500 millones de años o la segunda montaña más alta del Sistema Solar son algunas de las maravillas que Dawn ha descubierto durante su odisea alrededor de Vesta.

Vesta visto por Dawn. A la izquierda se aprecian los cráteres que forman la figura del ‘hombre de nieve’ (NASA/JPL).

Historia de una aventura

Dawn fue lanzada el 27 de septiembre de 2007 desde la rampa SLC-17B de la base de Cabo Cañaveral mediante un cohete Delta II 2925H-9.5. Poco después, la etapa de combustible sólido Star-48 la situó en una trayectoria de escape. El objetivo de esta misión de 466 millones de dólares era estudiar los dos asteroides más grandes, Vesta y Ceres, este último considerado además un planeta enano. Dawn tenía una masa de 1218 kg al lanzamiento y unas dimensiones de de 1,64 x 1,27 x 1,77 metros. Como vemos, una nave relativamente modesta. Lógico, si tenemos en cuenta que Dawn es la novena nave de la serie de sondas económicas de tipo Discovery.

Sonda Dawn (NASA/JPL).

Para poder explorar los asteroides, la sonda está dotada de un sistema de propulsión iónico formado por tres motores de 8,9 kg de masa cada uno capaces de desarrollar un minúsculo pero constante empuje de 19-91 milinewtons. Gracias a estos motores, Dawn logró incrementar su velocidad en 6,4 km/s desde su lanzamiento hasta el 3 de mayo de 2011, fecha en la que dio comienzo la fase de aproximación a Vesta. Se trata de la maniobra de aceleración (Delta-V) más grande que haya realizado nunca una nave por medios propios. Hasta ese momento, el récord lo ostentaba otra sonda iónica de la NASA, la Deep Space 1, que había acumulado una Delta-V de 4,3 km/s. Los motores utilizan 425 kg de xenón como combustible y la energía eléctrica proporcionada por dos enormes paneles solares con una envergadura total de 19,7 metros y capaces de generar 10 kW de potencia eléctrica. De hecho, de entre todas las sondas de la NASA, sólo la sonda Juno posee unos paneles solares con una envergadura mayor (20 metros).

Llegar hasta Vesta no fue fácil. La sonda necesitó llevar a cabo una maniobra de sobrevuelo de Marte el 17 de febrero de 2009 que la llevo a 550 kilómetros de distancia del planeta rojo. La maniobra le proporcionó a Dawn una Delta-V de 2,6 km/s, necesaria para que pudiese cambiar la inclinación de su órbita, abandonando ligeramente el plano de la eclíptica. Aunque la eficiencia -impulso específico- de los motores iónicos es enorme, cuando dio comienzo la fase de aproximación a Vesta sólo quedaban 190 kg de xenón en el tanque de la nave, y eso que los motores apenas consumen 3,25 miligramos de xenón por segundo. En total, Dawn tuvo que recorrer 2800 millones de kilómetros antes de llegar a su objetivo.

Para estudiar Vesta, Dawn contaba con tres instrumentos principales. El instrumento estrella es la cámara FC (Framing Camera), que en realidad, y a pesar de su nombre, son dos cámaras gemelas redundantes (FC1 y FC2). La FC ha sido construida en Alemania por el Instituto Max Planck y tiene un sistema óptico f/7,9 con una focal de 150 mm. Cada FC consta de un chip CCD de 1024 x 1024 píxels y tiene siete filtros distintos. El siguiente instrumento es el detector de rayos gamma y neutrones GRsND (Gamma Ray and Neutron Detector), construido por el laboratorio de Los Álamos (LANL) y capaz de determinar la composición de la superficie hasta un metro de profundidad. Por último, el espectrómetro visible e infrarrojo (VIR) sirve para estudiar la composición de la superficie mediante el análisis de la luz en 400 longitudes de onda distintas. Este instrumento fue fabricado en Italia por el instituto de astrofísica INAF y es similar a los espectrómetros de las sondas europeas Rosetta y Venus Express.

Campo de visión de los instrumentos de Dawn (NASA/JPL).

La fase de aproximación a Vesta comenzó el 3 de mayo de 2011 cuando la sonda se encontraba a 1,21 millones de kilómetros del asteroide. A partir de ese momento, la nave activó su sistema de navegación óptico para refinar su trayectoria. El bajo empuje de los motores iónicos impidió que Dawn se situase inmediatamente en una órbita alrededor del asteroide, como es habitual en otras misiones. Por contra, Dawn siguió una lenta trayectoria de aproximación en espiral hasta que la baja gravedad de Vesta la atrapó. La inserción orbital comenzó oficialmente el 16 de julio, aunque a efectos prácticos la sonda apenas notó la diferencia hasta varios días después, cuando se encontraba a menor distancia del asteroide. Dawn continuó con su órbita en espiral y el 11 de agosto alcanzó la órbita de reconocimiento (survey orbit) a 3000 kilómetros de distancia del centro de Vesta y unos 2735 kilómetros de la superficie. En esta órbita, Dawn realizó las primeras observaciones del asteroide completando una vuelta a su alrededor cada tres días. Puesto que Vesta tiene un periodo de rotación de 5,34 horas, la sonda pudo cartografiar todo el asteroide a baja resolución (250 metros por píxel para la cámara FC). En total, Dawn permaneció 20 días en esta órbita.

Maniobras orbitales en espiral (NASA/JPL).

Dawn continuó en una trayectoria en espiral hasta alcanzar el 30 de septiembre la órbita HAMO (High Altitude Mapping Orbiter) a 685 kilómetros de altura y con un periodo de 12,3 horas. La sonda permaneció aproximadamente un mes en HAMO antes de continuar descendiendo. Desde HAMO, Dawn fue capaz de fotografiar toda la superficie iluminada de Vesta una vez cada 5,5 días (10 órbitas). Finalmente, el 12 de diciembre de 2011 Dawn se situó en la órbita LAMO (Low Altitude Mapping Orbiter), con un periodo de 4,4 horas y desde la cual la nave pudo fotografiar en alta resolución el asteroide. Sin embargo, el objetivo principal de LAMO no eran las imágenes en alta resolución, sino poder adquirir datos más precisos del sensor de rayos gamma y neutrones, así como realizar modelos de la estructura interna del asteroide a través de mediciones gravimétricas.

Distintas órbitas de Dawn (NASA/JPL).

Tras finalizar las observaciones desde LAMO el 30 de abril de 2012, Dawn se dirigió otra vez a la órbita HAMO para completar la cartografía del polo norte de Vesta, que se encontraba en sombra cuando la sonda entró en órbita. Por motivos obvios, esta fase se denominó HAMO2 y duró desde el 15 de junio hasta el 25 de julio. Tras abandonar HAMO2 el 26 de julio, Dawn continuó aumentando su altura orbital poco a poco y el 8 de agosto sufrió el único percance de la misión: el fallo de uno de los giróscopos de orientación, un problema que no afectará a la exploración de Ceres. Finalmente, el pasado 5 de septiembre la sonda abandonó la gravedad de Vesta cuando se hallaba a 17200 kilómetros de distancia y puso rumbo a Ceres, donde llegará en febrero de 2015.

Vesta, el protoplaneta

Vesta es una reliquia de la formación del Sistema Solar. Descubierto en 1807 por Heinrich Olbers, es el segundo asteroide más grande y representa el 9% de la masa de todo el cinturón de asteroides (Ceres posee el 30%). Este mundo se formó apenas 2,5 millones de años después del inicio de la formación del Sistema Solar, lo que significa que a diferencia de la mayoría de asteroides -que se formaron mediante colisiones posteriores-, Vesta es un verdadero protoplaneta, un ejemplo de los embriones cósmicos que formaron el resto de cuerpos de gran tamaño del Sistema Solar. Como comparación, Marte tardó en formarse unos quince millones de años y la Tierra treinta millones. En realidad, Vesta, junto a otros asteroides primigenios como Ceres, habrían dado lugar a un planeta de no ser por la influencia de Júpiter, cuyo campo gravitatorio impidió la formación de un cuerpo de mayor tamaño y ‘congeló’ en su proceso de formación a los protoplanetas como Vesta. Estudiar Vesta es como hacer un viaje en el tiempo, un viaje de 4500 millones de años.

Vesta comparado con otros asteroides (NASA/JPL).

Durante años se sospechó que numerosos meteoritos que podemos encontrar en la superficie terrestre eran en realidad trozos de Vesta. Una vez se pudieron realizar mediciones espectroscópicas de precisión, esta sospecha se tornó en certeza. En realidad, la Luna, Marte y Vesta son los únicos cuerpos celestes importantes de los que sabemos que provienen algunos meteoritos. Sin saberlo, teníamos a nuestro alrededor cientos de pedazos de un protoplaneta. Y no pocos: nada más y nada menos que el 5% de los meteoritos basálticos provienen de Vesta. Estos meteoritos se encuentran en tres modalidades distintas, denominadas howarditas, eucritas y diogenitas, de ahí que se les denomine en conjunto como meteoritos HED. Los HED no son los únicos pedazos de Vesta que hay por ahi dando vueltas. Toda una familia de asteroides, los vestoides -o asteroides tipo V- son trozos de este protoplaneta. Y muchos de ellos son asteroides cercanos (NEOs) que pueden chocar con la Tierra de vez en cuando. Los meteoritos diogenitas provienen de materiales que se formaron al solidificarse lentamente el magma en el interior de Vesta, mientras que los eucritas son lavas basálticas superficiales. Los howarditas son una mezcla de ambos, provenientes de impactos superficiales.

Lugar origen de los tres tipos de meteoritos que vienen de Vesta (NASA/JPL).

Debido a la diferente proporción de elementos pesados en las tres variedades de meteoritos HED, los científicos llegaron a una conclusión sorprendente: Vesta es un mundo diferenciado con un núcleo, un manto y una corteza. Esto puede que no resulte excesivamente impresionante, pero recordemos que hasta hace sólo unas décadas se suponía que únicamente los planetas y lunas grandes son capaces de generar el calor interno suficiente para derretir el material que los forma y permitir la formación de un núcleo. En algún momento de su historia, Vesta habría tenido un océano superficial de magma como el que se cree existió en la Luna. Y bien, ¿ha confirmado Dawn la hipótesis del protoplaneta diferenciado? Pues sí, y vaya sí lo ha hecho. Las observaciones gravimétricas en LAMO han permitido confirmar que, como se creía, Vesta posee una estructura en capas, incluyendo un núcleo de hierro y níquel. Todo un triunfo predictivo de la astronomía moderna.

Reconstrucción de la estructura interna de Vesta (NASA/JPL).

El calor primordial que permitió esta diferenciación provino de la desintegración radiactiva de isótopos como el aluminio-26 y el hierro-60, muchos de los cuales se produjeron por la influencia de una supernova que explotó a poca distancia del Sistema Solar durante su etapa de formación. Al haberse formado de forma muy parecida a nuestro satélite, algunos geólogos predijeron la existencia de planicies basálticas en la superficie de Vesta similares a los mares de la Luna. Sin embargo, Dawn no ha observado ‘mares vestianos’. O quizás sí pero aún no los hemos identificado. Porque lo cierto es que las cosas no están nada claras y se necesitarán años para interpretar los datos de Dawn antes de sacar conclusiones definitivas.

¿Son estos depósitos oscuros ejemplos de vulcanismo en Vesta o restos de un antiguo océano magmático superficial? (NASA/JPL).

Un nuevo mundo

¿Y qué ha descubierto Dawn durante su misión? Además de confirmar que Vesta es un protoplaneta con una estructura interna diferenciada, el principal descubrimiento ha sido la enorme cuenca de impacto situada en el polo sur. Denominada Rheasilvia, esta cuenca de 500 kilómetros de diámetro se formó durante el impacto de un asteroide de gran tamaño que casi despedaza a Vesta durante la colisión. En el centro de Rheasilvia se eleva el pico del cráter de impacto, una enorme montaña de veinte kilómetros de altura. De hecho, Vesta puede presumir de tener la segunda montaña más alta del Sistema Solar después del imponente Olympus Mons de Marte.

Las dos cuencas de impacto del polo sur (NASA/JPL).
La montaña central de Rheasilvia, un coloso (NASA/JPL).

En realidad, la existencia de esta cuenca ya se conocía desde que el telescopio Hubble observó Vesta en los años 90, pero nadie podía prever la presencia de una segunda cuenca casi tan grande como Rheasilvia…¡y en el mismo sitio! Esta otra cuenca, llamada Veneneia, tiene un diámetro de 400 kilómetros y se formó antes que Rheasilvia. ¿Cómo es posible que dos impactos tan monstruosos tuviesen lugar casi en la misma zona? Nadie lo sabe, aunque hay teorías para todos los gustos. Los impactos que formaron Rheasilvia y Veneneia fueron tan violentos que crearon una red de surcos y arrugas que recorren el ecuador del asteroide. Estas dos redes de surcos -llamadas Divalia Fossa y Saturnalia Fossa- recuerdan a los surcos formados por la formación del cráter Stickney en Fobos y constituyen otro de los grandes descubrimientos de la misión. Por cierto, se cree que la formación de estas cuencas lanzó al espacio cerca de 800 000 kilómetros cúbicos (!) de roca, aproximadamente el 1% de la masa de Vesta. Ahora ya sabemos de dónde vienen los misteriosos meteoritos HED.

Los surcos ecuatoriales (NASA/JPL).

Las cuencas de impacto del polo sur han creado una dicotomía entre el hemisferio norte, dominado por cráteres de todas las edades, incluyendo algunos que podrían tener 4500 millones de años, y un hemisferio sur relativamente joven. En el hemisferio sur predominan las diogenitas ricas en piroxeno, mientras que en el norte abundan las eucritas, con un mayor contenido en hierro. La variedad mineralógica superficial del asteroide es mayor de la esperada y ha sorprendido a los científicos de la misión.

Distintos minerales observados por Dawn (NASA/JPL).
Los cráteres ‘hombre de nieve’ (NASA/JPL).

Muchos cráteres aparecen en pendientes pronunciadas, lo que parece indicar que bajo el regolito superficial se esconde una capa rocosa firme. Uno de los mayores misterios de la misión ha sido el descubrimiento de depósitos de material oscuro y material brillante. El material oscuro aparece en todo tipo de formaciones y, aunque podría ser de origen externo, muchos creen que se trata de restos de antiguas planicies basálticas. Según una teoría, las lavas basálticas se hallarían a cierta profundidad, cubiertas por depósitos de regolito más reciente y quedarían expuestas por los impactos. Sin embargo, estos depósitos también podrían ser el resultado de episodios de vulcanismo a través de fisuras en la corteza o, en algunos casos, simples restos de impactos de meteoritos con alto contenido en carbono. Por su parte, la naturaleza de los depósitos brillantes es incierta, pero se encuentran en las paredes de los cráteres y en los rayos de material que los rodean, indicando que se trata de un material que procede del interior del asteroide.

Localización de depósitos brillantes y oscuros (NASA/JPL).
Ejemplos del misterioso material oscuro (NASA/JPL).
Ejemplos de materiales oscuros y brillantes (NASA/JPL).

Todo esto puede parecer muy genérico, pero hay que entender que la interpretación de los datos de Dawn tomará varios años. Puede que Dawn haya terminado su misión en Vesta, pero el trabajo de los científicos no ha hecho más que comenzar. Muchas de las hipótesis formuladas para explicar las características de Vesta se pondrán a prueba cuando Dawn visite Ceres. Este asteroide es un protoplaneta como Vesta, pero mientras Vesta es extremadamente seco, se cree que Ceres presenta un alto contenido en hielo. El estudio combinado de los protoplanetas Ceres y Vesta nos ayudará a descifrar los secretos de la formación del Sistema Solar.

Vídeo resumen de la misión:

Mapa de Vesta. Los nombres de los cráteres son de vírgenes vestales o mujeres romanas famosas. El resto de accidentes son ciudades y festivales de las vestales (NASA/JPL).Cráter en una colina con depósitos que han inundado parcialmente el interior (NASA/JPL).

19 Comentarios

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Txemary

A ver si se les despuerta el gusanillo y preparan alguna misión un poco más ambiciosa a estos cuerpos, la verdad es que esta misión es una mina de información.

Buenisimo el post!

ProstockProstock

Las semillas del Sistema Solar… Interesante sobre los meteorítos. Pregunta para quien sepa: Es probable que existan fragmentos de la Tierra en otro cuerpo celeste?

AnonymousAnonymous

TITAN:Ten la total seguridad que habra fragmentos de la tierra en todo el sistema solar.Aunque tienes mas posibilidades encontrarlos en la luna es la que esta mas cerca.

Shankao

En serio, aún no doy crédito a la fortuna que tenemos de tener un Blog de este nivel, escrito en castellano :)

Muchas gracias Daniel, eres un auténtico crack!!

ZanstelZanstel

Fascinante mundo.

Pero hay algo que me pregunto…
Con tan poca gravedad, ¿sería factible perforar incluso hasta su nucleo en el futuro?

Un nuclero lleno de materiales densos. Quizás sea la fuente “accesible” más rica en elementos pesados del Sistema Solar.

monsieur le six

Alucinante artículo. Me sorprende, sin embargo, la seguridad con la que se afirma que ciertos meteoritos provienen de Vesta, por mucho que los materiales que los forman sean del mismo tipo. Yo más bien diría que “tienen una alta probabilidad” de venir de ahí. El espacio es muy grande.

No tenía ni idea de que con un tamaño tan minúsculo ya existieran núcleos y magma, la verdad es que es todo un descubrimiento.

AnonymousAnonymous

Quisiera preguntar si esta es la primera ocasión en la que una sonda se pone en órbita de un cuerpo del sistema solar y luego abandona esa óbita; más allá de la luna, claro.
Porque sé de otros vehículos que han estudiado varios cuerpos celestes en sus viajes, las voyager americanas y las vega soviéticas, por ejemplo, pero creo que se trataba de simples sobrevuelos, y no habían entrado en órbita de los objetos que visitaron.

Daniel Marín

No, no es la primera vez. La sonda Hayabusa hizo lo mismo con el asteroide Itokawa. Eso sí, Dawn se convertirá en la primera sonda en orbitar dos cuerpos del sistema solar (sin incluir la Tierra, claro).

Saludos.

cosasdehombres

A Itokawa todavía estoy tratando de distinguirlo en la foto comparativa (decir que es una mota de polvo al lado de un balón gigante se queda corto). Los japoneses no podrían haber elegido un cuerpo celeste más pequeño para explorar parece.

El material brillante podría ser hielo dejado por el choque con cometas?

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