Adiós a Deep Impact, la primera nave espacial que ‘atacó’ un cometa

Ayer día 20 de septiembre la NASA dio por finalizada la misión de la sonda Deep Impact, también conocida en sus últimos tiempos como EPOXI. No se había vuelto a escuchar ninguna señal de la nave desde el pasado 8 de agosto y todos los intentos por recuperar la comunicación con el vehículo han fracasado. Termina así una de las misiones de tipo Discovery -de bajo coste- de la NASA más exitosas jamás lanzadas. Dos imágenes resumen la misión de esta nave. La primera, como no, es el momento del choque de la subsonda de 364 kg contra el núcleo del cometa 9P/Tempel 1. Por primera vez la humanidad ‘atacaba’ un cuerpo menor del Sistema Solar para estudiar su composición:

El choque del vehículo de impacto de Deep Impact liberó la energía equivalente a 4,5 toneladas de TNT (NASA/JPL).

Sin palabras. La segunda imagen, menos conocida, es un precioso tránsito de la Luna por delante de nuestro planeta captado en mayo de 2008 desde una distancia de 50 millones de kilómetros:

Nuestro mundo retratado desde las profundidades del espacio interplanetario como si fuera un planeta alienígena. Podemos apreciar claramente el reflejo de la luz del sol en la superficie de los océanos y el marcado contraste del color blancoazulado de nuestro mundo con el gris monótono de la Luna. En mi opinión, una de las estampas más bellas que nos haya proporcionado la exploración del Sistema Solar.

La sonda

Deep Impact nació en 1999 como un proyecto para estudiar de forma directa la composición de los cometas, reliquias de la formación del Sistema Solar. Junto con las misiones de la NASA Dawn, Stardust y CONTOUR (esta última se perdería tras el lanzamiento), además de la europea Rosetta, Deep Impact sería parte de una auténtica flotilla de sondas que debía desentrañar los misterios de los cuerpos menores que rodean al sol. El concepto de usar un proyectil para excavar un cráter en un asteroide o cometa con el fin de estudiar su composición no era nada nuevo y ya fue sugerido por el visionario Arthur C. Clarke en 1968. Las misiones Ranger a la Luna chocaron contra Luna en los años 60 bajo una premisa parecida. De hecho, durante los años 80 y 90 se propusieron varias misiones similares, todas ellas rechazadas por culpa de los exigentes requisitos de navegación autónoma que exigía una colisión de este tipo.

La sonda Deep Impact antes del lanzamiento (NASA).
Emblema de la misión (NASA).

A comienzos del siglo XXI la tecnología había avanzado lo suficiente para hacer posible una misión tan ambiciosa incluso dentro de un presupuesto limitado. El equipo de Deep Impact, dirigido por Michael A’Hearn (Universidad de Maryland), usó los estudios llevados a cabo en los años 80 y 90 durante el desarrollo de la misión CRAF (Comet Rendezvous Asteroid Flyby), posteriormente cancelada. CRAF también debía estudiar de cerca varios núcleos cometarios y, aunque no se contempló el añadir un ‘impactor’ de alta velocidad, se realizaron varios análisis de navegación estudiando la viabilidad esta posibilidad. El cometa Tempel 1 fue escogido de entre una lista que incluía los siguientes objetivos: P/Faye, 58P/Jackson-Neujmin, 10P/Tempel 2, 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak, 78P/Schwassmann-Wachmann 3, r 2P/Encke y 37P/Forbes. El Tempel 1, descubierto en 1867, era un candidato fácil de alcanzar desde la Tierra, además de tratarse de un cometa periódico ordinario. Es decir, un representante significativo de los muchos cometas que pululan por el Sistema Solar interior.

El contrato para construir la sonda fue otorgado a Ball Aerospace & Technologies Corp. En realidad se construirían dos naves: la sonda principal y el vehículo de impacto o ‘impactor’. La sonda principal observaría el choque del impactor desde cierta distancia, lo que permitiría analizar el material del cometa de primera mano. La sonda tendría una masa al lanzamiento de 601 kg (incluyendo 86 kg de combustible) y unas dimensiones de 3,3 x 1,7 x 2,3 metros. El cerebro de la nave sería un micro RAD 750 (un PowerPC protegido contra la radiación) con una memoria de 1024 MB. Un panel solar cuadrado de 2,8 metros de lado se encargaría de proporcionar un máximo de 750 W de potencia eléctrica (620 W durante el encuentro con el Tempel 1) y alimentaría una batería recargable de 16 Ah. El panel solar serviría también como escudo para proteger los instrumentos de la sonda de las partículas de la coma del Tempel 1 durante el encuentro. Los instrumentos principales serían el HRI (High Resolution Instrument) y el MRI (Medium Resolution Instrument). El HRI estaba formado por un telescopio de 30 cm de diámetro y 10,5 metros de focal acoplado a un espectrómetro infrarrojo (1,05-4,8 micras) y a una cámara capaz de obtener imágenes del cometa de 2 metros de resolución, un verdadero telescopio espacial basado en la tecnología de la cámara WFC 3 del Hubble. El uso de un espectrómetro infrarrojo para estudiar un cometa es algo prácticamente obligatorio, ya que las firmas espectrales del agua, monóxido de carbono y dióxido de carbono (sustancias abundantes en los cometas) se hallan en esta región del espectro. En lo que respecta al MRI, era una pequeña cámara unida a un telescopio de 12 centímetros de diámetro y 2,1 metros de focal que serviría para realizar imágenes del núcleo en formato gran angular. Una antena de alta ganancia de un metro de diámetro se encargaría de las comunicaciones con la Tierra.

Sonda Deep Impact (NASA).
Instrumentos HRI (derecha) y MRI (NASA/JPL).

El impactor sería un pequeño vehículo de 1 x 1 metros con una masa de 372 kg (364 kg de la nave más 8 kg de combustible) y tendría una batería no recargable de 250 Ah. El impactor llevaba su propio ordenador con un micro RAD 750 y un sensor estelar CT-633. Aproximadamente la mitad de la masa del vehículo de impacto -113 kg- era lastre compuesto por cobre, un material escogido por poseer unas líneas espectrales muy claras. De este modo, el equipo de la misión sería capaz de diferenciar el material del impactor del cometario en la nube de restos. La cámara del impactor, denominada ITS (Impactor Targeting Sensor), sería similar a la del instrumento MRI de la sonda principal, pero sin rueda portafiltros. Cuatro pequeños propulsores de hidrazina de 22 newton de empuje se encargarían de llevar a cabo hasta tres cambios de trayectoria en pequeños encendidos de 0,015-0,5 segundos de duración en las dos horas previas al impacto, con capacidad para llevar a cabo una Delta-V total de 25-30 m/s. Los encargados de la misión calculaban que existía un 50% de probabilidades de que el impactor dejase de transmitir diez segundos antes del choque por culpa de las colisiones a alta velocidad con los granos de polvo de la coma del Tempel 1.

Vehículo de impacto o ‘impactor’ (NASA/JPL).
Placa de cobre en el impactor (NASA/JPL).
Características de los instrumentos (NASA).

El impactor colisionaría con el núcleo del cometa Tempel 1 a una velocidad de 10 km/s, lo que viene a ser una energía cinética de 19 gigajulios. O lo que es lo mismo, el equivalente al poder explosivo de 4,5 toneladas de TNT. La energía cinética por unidad de masa del impactor superaba con creces la energía por unidad de masa de los explosivos químicos más eficientes. O sea, que el impactor no necesitaba ninguna carga explosiva para dejar un bonito cráter. En concreto, se esperaba que el choque generase un cráter de unos 100 metros de diámetro y 25 metros de profundidad, pero lo cierto es que nadie sabía exactamente qué es lo que podía pasar. Si la estructura del cometa era más esponjosa de lo previsto, como sugerían algunos modelos, quizás no se produciría ningún cráter digno de mención.

Recreación artística de la sonda (NASA).

Pero el mayor desafío de la misión pasaba diseñar la trayectoria de impacto. Deep Impact no se acercaría al Tempel 1 lentamente, sino que pasaría zumbando a su lado. Una vez liberado de la nave nodriza, el impactor tendría que guiarse de forma autónoma hasta el cometa corrigiendo los errores en la trayectoria. Para ello estaría dotado de un software avanzado que emplearía las imágenes producidas por una pequeña cámara para navegar hasta el blanco, además de un conjunto propio de giróscopos y propulsores de hidrazina. Puede que un cometa de 5 x 14 kilómetros como es el Tempel 1 parezca un blanco muy grande, pero no lo es si viajas a 10 km/s y si el retraso en las comunicaciones impide una conexión directa con la Tierra. En realidad, resulta mucho más sencillo alcanzar una bala con otra bala que interceptar un cometa. Un pequeño error y el impactor se perdería en el espacio interplanetario para siempre.

El impacto

La ventana de lanzamiento para la misión se abría el 30 de diciembre de 2004 y tenía una duración de un mes. Finalmente, la sonda Deep Impact fue lanzada el 12 de enero de 2005 a las 18:48 UTC desde la rampa 17B de la Base Aérea de Cabo Cañaveral mediante un cohete Delta II 7925. Durante las primeras semanas se comprobó el correcto funcionamiento de la nave y se realizó una maniobra para ajustar la órbita. Pero no todo fueron buenas noticias. Al probar el instrumento HRI los encargados de la misión se dieron cuenta, horrorizados, de que el instrumento no estaba enfocado correctamente. Aparentemente, el espejo del telescopio se había deformado al ser sometido a las bajas temperaturas de las pruebas en la cámara de vacío. Aunque la NASA le quitó hierro al asunto, lo cierto es que las imágenes de la sonda serían más borrosas de lo previsto, y eso que se aplicaron los algoritmos desarrollados en su momento para corregir el defecto del espejo del telescopio Hubble. Finalmente, y por culpa de este desperfecto, la resolución del HRI durante la misión sería igual a la del MRI.

Lanzamiento de Deep Impact (NASA).
Trayectoria de la misión (NASA).

La fase de crucero comenzó 30 días después del lanzamiento y finalizó 60 días antes del encuentro con el cometa, momento en el que se pasó a la fase de aproximación. El 1 de julio el impactor se separó mediante un mecanismo a base de muelles (el mecanismo impartió a la nave una velocidad de 34,8 cm/s). La pequeña nave comenzó la fase de navegación autónoma, comunicándose en todo momento con la nave nodriza en Banda S y tomando imágenes cada 15 segundos. El software AutoNav estaba basado en el empleado por las sondas Deep Space 1 y Stardust, que estudiaron los cometas Borrelly y Wild 2 respectivamente. La sonda principal frenó su velocidad en 102 m/s, lo suficiente para situarse ‘detrás’ del impactor y garantizar una ventana de observación de 800 segundos con el fin de contemplar el choque y analizar la nube de escombros. La sonda giraría al completo con una velocidad angular máxima de 0,6º por segundo para mantener el cometa en el campo de visión. En el centro JPL de la NASA todo el mundo cruzó los dedos. Era la primera vez que se intentaba algo así.

Secuencia del encuentro con el Tempel 1 (NASA).

El primer choque deliberado de un artefacto humano contra un cometa tendría lugar el 4 de julio de 2005 a las 05:52 UTC (la ventana de impacto iba de las 05:50 a las 06:30 UTC), una fecha escogida por el equipo de la misión para hacer coincidir el evento con el aniversario de la independencia de los EEUU (oficialmente la fecha se eligió teniendo en cuenta la disponibilidad de la red de espacio profundo DSN de la NASA y las ventanas de observación del telescopio Hubble). En esos momentos, el Tempel 1 se encontraba a 134 millones de la Tierra. La energía del choque fue tal que el impactor se vaporizó al instante. El brillo de la colisión fue captado claramente por la sonda principal, que se encontraba a 8600 kilómetros de distancia. La sonda pasó 14 minutos y 10 segundos después a una distancia mínima del cometa de 515 kilómetros. Esta distancia de separación no fue escogida al azar. El radio de la esfera de Hill para el cometa Tempel 1 tiene precisamente este tamaño, que no es otro que la distancia máxima a la que puede existir una órbita estable alrededor del núcleo cometario. De esta forma se evitaba que la sonda pudiese chocar con alguna posible luna del cometa. La tasa de transmisión de datos durante el encuentro fue del orden de 200 kbps.

El cometa antes del choque (NASA/JPL).
El Tempel 1 visto por el impactor poco antes del choque (NASA/JPL).Secuencia del choque vista por el impactor (NASA/JPL).
Trayectoria del choque y nube de escombros (NASA/JPL).
Visión del impacto (NASA JPL/UMD/Gordan Ugarkovic/The Planetary Society Blog).
La luz del sol se refleja en la nube de restos creada por el impacto (NASA/JPL-Caltech/UMD/The Planetary Society).
Secuencia del impacto (NASA/JPL).
Superficie del cometa cubierta por hielo (NASA/JPL).

Tras el choque se creó una nube de restos a 1000 K formada por agua, dióxido de carbono, sustancias orgánicas, sulfatos y ácido cianhídrico, además de cierta evidencia de la existencia de silicatos (o sea, polvo). Vamos, sustancias que forman un cometa típico, pero en una proporción distinta a la calculada. Los científicos todavía debaten sobre los mecanismos que han permitido esta extraña mezcla de sustancias en el Tempel 1. El cometa resultó tener poco contenido en carbono, con una composición muy parecida a la del cometa Hale Bopp de 1995. Por supuesto, el choque no afectó a la órbita del cometa en absoluto (Tempel 1 es demasiado grande para verse afectado por un choque tan nimio). El análisis de los datos de Deep Impact demostraron que el material superficial del cometa era mucho más fino de lo esperado, por lo que la nube de polvo y hielo levantada por el impacto fue mayor. El equipo de la misión tenía esperanza de poder ver el cráter directamente, pero la cantidad de residuos era tan alta que incluso 13 minutos después del choque los restos impidieron la observar la zona. Parecía que el misterio acerca de si una pequeña sonda de 300 kg podría formar un cráter en un cometa se quedaría sin responder por siempre jamás. Afortunadamente, el 15 de febrero de 2011 la sonda Stardust pasó por el cometa Tempel 1 a 181 kilómetros de distancia y obtuvo 72 imágenes. Efectivamente, el cráter estaba allí, aunque apenas visible.

El cráter de Deep Impact visto por Stardust seis años después (derecha). A la izquierda, la misma zona antes del impacto vista por Deep Impact (NASA/JPL).

EPOXI

Deep Impact nos demostró que solamente el 0,5% de la superficie del Tempel 1 está cubierta por hielo de agua. Y sólo el 6% de ese 0,5% es hielo puro, confirmando la imagen que tenemos de estos cuerpos como auténticas ‘bolas de hielo sucias’. El encuentro con el Tempel 1 fue un auténtico bombazo para la NASA, nunca mejor dicho, pero la misión no había terminado. El 21 de julio de 2005 la sonda realizó un ajuste de su trayectoria para sobrevolar la Tierra el 31 de diciembre de 2007 y proseguir así hasta el cometa Boethin. El encuentro con Boethin tendría lugar el 5 de diciembre de 2008. Lamentablemente, el cometa Boethin se desintegró sin previo aviso y hubo que elegir un nuevo objetivo. Desde julio de 2005 la sonda permaneció en estado de hibernación y fue ‘despertada’ cada seis meses para comprobar su estado.

Secuencia de funcionamiento de EPOXI hasta el encuentro con el cometa Hartley (NASA/JPL).

El 3 de julio de 2007 la NASA prolongó la misión y rebautizó la sonda como EPOXI -Deep Impact Extended Investigation (DIXI), and the Extrasolar Planet Observation and Characterization (EPOCh)-. El objetivo de EPOXI sería ahora doble. Por un lado se configuró la misión para sobrevolar otro cometa y al mismo tiempo buscaría planetas extrasolares por el método del tránsito. El defecto en la óptica del instrumento HRI se convertiría así en una ventaja, ya que el desenfoque de la cámara ayudaría a obtener mejores curvas de luz de las estrellas. Al mismo tiempo se procedería a estudiar la Tierra como si fuera un planeta extrasolar, obteniendo espectros de calidad de nuestro mundo vistos desde lejos. La misión EPOCh no descubrió ningún exoplaneta nuevo, pero sí estudió en detalle varios ya conocidos, como es el caso de XO-2b, Gliese 436b, HAT-P-4b, TrES-3, WASP-3b, TrES-2 y HAT-P-7b.

En cuanto al segundo encuentro cometario, tras estudiar varios candidatos se eligió 103P/Hartley 2, un cometa muy pequeño, con un núcleo elongado de 2,2 kilómetros de longitud y un diámetro medio de 1,2 kilómetros. Para llegar hasta él, EPOXI tuvo que llevar a cabo tres sobrevuelos de la Tierra en diciembre de 2007, diciembre de 2008 y junio de 2010, además de dos encuentros lejanos con nuestro planeta en junio y diciembre de 2009. El encuentro con el cometa Hartley 2 tuvo lugar el 4 de noviembre de 2010 a las 13:59 UTC. EPOXI se acercó a 694 kilómetros del núcleo del cometa a una velocidad relativa de 12,3 km/s, revelando un objeto en forma de cacahuete formado por la unión no rígida de dos trozos cometarios. Hartley 2 resultó ser completamente distinto al Tempel 1, presentando evidentes chorros de vapor de agua, dióxido de carbono y polvo. O sea, la típica actividad que se supone debe presentar un cometa. Eso sí, EPOXI descubrió que el dióxido de carbono era el compuesto que estaba detrás de la mayor parte de la actividad del cometa. Las regiones activas resultaron cubrir el 2% de la superficie del cuerpo.
Cometa Hartley 2 (NASA/JPL).Geometría del encuentro (NASA/JPL).
Comparativa entre el Tempel 1 y el Hartley 2 (NASA/JPL).

La misión EPOXI fue todo un éxito si tenemos en cuenta que le salió a la NASA por tan solo 42 millones de dólares. Como comparación, el coste de la misión hasta ese momento había sido de 333 millones de dólares. En el momento de perder el contacto con la Tierra, la sonda Deep Impact/EPOXI se encontraba en una trayectoria que la habría llevado cerca del asteroide 2002GT en 2020, aunque pocos esperaban que siguiese funcionando hasta esa fecha.

Gracias a Deep Impact hemos explorado dos cometas y estudiado los planetas extrasolares, además de sentar las bases de las futuras misiones para interceptar asteroides. Sin duda, pocas misiones han generado tantos resultados científicos por tan poco dinero. Hasta siempre, pequeña.

15 comentarios

Participa Suscríbete

Miguel Rodríguez Miguel Rodríguez

Adios Deep Impact, autora del primer “ataque” a un cuerpo celeste 😀

Qué diferencia con ese láser que reventaba Alderaan desde la Estrella de la Muerte 😉

Ahora en serio, creo que el rédito científico de la misión Deep Impact -EPOXI en el conocimiento de los cometas ha sido muy alto.

hugo walter pacilio hugo walter pacilio

La verdad que esta sonda fue un éxito a pesar de algunos problemas iniciales , pero nos demuestra que haciendo las cosas bien y una planificación meticulosa se puede hacer mucho ,además de las bellas imágenes del impacto del impactador sobre el cometa Tempel , esa una demostración de que hay que invertir siempre en ciencia que en otras cosas ….

Anonymous Anonymous

Una errata tonta (o quizá no): “impactor”. Creo que debería ser “impactador”. Ni una ni otra están en el DRAE, ni en ningún otro diccionario, aunque impactador se usa en ingeniería (no localicé ninguna referencia en aeronáutica). Pienso que debería ser así porque en latín sería “impactator”. En inglés es “impactor” por la misma razón que es “emperor” (porque no viene del latín “imperator” > emperador, sino del oïl-normando “empereur”).
http://iate.europa.eu/iatediff/Searc...hqLahiLc3v0

Anonymous Anonymous

Daniel de que tamaño debería avecindo el impactador para provocar una desviación significativa en la trayectoria del cometa.

Jerry Jeldres Jerry Jeldres

En tu descripción hablas de “MATERIAL ORGÁNICO”= eso es material con vida extraterrestre, material potencialmente orgánico…que es “material orgánico” en lenguaje de composición del cometa?, saludos

Giaume Vidal Alessandrini Giaume Vidal Alessandrini

Es mi primera lectura…estoy sorprendido y agradecido. Un regalo para mi cumpleaños 90 y pena por no haber estudiado astronomía..pero como profesor de filosofía me consuelo pensando que tantos científicos y técnicos usen sus cualidades para el saber del hombre.Gracias.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *