Urano, Neptuno o el cinturón de Kuiper: ¿qué debemos explorar primero?

¿Cuáles son los dos planetas peor estudiados del sistema solar? Sin lugar a duda, Urano y Neptuno. Los dos gigantes solo fueron visitados brevemente por la sonda Voyager 2 en 1986 y 1989, respectivamente, mientras que el resto de planetas ha sido explorado por, como mínimo, dos misiones espaciales. No en vano, el sistema de lunas de Urano es con diferencia el peor conocido de todos. Por si fuera poco, Urano y Neptuno son gigantes de hielo, un tipo de planeta diferente de los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno que es extremadamente común en nuestra Galaxia. Para la NASA la exploración de Urano y Neptuno es una prioridad, pero a largo plazo. Todavía no se ha aprobado ninguna misión para el estudio de los gigantes de hielo, pero la agencia espacial está estudiando propuestas para mandar naves más allá de 2030. En un informe que se publicó el año pasado la NASA concluía que lo ideal era —obviamente— estudiar cada planeta con un orbitador independiente. Y, puesto que esta opción es demasiado cara, el estudio prioriza un orbitador para explorar Urano y su sistema de lunas antes que Neptuno. ¿Pero es esta la solución ideal para estudiar el sistema solar exterior?

Sondas para el estudio de los gigantes de hielo (http://www.bisbos.com/space_neptuneprobes.html).

Pues para algunos investigadores de la NASA, con Alan Stern —el investigador principal de la misión New Horizons— a la cabeza, la respuesta es un rotundo no. El sistema solar exterior no se limita a Urano y Neptuno: más allá hay una increíble colección de cuerpos de todos los tamaños que conocemos como el cinturón de Kuiper. La sonda New Horizons demostró precisamente que el mayor objeto del cinturón de Kuiper (KBO), el planeta enano Plutón, es un mundo fascinante e increíblemente complejo con glaciares, cordilleras, una atmósfera y cambios climáticos. La contrapropuesta de Stern y sus colegas es enviar dos sondas distintas: un orbitador de Neptuno y una sonda de sobrevuelo que pasaría por Urano y varios objetos del cinturón de Kuiper.

Neptuno visto por el telescopio VLT con óptica adaptativa (ESO/VLT).

Como vemos, esta propuesta contradice las conclusiones del estudio que antes citábamos, ya que prioriza un orbitador a Neptuno dotado de una subsonda atmosférica —el informe de la NASA concluyó que esta sonda atmosférica aumentaba significativamente el retorno científico de la misión— frente a uno alrededor de Urano. El objetivo detrás de esta decisión es poder estudiar en detalle Tritón, la mayor luna de Neptuno y que es al mismo tiempo un objeto del cinturón de Kuiper capturado por este gigante de hielo durante la formación del sistema solar. No obstante, también deja la puerta abierta a que el orbitador estudie Urano y que la sonda de sobrevuelo pase por Neptuno. Recordemos que el informe del año pasado concluía que ambos planetas y sus sistemas de lunas eran igualmente interesantes, pero favorecía Urano por estar más cerca, lo que se traduce en un menor tiempo de vuelo y, por lo tanto, menores costes.

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Las cuatro opciones principales para el estudio de Urano y Neptuno según la NASA. De izqda. a dcha.: orbitador de Neptuno con sonda atmosférica y etapa SEP, sonda de sobrevuelo de Urano con sonda atmosférica, orbitador de Urano con sonda atmosférica y orbitador de Urano sin sonda atmosférica (NASA).
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Resumen de las cuatro opciones de sondas elegidas por la NASA para el estudio de los gigantes de hielo (NASA).

Esta nueva propuesta incluye dos naves, una sonda de tipo Flagship —o sea, con un coste de unos 2.600 millones de dólares— que orbitaría Neptuno y otra de tipo New Frontiers —con un presupuesto de unos mil millones— encargada de sobrevolar Urano y varios objetos del cinturón de Kuiper. El orbitador de Neptuno observaría el gigante de hielo entre dos y cuatro años y realizaría al menos diez sobrevuelos de Tritón. Además incluiría una subsonda para medir las características y la composición —especialmente las proporciones de isótopos— de la atmósfera neptuniana. Para rematar el viaje la sonda podría realizar un sobrevuelo de algún centauro, un tipo de cuerpos menores del sistema solar que probablemente sean objetos del cinturón de Kuiper original que resultaron perturbados por el movimiento de los gigantes de hielo cuando estos migraron al exterior del sistema solar.

Urano (arriba) y Neptuno (abajo) (NASA/ESA/STScI/ESO).

La sonda a Urano también podría sobrevolar algún centauro, aunque su objetivo principal es, además del gigante de hielo, explorar  un objeto del cinturón de Kuiper de pequeño tamaño y algún planeta enano. La nave emplearía una maniobra de asistencia gravitatoria con Urano para poder dirigirse hacia el planeta enano y otros KBOs. Gracias al empleo de esta asistencia la sonda sería capaz de visitar Orcus o Varuna sin necesidad de ninguna maniobra propulsiva. Si, además, efectuase alguna maniobra, tendría a su alcance más planetas enanos, algunos tan famosos como Haumea, Makemake o Sedna. Lo ideal es que esta nave también contase con una subsonda atmosférica para comparar la composición de Urano con la de Neptuno y averiguar de este modo cuál es el origen de las extrañas diferencias entre los dos gigantes de hielo. Como esta subsonda se sale del presupuesto su inclusión solo sería posible si otra agencia espacial —¿ESA?— colaborase en el proyecto. Las dos sondas se lanzarían mediante cohetes pesados convencionales —Falcon Heavy, Atlas V, Vulcan, etc.— o bien con un único lanzamiento del SLS.

Objetos transneptunianos y KBOs más grandes (NASA).

El objetivo de esta propuesta es eliminar la competencia interna entre la comunidad de investigadores planetarios que consideran que el estudio de los gigantes de hielo es la máxima prioridad en el sistema solar exterior y aquellos que son partidarios de la exploración de los KBOs. En teoría estas dos misiones deberían salir por solo 3.600 millones de dólares —al final seguro que es más—, una ganga si lo comparamos con el precio de otras sondas espaciales. Estamos hablando, ni más ni menos, de explorar la región más grande y peor conocida del sistema solar. ¿Acaso no vale la pena?

Algunos planetas enanos del cinturón de Kuiper (NASA).

Referencias:

  • https://arxiv.org/pdf/1807.08769.pdf


70 Comentarios

  1. Sabiendo que el dinero siempre es el problema quizas sobrevuelos de ambos planetas que continuaran en el cinturon de Kuiper, aunque eso si con sondas atmosfericas, e incluyeran Cubesats fuera lo mejor.

    Si no, esperar que en 2030 se pudiera lanzar un orbitador mas compacto y que por tanto llegara antes a Neptuno (ese orbitador pesa mas que Cassini cuando fue lanzada), y si pudiera ser tambien a Urano mucho mejor, al progresar tecnologias de propulsion y los cohetes.

  2. En estas misiones hay alguna especulación de cual sería la fuente energetica viable? En estas páginas el tema de los paneles solares vs RTG ha consumido muchos megabytes.

    1. RTGs o si están disponibles generadores Stirling que usan menos Plutonio al coste de tener partes móviles. En caso de usar uba etapa de propulsión eléctrica sería con energía solar y está se separaría al alejarse del Sol o acabado el Xenón.

  3. Seria bueno construir una supersonda generalizada, grande, con redundancias, con un robonauta, con un generador nuclear de electricidad, para que anduviera paseando decadas por el sistema solar exterior. Una especie de BFS sin tripulacion, cargada de instrumentos y robots.

  4. ¿En qué posición relativa se encuentran ahora Urano y Neptuno, respecto de la Tierra? ¿Hay alguna posibilidad de usar UN MISMO LANZAMIENTO para llegar a los dos planetas?

    Me explico:

    -Se lanzan las dos sondas a LEO con cohetes convencionales (no es tanto peso) y todo el combustible posible en la capacidad de carga restante, sin soltarse de sus segundas etapas.
    -Se acoplan en línea, trasvasan combustible entre las dos etapas a una y se desecha la otra.
    -Si hace falta otro lanzamiento para acabar de llenar, se llena.
    -Se lanza el conjunto hacia una rasante segura del Sol, para aprovechar toda su asistencia gravitatoria sin freír los sistemas.
    -Una sonda se separa en el momento adecuado para ir hacia Urano, y enciende sus SEP (tan cerca del Sol, la energía disponible será muy jugosa) incluso pudiendo usar los paneles solares para acelerar algo más por la presión de luz (las sondas a Mercurio, Mariner y Messenger, usaron sus paneles solares para ajustar órbita, y éstas estarían más cerca aún).
    -La segunda se separa de la etapa propulsiva ya agotada tras el último encendido corrector (supongo que se necesitaría uno, dadas las diferentes distancias y posiciones planetarias) y enciende su SEP en dirección a Neptuno.

    Ya tienes dos sondas en marcha con un lanzamiento desde LEO, sin supercohetes.

    Creo que, incluso, podrían usar las atmósferas de sus objetivos para aerofrenar y así poder alcanzarlos a la máxima velocidad posible.

    Si me apuráis, incluso se podría cargar otra sonda más pequeña y simple, para perderse en dirección al Cinturón de Kuiper.

    ¿Es factible ésto? ¿O es mejor 2/3 lanzamientos directos de supercohetes para 2/3 sondas?

    1. No estoy seguro, pero creo no es posible en un solo lanzamiento ir a los dos planetas.
      Es un viaje largo, de pronto el viaje hasta Jupiter que sirve de impulsor sea el mismo, pero desde allí: o se viaja a Urano o se viaja a Neptuno, pero no se puede ambos, la separación entre Urano y Neptuno es enorme, y mas si se esta pensando en colocar dos orbitadores.. y aunque hay varias técnicas de trayectoria, como mínima energía pero mas tiempo, o menos tiempo pero frenar para insertarse en órbita, igual son dos misiones distintas con variables distintas.
      Solo una alineación de esas raras, le permitió a la Voyager 2 no solo ir a Jupiter y Saturno sino a Urano y Neptuno en una sola trayectoria de sobrevuelo. Pero eso no va a ocurrir sino hasta dentro muchos pero muchos años, pero muchos años, ..ahora condiciones de órbita de los planetas son distintas.

    2. -Necesitarias una segunda etapa nueva ya que no están preparadas para transferir combustible ni para operar mucho tiempo. Habría que transpasar otro “consumibles” como el helio usado en la presurización, carga de las baterías etc. Incluso si se usa keroseno este se puede congelar.

      – El Sol no te proporciona ninguna asistencia gravitatoria ya que siempre estás en su sistema de referencia. Solo lo haría si salieras de su campo de influencia hacia otra estrella.

      https://youtu.be/16jr7WWGSxo

      Es más, viajar hacia el sol es muy complicado. Casí tanto que es más fácil lanzar algo a Júpiter, y que este te frene para así caer al Sol o hacer múltiples asistencias en Venus (Como la Parker) para acercarte a este.

      Para que cada sonda llegue a su respectivo planeta no puedes acelerar ambos en una dirección, soltarlo y luego en otra ya que cuando lo sueltas ambas estan en la misma órbita y “rotarla” es casi tan exigente o más como aumentarla. Es casi como disparar dos balas y que mientras la segunda está en el cañón querer girarlo 30°. Lo que puedes hacer es que ambas tengan el mismo trayecto y cuando vayan ha hacer una asistencia por ejemplo en Marte que cada una tome su camino. Pero lo más probable es que tengan que llegar a Marte con meses de diferencia.

      Por último, lo que limita estás misiones no es el gasto del lanzamiento en si. Es el tener que operarlas durante los 16 años de crucero y los 3 de operación.

      1. ¿No se hablaba, cuando pasó el pedrusco ese de los besitos (‘Oumuamua, jejejeje), de lanzar una sonda en vuelo rasante al Sol para darle velocidad y rumbo e interceptar el asteroide (supuestamente) interestelar? ¿Eso no es una asistencia gravitatoria?

        Decía de usar el Sol para modificar el rumbo, porque los dos planetas ahora están por delante de nosotros. Pero vamos, que Júpiter estará en una posición relativamente buena en dos o tres años, al menos para uno de los dos planetas.

        En principio (tal y como yo lo veo desde mi ignorancia en mecánica orbital), si estás trazando una órbita, te sueltas y te propulsas, mientras el resto de tu nave sigue trazando la órbita, puedes alcanzar dos objetivos con la misma trayectoria inicial. No hay que modificar nada… “simplemente” soltarte en el momento adecuado de la trazada de la curva (perdóneseme el símil automovilístico), mientras la otra sonda sigue “en su carril”. Al fin y al cabo, excepto Plutón, todos los planetas están en el mismo plano, no hay que “ascender” o “descender” a otro plano orbital, con lo que no hay un gasto de energía extra.

        No sé si me expliqué bien al principio: se trata de trazar una órbita HACIA Neptuno con TODA la nave (entiéndase las dos sondas unidas, y sus SEP) y, mientras se está apuntando a Neptuno, soltar una de las sondas en el punto óptimo y que ELLA SOLA acelere para aumentar su órbita (y la amplitud de su curva) de forma que intercepte a Urano. No se trata de apuntar a uno y luego al otro, sino de apuntar a uno y, MIENTRAS, soltar una parte hacia el otro. Usando tu símil de la bala, sería como girarse de golpe para dispararle a… no sé, Batman mismo que está a un cuarto de vuelta a tu izquierda, y, mientras el fusil gira, disparar una bala hacia el “batchisme” que tiene en la mano izquierda para lanzártelo y acabar el giro para dispararle a él en el pecho (cosa que, indefectiblemente, acabará contigo apalizado y en la cárcel, jajajajaja).

        Salu2

        1. Se llama efecto Oberth, creo. Una maniobra impulsiva es más efectiva cuanto más “hondo” en el pozo gravitatorio se efectúa. No es una asistencia gravitatoria normal, sino que requiere de un encendido de motor con una ∆v importante.

          Las pegas más significativas son para mí las que te ha puesto Angel24Marin.

      2. Cierto que el sol no te proporciona asistencia gravitatoria, pero si consigues acercarte a él lo suficiente puedes usarlo para efectuar una maniobra Oberth y ganar mucha Delta V con poco gasto de combustible. Pero claro, para acercarte tanto al sol necesitarías otras asistencias antes, venus y la tierra por ejemplo.

        En cuanto a lo de “separarse y apuntar” tienes razón… siempre que no haya nada en el camino. Pero si vas a usar júpiter para una asistencia gravitatoria sí que puedes separar las trayectorias dramáticamente con poco Delta V. Hasta Júpiter las dos sondas van juntas, y cuando ya están muy cerca de Júpiter se separan y cada una “ataca” a Júpiter con la altitud y ángulo que le convenga para salir catapultada a su destino.

        Pero claro, esto es suponiendo que en ese momento los tres planetas tienen una alineación más o menos adecuada para ello. Si no la tienen, podrías hacer también la maniobra Oberth en el sol de las dos sondas de forma un poco distinta, para que cada una llegue a Júpiter cuando mejor convenga para la asistencia que necesita.

        Todo esto lo digo porque me parece lógico, pero mi mecánica orbital viene de leer blogs y poco más. Ni al Kerbal he jugao. Así que es fácil que meta la pata en algo…

        Un saludo.

  5. Visto desde nuestro polo Norte la mayoria de los planetas giran en sentido antihorario. Urano y Neptuno tambien. En este momento Neptuno nos adelanta por mas o menos 20 grados y Urano por 60°

  6. Mi impresión personal es que se debería diferenciar lo que es explorar el sistema solar de lo que es hacer “ciencia planetaria”. Creo que los espaciotrastornados deseamos más lo primero (en general) y la NASA y los científicos buscan ahora ya exclusivamente lo segundo.

    Me intento explicar. Resulta frustrante la velocidad de desplazamiento y la superficie explorada por Curiosity. Pero es que su objetivo no era explorar Marte. Para eso se habría diseñado algo radicalmente diferente. Una IA capaz de dirigirse sola y recorrer miles de kilómetros en unos pocos años. Resulta frustrante la escasez de sondas a las lunas de los gigantes gaseosos, a los KBO, a Oumuamua etc. debido al precio ridículamente elevado que tienen. Que no se haga un bus con un set de instrumentos y se lancen dos o tres sondas al año. Pero es que Curiosity no es un explorador, es un laboratorio móvil. Y Cassini no es un explorador como las Mariner. Es una plataforma científica.

    Mi opinión, misiones de exploración a decenas. La ciencia vendrá detrás corriendo cuando sean aún más evidentes las maravillas ocultas en el sistema solar.

    1. El problema es que incluso las misiones de “exploración” cuestan mucho y tardan demasiado también…

      Pero si estoy de acuerdo que es mejor explorar ahora, ampliar conocimiento, y conforme la tecnología avance investigar más en detalle…

  7. Sería muy descabellado pensar en tres sondas basadas en la New horizonte para estudiar urano, neptuno y cepna o megor una sonda tipo proyecto prometeo dotada de un mínimo reactor nuclear para esplorar los gigantes de hielo total soñar es gratis

  8. Si Lockheed Martin le importara la ciencia seguro que tendriamos de esas hasta para investigar areolitos en el cinturon extrasolar, solo porque serian demasiados y harian mucho vulto por lo lleno que se encontraria nuestro sistema solar interno. XD

  9. Con lo que ha costado hasta ahora el proyecto del Telescopio Espacial James Webb,
    fácilmente seria realidad tres misiones tipo FlagShip para explorar cientifiocamente Urano, Neptuno y el Cinturón de Kuiper.

  10. Y por qué no, diseñar una familia de sondas, al igual que se hacen series de cohetes, y cada dos años se van lanzando sondas a diferentes sitios del sistema solar, con diferentes tamaños y requisitos, pero todas bajo el mismo “esqueleto”, misma cadena de montaje..

  11. 2030. Más los años de viaje. Todos calvos!
    Los tiempos es lo más desasosegante de todo esto. Puede incluso que muchos de los impulsores científicos no estén cuando lleguen las naves a sus objetivos.
    El otro dia hice cuentas. 66 años entre el vuelo de los Wright y el primer alunizaje. Llevamos ya 46 sin salir de la órbita terrestre otra vez, y muy probablemente acabaremos superando esos 66 antes de volver a alunizar.

    1. se ha cometido un pecado de simplificación, espacio, astronautas, cosmonautas (si, fueron los primeros, pero no han pasado de la órbita terrestre, en realidad aviadores estratosféricos,, o ionosféricos). Las dificultades de adentrarse en el espacio profundo crecen de forma geométrica, y hay mucho interés creado viviendo del cuento. Lo mas probable es que nunca volvamos, y lo de Marte…eso es de locos visionarios con deficit de serotonina y exceso de películas…

  12. No e leido todos los comentarios, pero creo que soy el unico que piensa: “lo primero que se tiene que explorar es el cinturon” hay un monton de recursos esperando a ser recolectados/mineados/capturados,

  13. Una interesante cuestión, ¿Cuanto cuesta todo esto? ¿la tecnología de cubesats será la revolución esperada?

    ¿Realmente un orbitador a Urano o Neptuno cuesta casi 3 Mil Millones?

    Si los cubesats que van hacia Marte con Insight, y otros que están en la Luna gracias a China, empiezan a demostrar que pequeñas naves pueden sobrevivir años en el espacio y largos viajes…

    ¿Se pueden hacer sondas más complejas con tecnología de cubesats?

    1. Eso pensaba yo. Cosas cómo un par de sondas lanzadas a la vez y que fueran juntas, separándose cierto tiempo después y una a Urano y otra a Neptuno. O dos sondas de sobrevuelo que dejaran cubesats estudiando los dos planetas.

    2. Ejemplo: ¿podría un cubesat detectar un lago subterráneo en Marte? Pues teniendo las absolutamente necesarias antenas de 20 metros sí. Ahora que… ¡menudo pedazo de “cubesat” sería! 🙂

      Es decir: la electrónica es miniaturizable, los instrumentos no tanto… y no olvidemos la fuente de poder que ha de alimentar a esos instrumentos 😉

  14. Mis preferencias van por el orbitador a Neptuno (aunque la mayoría estemos casi muertos para cuando llegue una sonda a ese planeta), y por un sobrevuelo a Urano y luego a todos los objetos que se pueda de camino a la nube de Oort.

    Casi prefiero la “poca” información que consiguió la New Horizons unicamente de Plutón, pero que sea de muchos objetos diferentes, a la gran cantidad de información que consiguió la Cassini, unicamente del sistema de Saturno, sin posibilidades de visitar otros cuerpos.

    1. En mi opinión gana Cassini. Estudiar Saturno, sus anillos, sus 62 lunas, aterrizar en una de ellas, (la única del sistema solar con atmósfera), descubrir pruebas de condiciónes para la vida en otra etc. Se dice poco…

      1. Si, pero también gracias a la gran cantidad de información conseguida por Cassini, van a pasar muchos años antes de volver al sistema de Saturno.

        En cambio si consigues una misión como la New Horizons que pueda visitar varios cuerpos diferentes, puedes conseguir una pequeña parte de información y dependiendo de los descubrimientos, se podría enviar una misión más ambiciosa.

        1. Precisamente. Dependiendo de los descubrimientos, se podría enviar una misión más ambiciosa. ¿Qué dice la lista de “lo ya descubierto” versus “misiones enviadas a estudiar exclusivamente lo ya descubierto”?

          Planetas rocosos
          ✅ Venus
          ✅ Marte
          ✅ Mercurio

          Gigantes gaseosos
          ✅ Júpiter
          ✅ Saturno

          KBOs
          ✅ Plutón
          ✅ Caronte
          ✔️ 2014 MU69 (enero de 2019)

          Gigantes de hielo
          ❌ Urano
          ❌ Neptuno
          ¿No va siendo hora de “una Cassini” para estudiar BIEN al menos uno de ellos? ¿El más lejano, cuya “atracción principal” es el KBO Tritón? ¿O el más cercano, con muchas más lunas (algunas de ellas KBOs), un complejo sistema de anillos, y que además es el único planeta “tumbado” del sistema solar?

          Mi fascinómetro apunta a Urano 🙂
          Saludos.

  15. ¿En qué orden sería más factible obtener fondos para dos misiones FlagShip, una a Urano y otra a Neptuno, caso de no poder conseguir para las dos? Teniendo en cuenta que a los legisladores les interesan más sus carreras políticas y, por ende, su imagen ante el electorado, considero que es mejor conseguir de inicio fondos para un orbitador a Neptuno. Mi razonamiento es el siguiente:

    Si se pidiera primero para una misión a Neptuno, se podría alegar que con ella también se estudiaría al primo de Plutón, lo cual resultaría más atractivo (desde el punto de vista mediático, no científico), que decir que también se podrían estudiar un sistema de lunas, como habría de decirse si se pidieran fondos primeramente para una misión Urano, pues éstas resultan ser más bien pequeñas, poco activas y opacas.

    Por otro lado, si ya se hubiese designado el presupuesto para una misión a Neptuno (a diferencia de si hubiesen otorgado para una a Urano), se podría argumentar que no debería ser tan complicado designarlos también para un orbitador a Urano puesto que, por la mayor cercanía de dicho planeta, el lapso del retorno en imagen, para los que asignaran presupuesto, sería más breve, además de que el costo de la misión sería menor.

  16. [previo al JWST el primer concepto de este tipo de telescopio fue el Hi-Z, eso por allá, en 1994, pero a mediados de los 90’s+ la idea evoluciono en el NGST, en 1999 se dio vía libre al desarrollo del telescopio, se le dio esa responsabilidad de fabricación a Northrop Grumman, se le otorgo presupuesto, y el lanzamiento se planifico para el 2007, allí comenzó el camino el JWST con el nombre de NGST. En el 2002 el proyecto fue rebautizado como Telescopio Espacial James Webb (JWST). Pero para resumir, ya estamos a 2018, y el lanzamiento ahora espera el 2021. Una largaaaaaa pero bien largaaaaaaa espera…. esperando que terminen de desarrollar y construir el JWST.]
    Nadie duda que el JWST es un importante proyecto, el mas ambicioso, y por supuesto se quiere que tenga éxito y que este allí y recibir el retorno científico.
    .. pero si que ha sido una aspiradora de presupuesto enorme que ha perjudicado otros proyectos.

    ¡creo que ni en el desarrollo del programa del Saturno V y el Apollo duraron tanto!
    veintidós años (22 años) esperando se lance el Telescopio Espacial James Webb (si se lanza en 2021 claro)
    ¿cuantas misiones Urano, Neptuno y al Cinturon de Kuiper hubiera alcanzado con ese presupuesto y en ese tiempo?

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 30 julio, 2018
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Astronomía • NASA • Sistema Solar