Sondas a la Luna, Vesta y Marte para determinar la historia del sistema solar

Por Daniel Marín, el 11 enero, 2021. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Luna • Marte • NASA • Sistema Solar ✎ 31

En las últimas décadas las misiones espaciales de retorno de muestras se han hecho muy populares por su enorme potencial de retorno científico. La carga de instrumentos científicos de una pequeña nave espacial siempre será muy limitada, pero si las muestras están en la Tierra se podrán analizar con todo tipo de técnicas e instrumentos. El análisis de las muestras de otros cuerpos del sistema solar nos permite además calcular directamente la edad de determinadas formaciones geológicas. Esto es clave porque, por el momento, solo hemos podido medir la edad de muestras procedentes de la Luna y del asteroide Itokawa (y en breve podremos hacer lo mismo con las muestras del asteroide Ryugu). Entonces, ¿cómo sabemos la edad de los cráteres y de las diversas formaciones del sistema solar? Pues, dicho de forma simple, extrapolando nuestros conocimientos sobre la Luna, que es el cuerpo más estudiado y del que disponemos mayor cantidad de rocas y regolito. Pero esta extrapolación tiene sus límites (de hecho, todas las muestras del Apolo y de las sondas Luna tienen una edad superior a los 3500 millones de años, de ahí que las muestras de la sonda Chang’e 5, más jóvenes, vayan a ser fundamentales para datar los últimos eones de historia lunar y, por extensión, de otros cuerpos del sistema solar).

Recreación del impacto que formó la cuenca Rheasilvia en Vesta (Martin Jutzi).

Por este motivo, en los próximos años vamos a ver más misiones de retorno de muestras de la Luna, de asteroides y de Marte. Desgraciadamente, es evidente que no podemos traer rocas de todos los objetos y lugares interesantes del sistema solar. ¿Qué hacer? Pues una alternativa es enviar sondas capaces de calcular la edad de las rocas estudiadas in situ, sin necesidad de devolverlas a la Tierra. De esta forma el coste y la complejidad de la misión baja significativamente. Es cierto que los análisis de las muestras de otros cuerpos astronómicos nos permiten además estudiar la composición y otras características de las mismas, pero si queremos escribir una historia coherente del sistema solar la datación es una prioridad. Por este motivo, el año pasado varios investigadores de la NASA presentaron el borrador de una propuesta de misión para calcular la edad de tres zonas del sistema solar usando la misma instrumentación. La misión, de tipo New Frontiers —o sea, con un coste máximo de unos mil millones de dólares—, consistiría en tres sondas independientes que aterrizarían en la Luna, Vesta y Marte.

Los periodos geológicos de los planetas rocosos y los asteroides no suelen coincidir. ¿Hasta qué punto estamos seguros de cuándo tuvieron lugar? (NASA / Cohen et al.).

Las sondas deberán determinar la edad de algunas de las mayores cuencas de impacto de estos tres astros, lo que permitiría saber hasta qué punto las extrapolaciones que hemos venido haciendo tomando la Luna como referencia son adecuadas. Además, la datación servirá para reducir la enorme incertidumbre actual de muchos modelos de evolución del sistema solar. En el caso de la Luna, la prioridad es, como hemos visto, estudiar una región joven, pero, teniendo en cuenta que la sonda china Chang’e 5 ya ha hecho precisamente esto, la otra alternativa es analizar una zona muy antigua que se haya formado antes que el Mare Imbrium, hace 3900 millones de años. Las zonas candidatas para el aterrizaje en este caso serían el cráter Peirce o el cráter Rosse. Otras propuestas han sugerido traer muestras de la cuenca Aitken del polo sur lunar, donde actualmente se encuentra la sonda Chang’e 4, pero, al estar situada en la cara oculta de la Luna, una misión de este tipo sería más costosa.

a) La sonda lunar en la cofia del Falcon Heavy de 5 m; b) Sonda lunar; c) Sonda para Vesta; d) La sonda para Vesta con los paneles solares desplegados; e) La sonda marciana sería similar a Phoenix, pero con una carga de instrumentos diferente (NASA / Cohen et al.).

El objetivo en Marte sería calcular la edad de las planicies volcánicas de la era Hespérica, hace entre 3500 y 1800 millones de años. Saber hasta cuándo Marte presentó una actividad volcánica intensa permitiría ajustar mejor los modelos de su interior —que actualmente están siendo revisados gracias a la misión InSight— y, por otro lado, nos serviría para entender mejor las condiciones de habitabilidad durante la era Hespérica y durante la anterior, la era Noeica. El rover Perseverance recogerá muestras del cráter Jezero —con una edad unos cuatro mil millones de años— y, con suerte, acabarán en la Tierra en 2031. Esta misión de datación adicional permitiría disponer de un segundo punto, más reciente, en la gráfica de las edades de la superficie marciana y, por tanto, conocer mucho mejor la historia del planeta rojo. Otra alternativa, como en la Luna, es estudiar lugares más antiguos, en este caso, terrenos arcillosos del final de la era Noeica. De esta forma se podría fijar la edad de este periodo en el que Marte fue habitable. Por suerte, hay zonas en Marte donde pueden encontrarse los dos tipos de terreno, como Nili Fossae, Syrtis o Mawrth Vallis. El problema, obviamente, es que para estudiar ambas zonas a la vez es necesario un rover, lo que dispararía el coste de la misión.

Carga de instrumentos para las sondas a la Luna y Vesta (NASA / Cohen et al.).

El estudio de las edades de la Luna y Marte es obviamente interesante, pero, ¿por qué Vesta y no otro asteroide? El motivo es que este cuerpo presenta dos enormes cuencas de impacto, Rheasilvia y Veneneia, que han dado lugar a varios grupos de asteroides. Por culpa de estos impactos, fragmentos del propio Vesta han acabado como meteoritos en la Tierra. Además, Vesta se formó en el origen del sistema solar y ha sobrevivido relativamente intacto desde entonces, por lo que es un testigo directo de la actividad del cinturón de asteroides. Sin embargo, no conocemos bien la edad de estas cuencas de impacto. De hecho, según el modelo que elijamos Rheasilvia se pudo formar hace mucho tiempo, 3400 millones de años, o «recientemente», hace tan solo hace mil o dos mil millones de años. Un buen ejemplo de lo poco que conocemos la geocronología del cinturón de asteroides. La sonda a Vesta podría aterrizar en el fondo de la cuenca Rheasilvia o en el cráter Marcia.

a) Instrumento CDEX b) Instrumento KArLE (NASA / Cohen et al.).

Las sondas a la Luna y a Vesta tendrían un diseño muy parecido, aunque la sonda a Vesta incorporaría mayores paneles solares y una antena de alta ganancia más grande, entre otros cambios. La sonda a Vesta podría dar varios saltos por la superficie para datar diferentes zonas del asteroide. La sonda a Marte usaría un diseño diferente por motivos obvios. Para reducir costes, podría emplear el diseño de las sondas Phoenix e InSight. Con el fin de calcular las edades de las zonas de aterrizaje, las sondas estudiarían la proporción de varias parejas de isótopos: potasio-40 y argón-40 por un lado, y rubidio-86 y estroncio-86 por otro. Esta técnica no solo permitiría calcular la edad de la muestra, sino que también serviría para determinar cuándo se cristalizaron los minerales de una roca o si sufrió procesos erosivos o algún impacto en algún momento de su historia. Para medir la proporción de rubidio y estroncio las sondas llevarían el instrumento CDEX (Chemistry and Dating EXperiment), un espectrómetro de masas que usa una técnica de ablación mediante láser, mientras que para la proporción de potasio y argón se emplearía el espectrómetro KArLE. La precisión de ambos instrumentos sería de unos doscientos millones de años. Las sondas también llevarían un espectrómetro infrarrojo, cámaras y un sistema de recogida de muestras para dar contexto a las muestras analizadas. Cada sonda despegaría un Falcon Heavy en su versión recuperable.

Secuencia del análisis de muestras en las misiones (NASA / Cohen et al.).

Aunque todavía es un borrador de propuesta, se trata de una misión ciertamente interesante. La única pega es que el segmento lunar de la misión es un poco redundante si tenemos en cuenta las misiones que ya se han enviado, como la Chang’e 5, o las que se piensa enviar en los próximos años. Sea como sea, disponer de una cronología fiable del sistema solar interior es ciertamente una prioridad.

Referencias:

  • https://arxiv.org/pdf/2101.01131.pdf


31 Comentarios

  1. Interesante, una propuesta diferente cuando todo el mundo trata de traer muestras a la Tierra.

    Una errata: «Las sondas a la Luna y a Vesta» debería poner a la Luna y Marte.

  2. ¿No se podría adaptar la actual propuesta de misión de retorno de muestras de Marte? ¿O el cambiar las zonas (si es que es posible claro) supodría un menor retorno científico?

    1. Querría hacer una pregunta por si alguien puede ayudarme.
      Cuando nuestra tecnología mejore, en un futuro próximo, 100 años o varios siglos, y podamos viajar en naves mucho mejores que las actuales a la luna y a Marte, PENSÁIS QUE VALDRÍA LA PENA ECONÓMICAMENTE Y QUE SERÍA REALMENTE POSIBLE COLONIZAR LA LUNA Y MARTE??
      Muchas gracias por vuestra atención

      1. Adrián, he visto de refilón tu comentario. Te contesto en base a las «lecciones» que he preparado (una serie de off topics sobre los SN de la Starship). Hasta ahora he posteado la tercera y será en la sexta lección cuando hablaré precisamente de esto que preguntas.
        Lo que va a marcar la viabilidad de colonizar la Luna, Marte, los asteroides, Europa o Ganímedes, será el coste de subir un kilogramo de masa a órbita terrestre. Mientras estemos en un coste de 1000 dólares por kilogramo, nadie va a construirse un chalet en la Luna. ¿Será posible rebajar este coste a 1 $/kg?. No lo sé pero, en este caso, cualquier proyecto colonizador será economicamente más asequible. Ten en cuenta que colonizar un cuerpo celeste no es plantar una bandera, sino crear primero un sistema de transporte continuo de bienes y a la larga un comercio y un transporte de personas.

  3. ¿Tan parecido es aterrizar en la Luna o en Vesta, como para usar el mismo lander?
    (…Vestaship a la vista… LOL)
    Bromas aparte, ¿se podría usar entonces variantes del programa CLPS? A ver si va resultar que podemos aterrizar en Vesta por el precio de una misión Discovery!

  4. Iba a preguntar por qué no nos basta con analizar los meteoritos que recogemos… imagino que el problema es no saber exactamente de qué parte del cuerpo progenitor proceden…
    ¿O hay más problemas? ¿O carecemos de suficientes meteoritos? ¿O…

    1. Entiendo yo que el problema es que las muestras están contaminadas cuando se recogen en la tierra y ese es el problema aunque imagino que para una aproximación deberían bastar pero ni idea

      1. Creo que no… entiendo que lo de la contaminación es más bien para compuestos orgánicos. Creo que es más bien motivado por el hecho de que la muestra se mida sabiendo dónde se ha tomado. A fin de cuentas, el meteorito no sabes realmente de dónde ha salido y menos de qué parte. También entiendo que el meteorito se ha formado por un impacto que puede haber mezclado material de la zona con el del impactador y que eso enfollona mucho todo…
        Bueno, ni idea.

  5. En este artículo, el pie de foto que pone: «Los periodos geológicos de los planetas rocosos y los asteroides no suelen coincidir. ¿Hasta qué punto estamos seguros de cuándo tuvieron lugar?». Puede dar pie al malentendido de que los periodos geológicos de los planetas rocosos no suelen coincidir con los de los asteroides. Esta confusión la aclara el pie de foto del artículo original: «The current geologic age boundaries on the inner planets have little relationship to each other, making it challenging to interpret geologic evolution within a solar system context. Uncertainty in the relationship between each geologic era could be resolved using in situ dating».

  6. Interesante artículo!! Yo creo que los Chinos ahora corren con ventaja, el sistema Chang’e de retorno de muestras es tan versátil que puede usarse en Marte perfectamente, (claro potenciando el aterrizador y el orbitador). Lo bueno que sumando a China se pueden contrastar los resultados entre misiones occidentales y orientales, dandonos una buena presicion de la edad del sistema solar.

  7. Me vine un poco arriba pensando que el coste de la propuesta (las 3 misiones) encajaba en el coste de una New Frontiers, pero ahora entiendo que es el precio de cada una de las tres (o sea, que hacer esto en grupo es como una Flagship y eso si no se les va de las manos, que es lo habitual)

  8. Son unas misiones muy justificadas. Para tanto tiempo como hace que podemos lanzar sondas, me parece muy escaso el número de ellas que se han posado fuera de la Tierra. Y la datación de los objetos del sistema solar, por lo poco visto, tiene muy poca precisión.

    Me parece asombroso, aunque me creo que está bien estudiado, el que un cuerpo tan pequeño como Vesta haya podido fundirse en su inicio por el calor de sus isótopos radiactivos. Al tener tan poca gravedad (1/40 de la terrestre) ¿no explotaría con tanto calor, despidiendo sus materiales a más velocidad que la de escape?

    A la vista del éxito de las misiones como la Hayabusa 2 y Chang’e 5, y de que una vez entregadas las muestras continúan con nuevos objetivos, creo que sería práctico montar una red de exploración del sistema solar con el transporte basado en remolcadores con propulsión solar eléctrica, que puedan recargarse de propelente.

    1. «creo que sería práctico montar una red de exploración del sistema solar con el transporte basado en remolcadores con propulsión solar eléctrica, que puedan recargarse de propelente»

      Es una gran idea, colgar las sondas en grandes remolcadores y llevarlos a los asteroides. +1

  9. Por un lado ningún laboratorio móvil va a superar a llevarse las muestras a casa para estudiarlas. Por otro eso es mucho más caro y en teoría no van a tener importancia astrobiólogica dichos objetivos, así que a ver sí salen aunque habría más misiones competidoras -hay que volver a Venus ya, por ejemplo-

      1. Comparto creo que en los tiempos de crisis económica no está para gastar dinero en esto prefiero un Lander a europa o un globo sonda para buscar vida en Venus que se le puede vender mejor a los ciudadanos de a pie 😐

  10. Si se van a compartir las muestras y resultados de tests, con los laboratorios alrededor del globo. No entiendo esa necesidad de volver a hacer lo hecho. ¿Un pensamiento tipo los chinos son nuestra competencia no son de fiar? Prefieren gastarse miles de millones? Bueno … la ESA siempre apoyará las misiones de EEUU para ayudarles a cargar con las ineficiencias de gestión de las misiones.

    1. Eso es como si una sonda alienígena aterrizara en el Sahara y dijera que somos un planeta desértico o si lo hiciera en un océano, que somos un mundo acuático.
      Cuantas más muestras, mejor. Cuantos más análisis, mejor.
      Soy partidario de la frase esa lapidaria que dice que «si algo se puede medir, hay que medirlo» (bueno, o una frase parecida jajajaja)

  11. OT. Complementario,
    La NASA desarrolla un nuevo programa de estudio Astrofisico, a muy pequeña escala/costo; de nombre »Pioneers».
    Ya se ha escogido 4 tipos de conceptos/misiones. Lo innovador es:
    1- Que el gasto no supere los 20 millones de Dolares.
    2- Este programa es lanzado para que lo desarrollen Universidades, laboratorios, etc.
    La idea es excelente… Y se nota que el espacio se esta volviendo mas accesible.
    Saludos.

    https://www.lanasa.net/noticias/newsnasa/la-nasa-selecciona-cuatro-posibles-misiones-para-estudiar-los-secretos-del-universo

      1. Cuando se lance el SLS, lloraré en nombre del pueblo estadounidense. Pensaré … allá van 2000 millones de $ malgastados. 2000 millones de recompensa para un trabajo mal hecho, destinado a sacarle los ojos al estado.

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