Urano y Encélado: las prioridades de la NASA en el sistema solar para la próxima década

Por Daniel Marín, el 20 abril, 2022. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • NASA • Sistema Solar ✎ 109

¿Cuáles deben ser las misiones de la NASA para explorar el sistema solar durante la próxima década? A la hora de aprobar sus misiones planetarias, la agencia espacial estadounidense sigue las recomendaciones de la comunidad científica, expresadas en un documento crítico denominado el Decadal Survey. Este informe se publica, como su nombre indica, una vez cada diez años. Y justo acaba de salir el nuevo Decadal Survey que debe guiar a la NASA para el periodo 2023-2032 (el nombre completo es Origins, Worlds, and Life: A Decadal Strategy for Planetary Science and Astrobiology 2023-2032). Este informe, publicado por las Academias Nacionales de EE UU, no es un documento vinculante al ser ajeno a la NASA, pero es de facto la referencia a seguir por la agencia. O, dicho de otra manera, si la NASA aprueba una misión que no haya sido declarada prioritaria en este informe —algo que ha hecho en el pasado—, deberá justificar muy cuidadosamente el haberse salido de la «senda sagrada» del Decadal Survey. ¿Y qué novedades tiene el nuevo Decadal Survey? Pues lo más destacado es que la nueva prioridad de exploración del sistema solar pasa a ser el orbitador a Urano UOP (Uranus Orbiter and Probe), seguido de un orbilander para Encélado (Enceladus Orbilander), la luna de Saturno (sí, Urano por delante de Encélado).

La sonda UOP a Urano es la nueva prioridad de la NASA (NASA).

El informe, de casi 800 páginas, es muy extenso y prolijo y se dedica a desgranar las bondades y los inconvenientes de cada propuesta de misión espacial. En este punto, recordemos que la NASA tiene tres tipos principales de misiones planetarias, las de tipo Flagship —«buque insignia»—, las más caras, seguidas de las de tipo New Frontiers y las de tipo Discovery. El coste condiciona el número de misiones de cada clase que se pueden aprobar en una década, pero, además, hay que recordar que la dinámica de selección de estas misiones es muy diferente. Las misiones de tipo Flagship son elegidas directamente por el cuartel general de la NASA —o sea, con el respaldo de la Casa Blanca— sin ningún tipo de discusión. Por ejemplo, la próxima misión Flagship que debe despegar es Europa Clipper, para el estudio de la luna de Júpiter homónima. En el caso de las New Frontiers, la NASA limita los objetivos a los que se pueden proponer misiones de este tipo, pero la elección dependerá en última instancia de las virtudes de cada propuesta de misión en concreto.

La sonda UOP es la prioridad para la próxima década (NASA/National Academies).

Pues bien, el Decadal Survey considera que son seis los objetivos prioritarios para las misiones Flagship de la próxima década: una sonda de aterrizaje a Europa, Europa Lander; una sonda de aterrizaje para Mercurio, Mercury Lander; una misión para estudiar Neptuno y Tritón, Neptune Odyssey; una sonda para explorar Venus desde la órbita y la superficie, Venus Flagship; un orbilander para Encélado, es decir, un orbitador que también es una sonda de aterriaje, Enceladus Orbilander; y, por último, un orbitador a Urano dotado de una sonda atmosférica, UOP (Uranus Orbiter and Probe). Como hemos comentado anteriormente, el informe prioriza el orbitador a Urano, seguido del Orbilander a Encélado. Hay que decir que ambas misiones ya aparecían en el anterior Decadal Survey en este orden, aunque la misión a Encélado no incluía una fase de aterrizaje. Debido a su alto precio, la NASA solo puede permitirse sacar adelante entre una y dos misiones Flagship por década, así que esto significa que el resto de misiones tendrán que esperar al siguiente Decadal Survey a ver si tienen más suerte. La no elección de la sonda Flagship a Venus es comprensible teniendo en cuenta la relativamente gran cantidad de misiones de varias agencias espaciales que se van a lanzar hacia el planeta vecino en los próximos años (y, en el caso de Mercurio, la misión Bepi-Colombo de la ESA). No tiene sentido enviar misiones Flagship a Mercurio y Venus que se solapen con las capacidades de estas otras misiones más baratas. El caso de Europa Lander es más llamativo, teniendo en cuenta que la NASA lleva años realizando estudios de viabilidad de este proyecto. No obstante, recordemos que la agencia espacial lo hizo siguiendo motivos estrictamente políticos y no científicos (recuerda que, como apuntamos más arriba, el Decadal Survey no es vinculante). Evidentemente, antes de enviar una Flagship a la superficie de Europa habrá que esperar a los resultados de Europa Clipper y JUICE. Además, no está nada claro que una sonda de superficie sea lo más idóneo para estudiar este mundo, sobre todo si se demuestra la presencia de los géiseres europanos.

Mercury Lander, una sonda para estudiar la superficie de Mercurio. Mola, pero tendrá que esperar (JHU-APL/NASA).
Elementos de la misión VFM Flagship a Venus. Con tantas misiones a Venus planeadas, este proyecto no tiene sentido ahora mismo (NASA).
La sonda Europa Lander en Europa (NASA).
Neptune-Triton Odyssey tendrá que esperar (Johns Hopkins APL).

La aparición del Orbilander sí es una novedad relativa con respecto a otros Decadal Surveys y pone de relieve la importancia de Encélado como uno de los mundos más prometedores desde el punto de vista astrobiológico en el sistema solar. La novedad de esta misión es el doble carácter de orbitador y aterrizador de la sonda, una configuración que resulta posible gracias a la baja gravedad de Encélado y, desde el punto de vista científico, a la magnitud de los géiseres de esta luna de Saturno. Pero la verdadera novedad es la promoción de Urano como objetivo principal, superando a Neptuno y al mismísimo Encélado. Siguiendo las recomendaciones del anterior Decadal Survey, en 2015 la NASA comenzó a estudiar el concepto de una misión Flagship a los gigantes de hielo. Aunque el informe priorizaba, como ahora, Urano, la NASA no lo tenía tan claro, ¿Qué objetivo era el ideal, Urano o Neptuno? Ambos mundos son muy interesantes —sí, ahora sabemos que Urano es mucho más activo de lo que pudo ver la Voyager 2 en 1986—, pero mientras Neptuno parece ser un gigante de hielo «normal», Urano es anómalo en muchos aspectos. Lo ideal sería estudiar Neptuno si queremos comprender cómo es este tipo de planeta, que es el más común del Universo. Sin embargo, Urano está mucho más cerca, lo que se traduce en un tiempo de vuelo muuuucho menor y, además, su sistema de satélites es el peor conocido de todo el sistema solar con diferencia. Como conclusión, sería necesario explorar los dos mundos para compararlos, aunque está claro que la NASA no dispone de dinero para una misión doble. En los últimos tiempos, la balanza parecía haberse decantado a favor de Neptuno por la presencia de Tritón, una luna candidata a ser un mundo océano, de ahí que la decisión del Decadal Survey de priorizar a Urano una vez más nos haya sorprendido a muchos.

Características de los sistemas de Urano (arriba) y Neptuno (NASA/ESA).
Propuesta de misión del JPL, no incluida en el Decadal Survey, con dos sondas a Urano y Neptuno lanzadas mediante un único cohete SLS (https://twitter.com/hbhammel).

UOP (Uranus Orbiter and Probe) es una misión que durará 19 años y que debe ser lanzada entre 2031 y 2038, en función de cuando sea aprobada, lo que a su vez depende del presupuesto de la NASA. Esta sonda usaría un Falcon Heavy no reutilizable para alcanzar Urano y contaría con tres generadores de radioisótopos (RTG) con el fin de producir electricidad. Se trata de una gran sonda de 7230 kg (2760 kg sin combustible). Una vez en órbita alrededor de Urano, estudiaría su sistema de satélites para comprobar si alguna de estas lunas es, o fue en el pasado, un mundo océano. La nave contaría además con una subsonda atmosférica de 270 kg que se separaría dos meses antes de la llegada a Urano y que estudiaría la atmósfera del gigante de hielo durante unas horas, determinando su composición y proporción de isótopos —sobre todo de gases nobles—. Si se lanza en 2031 o 2032 podría aprovechar la gravedad de la Tierra y Júpiter —un sobrevuelo de cada planeta más una maniobra de espacio profundo— para llegar al gigante de hielo en 12 o 13 años (es decir, no llegaría hasta 2043 como muy pronto). Pero si se lanza entre 2033 y 2038 debería realizar un sobrevuelo de Venus y varios de la Tierra para que el tiempo de vuelo hasta Urano no supere los 15 años, ya que la maniobra de asistencia gravitatoria con Júpiter sería imposible.

Sonda UOP (Uranus Orbiter and Probe)(NASA/National Academies).
Diseño provisional de la sonda UOP (Uranus Orbiter and Probe) para Urano, la prioridad de la NASA en la década de los 30 (NASA/National Academies).
Diseño de la sonda atmosférica de UOP (NASA/National Academies).
Trayectoria de UOP para un lanzamiento en 2031 (NASA/National Academies).
Secuencia de descenso de la sonda atmosférica (NASA/National Academies).
Urano visto por el telescopio Keck en 2004 (Keck Observatory).
Urano visto por el telescopio Keck en 2004 (W.M.Keck Observatory).
Las mayores lunas de Urano vistas por la Voyager 2 (Ted Stryk/NASA).

Por su parte, Enceladus Orbilander despegaría en 2038 si la NASA tiene presupuesto suficiente o, en caso contrario, en los años 40. Usaría un Falcon Heavy o un SLS. Después de un viaje de unos siete años, se colocaría en órbita de Saturno y, posteriormente, en órbita de Encélado. La sonda pasaría un año y medio en órbita de Encélado y el mismo tiempo en la superficie de esta luna. Llevaría dos RTG y una batería. Orbilander llevaría numerosos instrumentos científicos. Para su misión orbital tendría una cámara de campo amplio, otra de pequeño campo, un altímetro lídar, un radar, un experimento de radio para determinar la estructura interna de Encélado y un espectrómetro infrarrojo. Pero los más destacables serían aquellos destinados a estudiar directamente las partículas de los géiseres en cada órbita: varios espectrómetros de masas, un microscopio, un instrumento para analizar las muestras por electroforesis microcapilar usando fluorescencia inducida mediante láser y un electrodo selectivo de iones, entre otros. La sonda recogería las muestras en cada paso a una velocidad de 720 km/h usando un embudo especial para aumentar el área de recolección (al estar en órbita de Encélado y no de Saturno, la velocidad de impacto de las partículas será mucho menor que la que encontró Cassini, lo que permitirá un mejor estudio de las mismas). El objetivo de estos instrumentos es determinar la salinidad y el pH del océano subterráneo e investigar la presencia de moléculas orgánicas, especialmente aminoácidos o lípidos, además de estudiar su quiralidad (un requisito fundamental para saber si su origen es biótico). La sonda no llevará un magnetómetro —un instrumento a priori necesario para estudiar la presencia de un océano global salado— porque el campo inducido en el océano de Encélado que puede generar la magnetosfera de Saturno es muy débil (el campo magnético de Saturno es poco intenso y, además, no está inclinado con respecto al eje de rotación del planeta).

Enceladus Orbilander (NASA).
Los chorros del hemisferio sur de Encélado vistos por la Cassini (NASA).
Los géiseres del hemisferio sur de Encélado vistos por la Cassini (NASA).
Órbita de Orbilander alrededor de Encélado (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).
Fases de la misión de Orbilander (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).
Detalle de la sonda (NASA/National Academies).

En cuanto a las misiones New Frontiers, el Decadal Survey incluye los objetivos para la sexta ronda de selección de estas misiones (recordemos que la selección de la quinta misión New Frontiers, inicialmente anunciada para 2021 o 2022, se ha retrasado a 2024). Estos objetivos son: traer muestras de un núcleo cometario, orbitar y aterrizar en un centauro, traer muestras de Ceres, un orbitador de Titán, una sonda para realizar sobrevuelos de los géiseres de Encélado, la sonda VISE a Venus, que incluye un globo aerostático para estudiar su atmósfera, una sonda atmosférica para Saturno y una red de sondas para estudiar el interior de la Luna. ¿Las novedades con respecto al anterior informe? Pues son varias. Por un lado, la ausencia en la lista de misiones de retorno de muestras del polo sur de la Luna —normal, si tenemos en cuenta el programa chino de sondas Chang’e y las misiones estadounidenses CLPS—, que han sido sustituidas por la propuesta de rover Endurance-A, que debe transportar estas muestras hasta los astronautas del programa Artemisa. Por otro lado, destaca la separación de Encélado y Titán como dos objetivos diferentes (evidentemente, si Orbilander es aprobada, la sonda de sobrevuelo de Encélado se caería de esta lista), además de la inclusión de los centauros —reliquias de la formación del sistema solar que se encuentran en la zona de los planetas gigantes— y el retorno de muestras de Ceres como prioridades. Para la séptima selección New Frontiers el informe propone incluir los destinos no seleccionados en la sexta además de una sonda destinada a Tritón (que sería parecida a la propuesta Trident).

Rovers nucleares Endurance-A y Endurance-R para recoger muestras y llevarlas a los astronautas de Artemisa (NASA/National Academies).
Orbitador de Titán (NASA/National Academies).
Sonda de retorno de muestras de un cometa (propuesta CROCODILE)(NASA/National Academies).
Sonda de sobrevuelo de Encélado (NASA/National Academies).
Sonda de retorno de muestras de Ceres (NASA/National Academies).
Sonda/aterrizador para los centauros (NASA/National Academies).
Vista de la sonda anterior (NASA/National Academies).
Propuesta de sonda de sobrevuelo de Tritón (NASA/National Academies).
Red de sondas para estudiar el interior de la Luna (NASA/National Academies).

Con respecto a Marte, recordemos que el planeta rojo cuenta en la NASA con un plan de exploración separado del dedicado al resto del sistema solar. El nuevo Decadal Survey prioriza la misión de retorno de muestras de Marte, MSR, formada en realidad por tres sondas —quizá cuatro según las últimas novedades—, incluyendo el rover Perseverance. Vamos, pocas sorpresas en este punto, pues es la misma prioridad desde hace casi veinte años. Sí resulta más novedosa la inclusión de la propuesta de sonda MLF (Mars Life Finder), destinada a buscar moléculas orgánicas y gases que no estén en equilibrio —metano y similares— que puedan revelar la presencia de vida actual en el hielo superficial marciano, así como la sonda MISG (Mars In Situ Geochronology), una misión que debe datar la antigüedad de determinadas zonas de Marte con el objetivo de poder reconstruir su historia de forma más precisa.

Mars Life Finder (NASA/National Academies).
Configuración de descenso de Mars In Situ Geochronology (NASA/National Academies).
Las misiones prioritarias del actual Decadal Survey (NASA/National Academies).

Con el nuevo Decadal Survey, la NASA tendrá que actualizar sus prioridades en la exploración del sistema solar. Los dos objetivos prioritarios del anterior Decadal Survey, una misión de retorno de muestras de Marte y Europa Clipper, fueron aprobadas. Esperemos que ahora ocurra lo mismo con las sondas a Urano y Encélado. ¿Lo malo? Que incluso en el mejor de los casos no llegarán a su destino hasta pasado 2040.

Referencias:

  • https://nap.nationalacademies.org/catalog/26522/origins-worlds-and-life-a-decadal-strategy-for-planetary-science


109 Comentarios

  1. Gracias por otro artículo muy sustancioso.

    Me alegro de que se haya dado prioridad a misiones del sistema solar exterior, entre otras razones porque si queremos conocer el espacio, que en su inmensa mayoría está lejos de las estrellas, no podemos limitarnos a explorar cerca del Sol. Quizá la única opción, por mucho tiempo, para conocer bien ese entorno sean estas sondas, porque con telescopios es imposible ver mundos fríos de otros sistemas.

    Pienso que el calor interno de estos mundos a los que apenas llega la luz debe de dar unas condiciones muy estables durante miles de millones de años, mucho más que en los planetas interiores, sometidos a los cambios de su estrella. Quien sabe, quizá esa estabilidad permitió que la vida empezara bajo la superficie de un planeta errante y que luego llegara a nuestro sistema adaptándose primero mediante mundos como Plutón, o los satélites de Urano y Neptuno.

    Sobre Encélado, no veo muchas posibilidades de encontrar vida compleja, porque me parece muy inestable para que la vida evolucione, como muestran sus enormes géiseres.

    1. Ojalá encuentren vida, será muy ilustrativa, sea donde sea y cómo sea.
      Quién sabe, quizá aparece incluso en un sitio inesperado, como por ejemplo, así especulando:

      En microhábitats en las profundidades calientes de las grietas titánicas de la lunita Miranda de Urano 😉

    2. Como la complejidad de la materia orgánica es una cuestión de grado, incluso si no hubiera vida reconocible en el interior de Encélado sería muy intersante conocer hasta qué punto se ha desarollado allí dicha complejidad.
      Claro que esto es un tema difícil de comprobar sin análisis in situ (entiendo que de nichos concretos de los oceános interiores). Difícil para una sonda de análisis de hielos en la superficie y más difícil si sólo se esnifan los géiseres.
      Pero hay que ir aproximándose al problema.

  2. OT
    Video espectacular de
    Phobos eclipsando el Sol del róver Perseverance. Desde una buena posición para un encuadre bueno. Y se aprecia perfecto su perfil, su contorno de luna con forma de ‘patata’

      1. Estaba pensando en instalar en Marte algún telescopio solar… ciencia desde Marte. Y coordinado con los telescopios solares espaciales y terrestres…
        SunWatch 24/7

      1. Recordemos que en el «Imperio contraataca» los asteroides se vieron mucho más realistas que en «El ataque de los clones», filmado décadas después. En el primero los asteroides eran patatas, en el segundo, CGI. Conclusión: al espacio le van bien las patatas. Message approved by Mark Waltney.

  3. Si desarrollaran sondas con reactores nucleares y propulsión iónica avanzada seguramente se podría explorar los gigantes de hielo en plazos menos deprimentes, pero hay q seguir desarrollando cazas de n-enésima generación, portaviones y misiles hipersónicos… Enfin, igual algún día descubriremos los secretos de Urano.

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