divendres, 29 de novembre de 2013

LES SONDES VOYAGER

L'ASSISTÈNCIA GRAVITACIONAL
A principis dels 70 la NASA es va adonar que, a finals de la dècada, es produïria una alineació dels planetes exteriors que només es produeix, durant un curt període de temps, cada 175 anys: Júpiter, Saturn, Urà i Neptú es troben tots al mateix costat del Sol, situats escalonadament a les seves òrbites, de manera que una sonda llençada des de la Terra els pot visitar tots quatre. A més, es pot aprofitar l'impuls gravitatori de cadascún d'ells per a impulsar-se en direcció al següent, usant l'anomenada "assistència gravitacional", que estalvia el motor a la sonda. No es podia deixar passar una oportunitat així! Per tant, en un temps rècord la NASA muntà la missió no tripulada més espectacular, productiva i fascinant de la seva història. Per assegurar la jugada, no fou una sinó dues les sondes bessones que es construïren: Les Voyager 1 i 2. A partir d'ara descobrirem com va ser el viatge que les ha convertit en els objectes construïts per l'home que més lluny han arribat.
El primer que discutiren els enginyers fou l'esquema bàsic de la missió. Era clar que, tant per la disposició dels planetes a visitar com per a reduïr costos, el millor era llençar dues sondes sense motor i aprofitar l'assistència gravitacional per anar saltant d'un planeta al següent. Aquesta tècnica consisteix en apropar-se a un planeta seguint una òrbita tal que, en contres de ser capturats, sortim disparats per la pròpia gravetat del planeta en la direcció que ens interessi. És com jugar al billar a escala planetària. El problema és que així els viatges són força prolongats, ja que no es pot viatjar directament a l'objectiu sinó que s'han de fer òrbites molt llargues per anar a "caçar" el planeta que ens ha d'impulsar. A més, no es pot arribar a un planeta de qualsevol manera sinó que la trajectòria i la velocitat han de ser extremadament mesurades per a que la carambola surti bé... a milions de quilòmetres de casa i sense una segona oprtunitat! Els càlculs necessaris serien ingents i més pensant que la maniobra havia de repetir-se tres vegades a cada sonda i que cada canvi de trajectòria condicionava els que s'haurien de fer uns anys després. En aquest tipus de missions, un petitíssim error de trajectòria en una maniobra pot resultar catastròfic, ja que a la següent aproximació es pot haver convertit en una desviació fatal...
Aquest era, doncs, el primer repte al que es van enfrontar els cradors de les Voyager. Però quan ho van tenir tot calculat, sorgí la qüestió de l'energia...

Assistència Gravitacional



ELS RTG
Un cop dissenyada la complicadíssima ruta a travès dels planetes exteriors del Sistema Solar aprofitant l'assistència gravitacional, els enginyers de la NASA encaraven el segon gran problema de la missió: L'energia. Com alimentar els sistemes d'unes naus que romandrien durant dècades viatjant per l'espai? Els panells solars són una òptima solució quan els artefactes es mantenen a una distància del sol que permet la captació d'una quantitat suficient de llum. Tal era el cas dels satèl·lits geoestacionaris o les sondes que havien visitat els planetes interiors del Sistema Solar. Però més enllà de l'òrbita de Júpiter els panells solars esdevenen inútils!
La solució, però, ja havia estat inventada el 1961 i posada realment a prova a principis dels 70: Les sondes Pioneer 10 i 11 s'havien enfrontat al mateix problema que les Voyager (viatjaren per primera vegada a Júpiter i Saturn) i foren equipades ni més ni menys que amb unes centrals nuclears en miniatura anomenades Generadors Termoelèctrics de Radioisòtops (en anglès, les sigles RTG). Cada Voyager disposa de tres d'aquests generadors que foren col·locats en un braç de la nau, lluny dels instruments més delicats, per a que les radiacions no els féssin malbé. Essencialment, aquestes "bateries nuclears" consten d'un nucli de material radiactiu en lenta desintegració. Les radiacions emeses durant aquesta desintegració poden generar un petit i continu fluxe d'electricitat durant un llarg periode de temps. No tenen prou potència per a fer funcionar grans dispositius però sí un artefacte com una sonda espacial. Tot i que amb el temps el seu rendiment va baixant, una bona planificació del consum energètic pot allargar la seva vida, potser, fins als 50 anys: Amb una potència inicial d'uns 470W, els RTG de les Voyager les han permés transmetre dades durant més de tres dècades i actualment es calcula que seguiràn operatius com a mínim fins l'any 2025. Està prou bé, no creieu?
Però no tot són avantatges: El principal defecte dels RTG és, òbviament, que són aparells nuclears, amb el perill que això suposaria en cas d'accident durant l'enlairament. No per que puguin explotar com una bomba atòmica (que no és el cas) sinò per una possible dispersió a l'atmosfera del seu nucli radiactiu. D'aquí que els RTG vagin absolutament blindats per evitar qualsevol trencadissa en cas d'accident, amb el conseqüent augment de pes de la nau, cosa que encareix la posada en òrbita... Però a la vida no es pot tenir tot, oi?

Els RTG de les Voyager



LES NAUS
Les Voyager 1 i 2 són naus bessones: Ambdues pesaven 815 kg el moment del llançament i mesuren 3.35 metres, una mida considerable per a una sonda espacial. Tenen un cos central en forma de prisma de 10 cares a l'interior del qual es troben els components electrònics: Cada sonda Voyager té uns 65000 elements electrònics individuals concebuts de manera que, en cas d'avaria, una altra part del mecanisme pugui realitzar la feina del sector espatllat. Tres ordinadors redundants a cada nau (dels anys 70!) són els encarregats d'executar les ordres, podent-se encarregar entre els altres de tota la feina si un d'ells falla i, fins i tot, la missió podria seguir amb un de sol. En condicions normals, un ordinador -el FDS (Flight Data Subsystem)- és l'encarregat de les comunicacions amb la Terra. Un altre gestiona el flux de dades dels instruments (CCS, Computer Command Subsystem) i un tercer controla en tot moment la posició de la nau i de la plataforma d'instruments (l'AACS , Attitude and Articulation Control Subsystem). Un terç de la memòria d'un dels ordinadors pot ser reprogramada en vol, el que resultà essencial de cara a la missió estesa de la Voyager 2 a Urà i Neptú. Durant 36 anys, els ordinadors de les Voyager han funcionat a la perfecció (amb windows, quantes vegades s'haurien penjat...).
Però seguim amb l'estructura de la nau: A la part superior d'aquest cos central es troba l'antena de llarga distància, una parabòica de 3.7 metres de diàmetre. I dels costats surten un total de 4 plataformes:
En una d'elles, i apartada dels instruments més sensibles a la radiació, hi ha els RTG, generadors termonuclears d'electricitat. Com vam explicar a l'apunt anterior, cada Voyager porta 3 RTG capaços de produir 470W de potència elèctrica. El material nuclear utilitzat és el diòxid de plutoni-238. Les partícules alfa produïdes pel procés de degeneració nuclear bombardegen el nucli del RTG generant gran quantitat de calor que és convertida en electricitat.
La resta de plataformes estan ocupades pels instruments científics: Dues d'elles són orientables, de manera que els instruments puguin apuntar correctament cap a la zona a explorar. Les Voyager poden apuntar els seus instruments en les plataformes mòbils amb una precisió d'una dècima de grau. Cada sonda Voyager està equipada amb els següents instruments científics :
Imaging Science Subsystem (ISS): Dues càmeres per captar imatges en el rang visible de l'espectre. La "Wide Angle Camera" (Càmera de gran angular) té una distància focal de 200 mm. i una obertura de 60 mm. La "Narrow Angle Camera" (Càmera de petit angular ) té 1500 mm. de distància focal i 176 mm. d'obertura. Ambdues càmeres estan equipades amb 8 filtres de colors.
Photopolarimeter Subsystem (PPS): Usat per a mesurar la composició de les masses observades, detectant com canvia la llum quan és reflectida per elles.
Infrared Interferometer Spectrometer and Radiometer (IRIS): Usat per a mesurar la temperatura de les masses observades, la composició elemental de les atmosferes i l'energia IR reflectida en els cossos sòlids.
Ultraviolet Spectrometer (UVS): Usat per a mesurar la composició elemental atmosfèrica dels planetes visitats i per identificar la presència de certs processos físics que desprèn radiació UV.
Ràdio Science Subsystem (RSS): Utilitza les ones de ràdio que porten la telemetria de la nau per a mesurar densitats, temperatures i pressions atmosfèriques, permetent estimar la composició dels anells planetaris.
Planetary Radio Astronomy (PRA): Mesura els senyals de radiofreqüències emeses pel Sol i els planetes gasosos. Això permet "escoltar" els planetes (busqueu-ho a YouTube).
Plasma Wave Subsystem (PWS): Similar al PRA, però a diferents freqüències.
Magnetometer (MAG): Mesura els camps magnètics del Sol i els planetes visitats. És una llarga antena de reixa que sobresurt uns tretze metres de la nau.
Plasma Subsystem (PLS), Low Energy Charged Particle (LECP) i Cosmic Ray Subsystem (CRS): Tres instruments independents usats per a detectar partícules carregades en diferents escales d'energia. Actualment, junt amb el magnetòmetre, són els únics instruments que continuen treballant, ja que ara l'únic objectiu de la nau és detectar els fluxes de partícules de la frontera entre l'heliosfera i l'espai interestel·lar.
Ambdues Voyager van ser protegides per suportar grans dosis de radiació durant el seu pas per Júpiter. Es van "blindar" tots els instruments sensibles a l'exterior del cos central i a aquest se'l va recobrir d'un material altament protector (Júpiter és un gran emissor de radiacions, d'aquí que es cregui que al seu nucli es produeixen reaccions termonuclears semblants a les del Sol).
Les Voyager estan dotades d'estabilització per tres eixos usant impulsors d'hidrazina i s'orienten amb sensors que fixen la posició de certes estrelles i del Sol. Perquè les fotografies no sortissin difuses, es va dissenyar un sistema que mantingués a la nau el més estable possible durant el temps d'exposició. A més, cada Voyager porta altres petits impulsors per a les correccions de trajectòria. Encara avui queda prou propelent a les naus com per a realitzar maniobres d'orientació i correcció!

Esquema de les Voyager



LES COMUNICACIONS
Les sondes Voyager es comuniquen a través d'una antena parabòlica d'alt guany (HGA) i una antena més petita de baix guany (LGA) utilitzada només en cas que falli la primera. La LGA està muntada sobre el subreflector de la HGA, que és de tipus Cassegrain (veure imatge). El reflector principal de la HGA (la parabòlica gran) té 3.7 metres de diàmetre i suporta les bandes X i S. L'enllaç en banda X, a 8.4 GHz, va ser usat per a la descàrrega de dades científiques a una velocitat màxima de 7.2 kbps, i l'enllaç en banda S, a 2.3 GHz, es va usar per a la descàrrega de dades de monitorització i control a una velocitat de 40 bps, i no s'ha tornat a fer servir des de la trobada amb Neptú. Les Voyager van ser les primeres sondes en utilitzar banda X i en usar dues bandes diferents per als dos tipus de dades. Per cert, sempre hem de tenir en compte quan ens imaginem les Voyager viatjant per l'espai que l'antena parabòlica va al darrera, apuntant a la Terra, i no a l'inrevès.
A més de les antenes, el subsistema de comunicacions de les Voyager inclou:
Equips Amplificadors: es van muntar diversos Tubs d'Ones Progressives (TWT) a cada sonda com a mesura de seguretat. La potència del transmissor és de 23 W.
Up-converters i Down-converters: tot el procés intern de maneig de senyals es realitza a freqüència intermèdia. Per això calen convertidors que passin d'aquesta freqüència intermèdia a les bandes X o S, segons l'enllaç utilitzat, i viceversa. S'usen multiplicadors la precisió dels quals ha de ser perfecta.
Phase Locked Loop (PLL): per a generar els senyals portadores del la descàrrega, una a banda X i una altra a banda S, s'extreu la portadora dels enllaços de pujada gràcies a un PLL .
Les Voyager disposen d'un sistema d'emmagatzematge de dades per a la posterior transmissió a la Terra consistent en una cinta digital amb una capacitat de 500 Mb (com el meu disc dur multimèdia). Es van muntar a la nau diversos caps lectors de la cinta com a mesura de protecció davant fallades, ja que durant les trobades planetaries la cinta havia de gravar, rebobinar, reproduir, esborrar i tornar a rebobinar diverses vegades al dia.
La missió va ser seguida des de la Terra utilitzant les antenes de 26 i 34 metres de la Xarxa d'Espai Profund (DSN) de la NASA durant les fases de vol interplanetari, en les quals no es necessitava enviar moltes dades, i les enormes antenes de 64 metres per a suportar el major tràfic de dades durant els trobades amb Júpiter i Saturn. Per a permetre un adequat cabal de dades durant les trobades amb Urà i Neptú, les antenes de 64 metres van ser ampliades fins als 70 metres de diàmetre amb que compten en l'actualitat.
Les característiques de l'enllaç de comunicacions han variat molt, donada la gran distància a què es troben actualment les sondes: les dades procedents del Voyager 2, viatjant a la velocitat de la llum, triguen 8 hores en arribar a la Terra i les del Voyager 1 ... gairebé 16 hores! I el temps, per a les dues sondes, va augmentant en 29 minuts cada any (o el que és el mateix, les Voyager s'allunyen 29 minuts-llum per any de nosaltres).
Encara hi ha cinc experiments operant a cada Voyager que envien dades científiques en temps real a 160 bps que són captades usant les antenes de 34 metres de la DSN. L'objectiu és mantenir aquest enllaç durant 16 hores al dia, però això no és sempre possible atès que altres missions més actuals tenen prioritat en l'ús de les antenes de la DSN. Un cop per setmana s'atorga a les Voyager uns 48 segons per a enviar dades a 115.2 kbps. A més, les dades del PWS (experiment d'investigació del plasma galàctic) són gravats a la cinta digital i enviats a la Terra una vegada cada sis mesos fent servir les antenes de 70 metres de la DSN.
Que tots aquests sistemes dels anys 70 segueixin encara funcionant a la perfecció des d'aquells remots paratges ha de cobrir de glòria els seus creadors!


EL PRESSUPOST
Les Voyager van ser en realitat un pla de contingència proposat per la NASA per aprofitar la irrepetible finestra de llançament de 1977-1979. En principi, l'agència havia proposat una missió molt més ambiciosa a càrrec de quatre sondes anomenades TOPS, més conegudes amb el sobrenom de "Grand Tour". A més dels quatre planetes gegants, dues d'aquestes quatre naus haguéssin visitat Plutó! Per desgràcia les sondes TOPS van ser cancel·lades pel seu excessiu cost, però la NASA va proposar ràpidament les missions Mariner Jupiter-Uranus (MJU) i Mariner Jupiter-Saturn (MJS) per a reemplaçar-les. El projecte Mariner Jupiter-Saturn de 1977 (MJS77) seria finalment l'escollit i evolucionaria fins a donar lloc a les Voyager. En principi, i per a mantenir-se dins del magre pressupost, les dues naus s'havien de limitar a sobrevolar Júpiter i Saturn, encara que serien capaces fer el Grand Tour inicialment previst i visitar els quatre planetes exteriors... si la NASA rebia els fons pertinents. Gràcies a Déu, el govern afluixà la mosca. Tot i que el pressupost inicial de les Voyager va ser de 250 milions de dòlars (molt inferior als 750 milions del programa TOPS), la factura final de la missió, des del seu començament fins al segle XXI, acabaria arribant als 865 milions a causa de les successives pròrrogues (que afortunadament encara duren). Això sí, com que el cost està repartit entre més de tres dècades d'operacions, probablement les Voyager siguin les missions més eficients mai llançades tenint en compte la relació entre el preu i els resultats científics. Això són diners ben gastats, no els que es llencen en portaavions, submarins i míssils!

EL LLANÇAMENT
La finestra de llançament per a la trajectòria Júpiter-Saturn-Urà-Neptú (el "Grand Tour") s'obria el 20 d'agost de 1977 i només duraria un mes. Per a no desaprofitar aquesta oportunitat històrica, es va prendre la decisió de construir tres sondes, denominades VGR77-1, VGR77-2 i VGR77-3. La VGR77-1 era un model tècnic d'enginyeria i no tenia diversos sistemes essencials, però seria usada com a 'donant' de recanvis en cas necessari i per aquest motiu es va traslladar a Cap Canaveral juntament amb les altres dues sondes. En principi, la primera a enlairar-se havia d'haver estat la VGR77-2, però abans del llançament es van detectar problemes amb dos dels tres ordinadors principals i va ser substituïda per la VGR77-3, que després seria anomenada Voyager 2. Aquesta va ser llançada el 20 d'agost de 1977, just quan s'obria la finestra de llançament per a la trajectòria del Grand Tour. L'enlairament i els primers dies de viatge de la Voyager 2 van estar plagats de problemes amb els ordinadors i els sistemes de navegació d'abord que van posar-la en un seriós risc, però cap al 2 de setembre ja s'havia comprovat el correcte funcionament de la majoria de sistemes i instruments.
Després de ser reparada, la VGR77-2 va ser llançada com a Voyager 1, tot i sortir més tard que la Voyager 2. Comparat amb el de la seva germana, el llançament de la Voyager 1 el 5 de setembre va anar com la seda... Afortunadament, perquè la finestra de llançament només romandria oberta fins al 20 de setembre. Abans de l'enlairament, la NASA va decidir revisar el sistema de desplegament de la plataforma d'instruments i altres parts de la nau després dels problemes experimentats amb la Voyager 2. Aquestes proves van obligar a endarrerir el llançament, que originalment estava previst per a l'1 de setembre. Encara que el llançament va ser correcte, el coet Centaur va funcionar inicialment pitjor del que s'esperava i va haver d'augmentar la durada del seu segon impuls per compensar aquest problema. Si la Centaur no hagués corregit el seu escàs rendiment inicial, la Voyager 1 no hauria pogut arribar a Júpiter... Però el més greu és que si aquesta etapa Centaur hagués estat l'utilitzada en el llançament de la Voyager 2, la nau hauria estat incapaç d'arribar a Urà i Neptú! La missió s'havia salvat per molt poc... i tot jusc acabava de començar!

Enlairament de la Voyager 2



JÚPITER
Resulta pràcticament impossible resumir els resultats científics de les trobades de les dues naus viatgeres amb els quatre gegants gasosos exteriors. Perquè les Voyager no es van limitar a sobrevolar quatre planetes , sinó que van estudiar quatre sistemes solars en miniatura complets, cadascun d'ells amb desenes de móns mai abans vistos de prop.
Dues setmanes després de l'enlairament, la Voyager 1 prendria la primera imatge icònica de la missió: una fotografia del sistema Terra-Lluna a dotze milions de quilòmetres. Movent-se en una trajectòria més ràpida, la Voyager 1 va avançar la seva germana el 19 de desembre i es situà al capdavant de la cursa cap al planeta més gran del Sistema Solar.
La Voyager 1 va començar la fase d'observació de Júpiter el 4 de gener de 1979. A mesura que s'acostava a Júpiter es van poder albirar més i més detalls del planeta i les seves llunes. El 13 de febrer el disc de Júpiter era tan gran que no cabia en una sola imatge i la nau va realitzar una de les seves fotos més conegudes en què es veu la Gran Taca Vermella amb les llunes Ío i Europa davant del planeta. El 3 de març la sonda va entrar a la magnetosfera de Júpiter i va creuar l'òrbita de Calisto, el més exterior dels quatre satèl·lits galileians. Dos dies després, la Voyager 1 va sobrevolar Júpiter a 206 700 quilòmetres per sobre dels seus núvols, descobrint de pas un anell de fines partícules desconegut fins llavors.
Poques hores més tard, la Voyager 1 va passar a només 21 000 quilòmetres d'Ío, una de les trobades més properes amb una lluna de tota la missió d'ambdues sondes. Els astrofísics quedaren astorats en contemplar el que semblava ser una erupció volcànica, la primera que s'observaba fora de la Terra! Efectivament, Ío és el món amb més activitat volcànica del Sistema Solar, degut a les brutals forces de marea que pateix, produïdes per l'atracció gegantina de Júpiter.
La sonda també va passar a 734 000 quilòmetres d'Europa, però no va prendre imatges perquè es va aproximar per l'hemisferi nocturn. Per sort, abans havia fotografiat aquest satèl·lit des d'uns dos milions de quilòmetres. El 6 de març va sobrevolar Ganímedes, el més gran dels satèl·lits galileans, passant a 114 000 quilòmetres de distància. Ganímedes revel·là una complexa escorça de gel formada aparentment per dos tipus de terreny, incloent uns misteriosos solcs fruit d'algun tipus d'activitat tectònica. Tretze hores després de la trobada amb Ganímedes, es va acostar a 126 000 quilòmetres de Calisto, que va resultar ser un dels cossos amb una superfície més antiga de tot el Sistema Solar: Cràters de totes les mides s'acumulaven en la seva escorça de gel, incloent l'enorme conca d'impacte Valhalla, amb un diàmetre de 3800 quilòmetres. El pas per Júpiter es va saldar amb el descobriment de diverses llunes, entre les que destaquen Adrastea, Metis i Tebe.

Llunes davant Júpiter (foto: Voyager 1)


Per la seva banda, la Voyager 2 va començar la seva fase d'observació de Júpiter el 24 d'abril de 1979. A resultes dels descobriments de la seva germana es va decidir canviar el programa de la trobada i es van incloure més observacions de la lluna Ío, que amb la seva inesperada activitat volcànica havia fascinat els científics i els mitjans de comunicació. El 9 de juliol la sonda va passar a 570 000 quilòmetres dels núvols de Júpiter i es va acostar després a 62 000 quilòmetres de Ganímedes i a 205.000 quilòmetres d'Europa. Si Ío havia estat el protagonista de la trobada de la Voyager 1 amb Júpiter, Europa ho seria de la trobada de la Voyager 2. En les imatges de la Voyager 1 a gran distància, aquesta lluna apareixia com una simple bola blanca gairebé sense marques, però la Voyager 2 ens va descobrir un dels mons més apassionants del Sistema Solar. Europa té una escorça de gel que es renova constantment i sota la qual es creu que s'oculta un oceà d'aigua líquida on potser hi hagi les condicions perquè floreixi la vida. Avui en dia Europa és, juntament amb el satèl·lit de Saturn Tità, l'indret més interessant del Sistema Solar per a la recerca de vida extraterrestre.
La Voyager 2 transmetria un total de 17 000 imatges del sistema de Júpiter, incloent les millors vistes obtingudes dels seus tènues anells. No obstant això, el resultat més important de la trobada va ser el canvi en la nostra visió de Júpiter. Fins aquest moment, Júpiter semblava ser un avorrit planeta envoltat de boles de gel encara més avorrides. Les Voyager van descobrir una varietat de mons mai abans imaginada, mons actius i complexos que van fer miques els models teòrics de l'època.
Tal com estava previst, la gravetat joviana impulsà les dues Voyager cap a la trajectòria d'intercepció de Saturn... i les dotà de la velocitat d'escapament del Sistema Solar. El destí de les sondes ja era inevitable: Algun dia serien naus interestel·lars! Però ara tocava fer el darrer trajecte en comú abans de separar-se per sempre...

Europa, Ganímedes i Calisto (fotos: Voyager 2)



SATURN
De camí cap a Saturn, la Voyager 1 va realitzar dues maniobres molt importants per tal de passar el més a prop possible de Tità, l'única lluna del Sistema Solar amb atmòsfera: Va ser una decisió molt difícil, per que a causa del sobrevol de Tità, la Voyager 1 canviaria la seva trajectòria de manera que no podria visitar Urà i Neptú. Gràcies a aquest sacrifici, el 12 de novembre de 1980 la Voyager 1 es va acostar a tan sols 4000 kms de Tità, però les imatges van ser una mica decebedores. L'equip de la Voyager esperava poder fotografiar la superfície, però no va poder ser: Tot el satèl·lit estava cobert per una espessa boirina ataronjada d'hidrocarburs que impidía veure la superfície. La Voyager 1 descobriria que l'atmosfera de Tità era molt més densa del que s'esperava (1,5 vegades la pressió de l'atmosfera terrestre) i que era el nitrogen, no el metà, el seu element més abundant.
La resta de llunes del sistema de Saturn van resultar ser boles de gel amb interessants històries al darrera: La nau va passar a 416 000 kms. de Tetis, una lluna plena de cràters amb una gegantina fractura anomenada Ithaca Chasma, que recorre la seva superfície de pol a pol i que acaba a l'enorme cràter Odysseus, de 450 kms. de diàmetre (2/5 del diàmetre del satèl·lit). El 12 de novembre, la Voyager 1 va sobrevolar Saturn a 64 200 kms., descobrint detalls mai imaginats a l'estructura dels anells. Poc després va passar a 88 000 kms. de Mimas, un petit satèl·lit de 390 quilòmetres marcat per l'empremta del gegantí cràter Herschel (de 130 quilòmetres) que li dóna un aspecte que recorda a l'Estrella de la Mort de la saga Star Wars. El 13 de novembre la sonda es va acostar a 202 000 kms. d'Encèlad, on s'observen signes d'una activitat geològica inusual. Posteriorment li va tocar el torn a Dione, una lluna plena de cràters, molt semblant a Tetis. Però la lluna amb més cràters resultà ser Rea, a la qual es va acostar a 74 000 kms. de distància.
La trobada amb Saturn accelerà la sonda a 3,73 km/s i la va catapultar 35º per sobre del pla de l'eclíptica, en una ruta d'expulsió del Sistema Solar. La missió planetària de la Voyager 1 havia conclòs.

Saturn des de 106 milions de kms. amb Encèlad, Dione i Tetis (foto: Voyager 1)


La Voyager 2 va començar la seva visita a Saturn el 5 de juny de 1981. El 23 d'agost va tenir lloc el màxim acostament a Japet, una misteriosa lluna amb un hemisferi fosc i un altre brillant. Aquest mateix dia va fotografiar Hiperió, un satèl·lit de rotació caòtica i forma irregular que també constituïa un enigma per als investigadors. El 24 d'agost la nau es va acostar a mig milió de quilòmetres de Tità i va observar el seu pol nord encara que, com la Voyager 1, tampoc va ser capaç d'albirar la superfície a través de l'impenetrable boirina ataronjada d'hidrocarburs. Després de realitzar més observacions d'altres satèl·lits, el 26 d'agost la Voyager 2 va passar a 41 000 quilòmetres dels núvols de Satur. Mitja hora després va sobrevolar Encèlad a 87 000 quilòmetres, confirmant les observacions de la Voyager 1. Anys després es descobriria que Encèlad posseeix gèisers d'aigua a l'hemisferi sud, gèisers que alimenten l'anell E de Saturn i converteixen aquesta petita lluna en un dels mons més interessants de tot el Sistema Solar.
Entre altres coses, les Voyager també van descobrir que Saturn pot presumir de tenir uns vents extremadament ràpids, de fins a 1800 km/h i també descobriren l'existència de les anomenades "llunes pastores", que són les que donen forma als anells en bordejar-los.
Impulsada per la gravetat de Saturn, la Voyager 2 s'internaria ara tota sola a les zones inexplorades del Sistema Solar (Júpiter i Saturn havien estat ja visitats per les Pioneer 10 i 11) per tal de permetre a la humanitat descobrir, per primera vegada, l'aspecte real dels fins llavors enigmàtics setè i vuitè planetes: Urà i Neptú ens esperaven!

Saturn amb Tetis i Dione (Foto: Voyager 2)




URÀ
Durant les trobades amb Júpiter i Saturn, la Voyager 1 havia acaparat en certa forma els titulars de la missió però ara que la Voyager 2 va continuar en solitari, la cosa va canviar. Per primera vegada la humanitat tindria imatges nítides del setè planeta, el primer que va ser descobert gràcies a la ciència: Fou l'astrònom Willam Herschel qui, l'any 1781, va descobrir Urà i les seves principals llunes a les quals va posar noms de personatges d'obres de William Shakespeare. Per a poder treballar a les enormes distàncies a que es troba Urà, va ser necessari superar diversos reptes tecnològics: A causa de les successives trobades amb Júpiter i Saturn, la velocitat de la Voyager 2 havia augmentat considerablement i passaria pel sistema d'Urà a gran velocitat. Per a complicar les coses, la il·luminació solar en l'òrbita d'Urà era molt inferior a qualsevol altra coneguda fins llavors. A més, la peculiar geometria del sistema uranià dificultava la trobada... ja que tots els satèl·lits estan situats en un pla inclinat 90º respecte a l'eclíptica!
L'eix d'Urà està absolutament "tombat", igual que ho estan els plans orbitals dels seus satèl·lits. En altres paraules, el seu eix de rotació no és una línia imaginària que travessa el planeta de dalt a baix sinó de davant cap endarrera, amb la qual cosa a Urà els pols són les regions que més miren cap al Sol (un pol durant mitja òrbita i l'altre durant l'altra meitat) i tant el planeta com els seus anells com els seus satèl·lits no estàn disposats de manera horitzontal sinó vertical. Com a resultat de tot això, per tal de permetre que la Voyager 2 pogués fotografiar Urà i les seves llunes es van realitzar diverses modificacions: D'una banda, es va reprogramar el sistema de propulsió per tal que els impulsors fossin capaços d'efectuar maniobres menys brusques. D'altra banda, es va introduir un nou sistema per comprimir les imatges, molt semblant als algoritmes usats per la majoria de formats d'imatges digitals actuals, però tota una novetat a l'època. A causa del llarg temps d'exposició requerit per obtenir imatges en unes condicions d'il·luminació tan precàries, també va ser necessari sincronitzar al mil·límetre el moviment de gir de la nau i de la plataforma per evitar que les fotografies sortissin desenfocades.
Per culpa de la curiosa inclinació de l'eix d'Urà i les seves llunes la Voyager 2, després de 5 anys de viatge des de Saturn, va travessar tot el sistema en un sol dia, com si fos una bala dirigida cap a una enorme diana: Va ser el 24 de gener de 1986 i la nau va passar a 81.500 kms. d'Urà. El descobriment més important del dia va ser la tortuosa naturalesa de la petita lluna Miranda, formada aparentment a partir de fragments d'altres satèl·lits anteriors. Avui en dia, Miranda és famosa per posseïr els majors penya-segats del Sistema Solar, Verona Rupes, amb una caiguda de 5 a 10 kms. A causa de la baixa gravetat de Miranda, un astronauta trigaria dotze minuts a caure per aquests penya-segats i arribaria al fons a 200 km/h.
Els altres quatre grans satèl·lits d'Urà van resultar ser conglomerats de gel i roca molt semblants als satèl·lits de Saturn i tant Titania com Ariel presentaren indicis de certa activitat tectònica. La Voyager 2 també descobriria que el camp magnètic del planeta està desviat 60º respecte a l'eix de rotació, provocant que la magnetosfera es retorçi com un llevataps. Dels 10 nous satèl·lits descoberts per la Voyager 2, diversos eren llunes pastores que perfilaven els estilitzats anells d'Urà, uns anells tan fins que havien passat desapercebuts per als astrònoms fins al 1977.
Per les imatges rebudes, Urà sembla ser un astre bastant monòton: Una immensa bola de gas de color blau-verdòs (unes 14 vegades més gran que la Terra) sense cap mena de detall enlloc. No hi ha taques, ni bandes de núvols ni res. Té l'atmosfera planetària més freda del Sistema Solar, amb una temperatura mínima de −224 °C. És, per tant, més fred que Neptú tot i estar més a prop del Sol. Per què? Al següent apunt mirarem d'aclarir-ho...

Urà, Miranda i Titània (Fotos: Voyager 2)




NEPTÚ
El 14 de febrer de 1986, els impulsors de la Voyager 2 es van encendre durant 2,5 hores per a fer un ajust de trajectòria que garantís el sobrevol de Neptú, al qual s'arribaria mitjançant l'impuls gravitatori d'Urà. La nau va consumir 12 kg d'hidrazina a la maniobra, l'última important de tota la missió. Rebre fotografies des de Neptú suposava un repte encara més gran que en el cas d'Urà, però l'equip de les Voyager no havia esgotat els 'trucs' tecnològics: La solució passava per augmentar, un cop més, la mida de les antenes de la Xarxa d'Espai Profund (DSN), que van passar de 64 a 70 metres de diàmetre. També es va augmentar el seu nombre: Fins a 38 antenes participarien en la trobada amb Neptú a fi de garantir la connexió.
Tres anys després, durant l'agost de 1989, la Voyager 2 ens mostrà per primer cop el llunyà Neptú, mai vist abans en detall: Resultà ser un planeta preciós i força actiu, en comparació amb l'insuls Urà... A la seva atmòsfera, d'un magnífic color blau, Neptú presentava diverses formacions nuvoloses, entre les que destacava la Gran Taca Fosca, la qual es va esvaïr pocs anys després. Es creu que aquestes taques neptunianes obeeixen a zones on les capes superiors de l'atmosfera temporalment es fan menys denses, permetent veure les capes inferiors. La Voyager 2 va mesurar vents de fins a 2000 km/h... els més ràpids de qualsevol planeta del Sistema Solar! I un altre fet sorprenent: Que la temperatura mitjana de Neptú era més alta (millor dit, menys baixa) que la d'Urà... estant molt més lluny del Sol! L'explicació podria ser l'activitat geològica d'un hipotètic nucli rocós al centre de Neptú que a Urà li manca. El moment de màxima aproximació tindria lloc el 25 d'agost, quan la nau va passar a només 5000 kms. del planeta. Es van descobrir sis noves llunes: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa i Proteus... i quelcom més: Uns tènues anells! Molt més tènues que els d'Urà i força irregulars, però que confirmen un fet sorprenent: Que deu ser força habitual que els planetes tinguin anells.
Unes cinc hores després va passar a 39.800 kms. de Tritó, la lluna més gran de Neptú. Tritó és en realitat un objecte transneptunià molt similar a Plutó capturat per la gravetat de Neptú. Amb una temperatura superficial de tot just 38º C per sobre del zero absolut, Tritó presenta una complexa superfície amb una tènue atmosfera de nitrògen i una escorça formada per aquest mateix element (a aquesta temperatura, el nitrògen sòlid té la consistència de la roca a la Terra). La Voyager 2 va descobrir foscos gèisers de nitrògen barrejat amb matèria orgànica, resultat d'una activitat criovolcànica. Aquests volcans de nitrògen als confins del Sistema Solar serien les últimes meravelles planetàries descobertes per les Voyager.
La gravetat de Neptú projectà la Voyager 2 cap al més enllà planetari: A partir d'aquell moment la sonda emprenia el camí d'abandonar el Sistema Solar i esdevenir una nau interestel·lar, com la seva germana i les Pioneer 10 i 11. Però les Voyager no serien encara uns trastos morts i abandonats a la seva sort! No, almenys mentre els RTG seguíssin suministrant energia. I, com veurem, tenien corda per estona...

Una fotografia de Neptú feta per la Voyager 2 i una recreació hipotètica dels seus anells


L'ESPAI INTERESTEL·LAR
El 14 de febrer de 1990, les càmeres de la Voyager 1 van funcionar per darrera vegada per a captar en 64 fotografies un 'retrat de família' dels planetes del Sistema Solar a sis mil milions de quilòmetres de distància. Es veuen tots els planetes a excepció de Mercuri i Mart, massa febles per a ser captats a aquella distància. Aquest retrat de família seria el llegat de les càmeres de les Voyager després d'haver obtingut més de 67000 imatges. Les fotos, sense valor científic, servirien d'inspiració a la famosa obra 'Un punt blau pàl·lid' de Carl Sagan. En aquells dies, les dues Voyager estaven tan lluny que la Terra no era més que un minúscul i humil punt blau a la immensitat de l'espai interplanetari...
Els sistemes i instruments de les voyager van ser progressivament apagats per tal d'allargar al màxim la vida dels RTG, deixant només en funcionament els instruments detectors de partícules i els magnetòmetres: Serien els encarregats d'obtenir i transmetre la informació necessària per a saber on i com acaba l'influència del Sol i comença l'espai interestel·lar...
Movent-se a una velocitat de 17,4 km/segon (540 milions de quilòmetres a l'any), el 17 de febrer de 1998 la Voyager 1 va avançar a la Pioneer 10 i es va convertir en l'objecte humà més llunyà (i molt probablement ho serà durant moltes dècades o fins i tot segles). Per la seva banda, a la Voyager 2, que s'allunya de casa a 16 km/segon (recorrent 470 milions de quilòmetres a l'any) encara li queda algun temps per avançar la Pioneer 10.
La Voyager 1 va arribar a l'ona de xoc de l'heliopausa el 2003-2004 (la data exacta es discuteix encara), quan es trobava a uns 14000 milions de quilòmetres del Sol. La Voyager 2 va fer el mateix el 30 d'agost de 2007, uns 1.600 milions de quilòmetres més a prop del Sol que la seva germana. D'aquí que, gràcies a les Voyager, ara sabem que l'heliosfera no és esfèrica. Finalment, les dades més recents enviades per la Voyager 1 certifiquen que des de finals d'agost de 2012 circula ja per l'espai interestel·lar (les partícules provinents del Sol, fins llavors predominants, van passar bruscament a ser àmpliament superades per les provinents de l'espai exterior). És d'esperar que la Voyager 2 acabi també sortint de la zona d'influència del Sol en els propers 3-4 anys.
La potència dels RTG disminueix any rere any de forma inexorable. En algun moment al voltant de 2025 o 2030, gairebé mig segle després de ser llançades des de la Terra, les dues sondes s'apagaran per sempre i mai tornarem a escoltar la seva senyal. Però l'aventura no acabarà! Un cop a l'espai interestel·lar, les Voyager seguiràn allunyant-se del Sol durant tota l'eternitat, suposant que no xoquin amb un petit asteroide en el seu camí... Si alguna nit contempleu el cel estrellat, mireu la constel·lació d'Ofiuc: allà hi ha ara la Voyager 1, que d'aquí 38 000 anys passarà a 1,6 anys llum d'AC +79 3888, un feble estel a la constel·lació de Girafa. Per la seva banda, la Voyager 2 s'acostarà a 'només' 1,7 anys llum de l'estrella Ross 248 d'aquí 40 000 anys. I si esperem 296 000 anys, veurem com passa a 4,3 anys llum de Sirius, l'estrella més brillant del cel.
La idea dels creadors de les Voyager era que d'aquí desenes de milions d'anys, quan la humanitat hagi desaparegut i no quedi cap rastre de nosaltres, elles seguiran allà fora. Per què, doncs, no aprofitar per a posar-hi algun missatge per al remotament probable cas de que alguna intel·ligència extraterrestre les trobés en el futur?
Sí! Al darrer capítol parlarem del famós disc daurat, no ens en havíem pas oblidat...


"Retrat de família" de la Voyager 1



 Trajectòria de les Voyager dins el Sistema Solar



EL MISSATGE
L'element més famós de les Voyager serien els missatges destinats a possibles alienígenes que trobéssin les naus en el futur, una iniciativa dirigida pel popular astrònom Carl Sagan. A diferència de la simple placa que van portar les sondes Pioneer 10 i 11 (també dissenyada per Sagan), les Voyager inclourien el disc 'Sons de la Terra', un disc de coure de 30 centímetres de diàmetre banyat en or (un element molt estable que garanteix la resistència als rajos còsmics) amb imatges, música i sons del nostre planeta. La coberta del disc conté les instruccions per al seu ús i la descripció de la posició de la Terra a la Galàxia en relació a diversos púlsars, així com un tros d'urani-238 de gran puresa. Gràcies a aquest tros d'urani, els possibles alienígenes que capturin les sondes seràn capaços de saber la seva edat amb precisió (basant-se en la vida mitjana d'aquest isòtop que, se suposa, coneixeràn).
La part en àudio conté una salutació a 55 idiomes (incloent llengües mortes com l'acadi o l'hitita), 35 'sons de la Terra' (batecs, petons, rialles o cants de balena), així com 90 minuts de música de tot tipus, des de Mozart fins a Chuck Berry. Els 'Sons de la Terra' segueixen sent actualment el missatge físic més elaborat que la humanitat hagi enviat per a comunicar-se amb una possible civilització extraterrestre, encara que les probabilitats que algun alienígena pugui detectar alguna de les petites Voyager enmig de l'espai interestel·lar sigui pràcticament nul·la...

El disc "Sons de la Terra"


Sabeu el que pot passar? Que, molt probablement, les trobarem nosaltres. Bé, no nosaltres sinó els nostres descendents. Si la humanitat no s'autodestrueix, al ritme actual de progrés tecnològic és molt probable que en pocs centenars d'anys disposem de vehicles capaços de viatjar per l'espai com ara viatgem en avió. Potser llavors arribar fins allà on siguin les Voyager serà una excursioneta de cap de setmana... Des d'on és ara la Voyager 1, les seves senyals triguen unes 16 hores a arribar a la Terra. A la velocitat actual, s'allunya 29 minuts-llum per any. D'aquí 1000 anys estarà a... 20 dies-llum! A escala còsmica, aixó és aquí mateix! Penseu que l'estel més proper és a 4 anys llum...
Puc imaginar expedicions patrocinades per alguna marca comercial o milionari excèntric dedicades a cercar les Voyager, a veure on paren. I si les troben, què fer? També m'imagino debats aferrissats entre els partidaris de tornar-les a casa i exposar-les en un museu i els romàntics defensors de deixar-les seguir el seu camí vers els estels...


 Les Pioneer i les Voyager




Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada