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Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno: por qué nuestra próxima visita a los planetas gigantes será tan im

Los planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno – son algunos de los más impresionantes de nuestro Sistema Solar, y tienen una gran importancia para la investigación espacial y nuestra comprensión del universo mayor. Sin embargo, siguen siendo los menos explorados, especialmente los “gigantes de hielo” Urano y Neptuno, debido a su distancia de la Tierra, y las condiciones extremas en las que las naves espaciales deben sobrevivir para entrar en sus atmósferas. Como tales, también son los planetas menos comprendidos en el Sistema Solar.

Júpiter es aproximadamente diez veces más grande que la Tierra, con un radio de 69.911 km (en comparación con el radio de 6.371 km de la Tierra). Beinahegut

Pero primero, ¿qué son los planetas gigantes?

A diferencia de los planetas rocosos, los planetas gigantes no tienen una superficie en la que aterrizar. Incluso en sus atmósferas más bajas permanecen gaseosos, alcanzando presiones extremadamente altas que aplastarían cualquier nave espacial mucho antes de que pudiera aterrizar en algo sólido. Hay dos tipos de planetas gigantes: gigantes gaseosos y gigantes de hielo. Los más grandes Júpiter y Saturno son gigantes gaseosos. Estos están hechos principalmente de hidrógeno y helio, con una capa gaseosa externa y una capa “metálica” parcialmente líquida debajo de eso. También se cree que tienen un pequeño núcleo rocoso. Urano y Neptuno tienen atmósferas exteriores y núcleos rocosos similares, pero su capa interna está compuesta por aproximadamente un 65% de agua y otros llamados “hielos” (aunque técnicamente permanecen líquidos) como el metano y el amoníaco.

Tamaño relativo y composición de los planetas gigantes en nuestro sistema solar (con la Tierra también se muestra para la comparación). JPL/Caltech (basado en material del Instituto Lunar y Planetario).

Tirachinas al borde del Sistema Solar

Cualquier misión de planeta gigante es extremadamente difícil. Aún así, ha habido algunas misiones pasadas enviadas a los gigantes gaseosos. La misión Galileo de la NASA de 1989 tuvo que lanzarse alrededor de Venus y la Tierra para darle el impulso suficiente para llegar a Júpiter, que orbitó durante ocho años. La misión Juno de 2011 pasó cinco años en tránsito, utilizando un sobrevuelo alrededor de la Tierra para llegar a Júpiter (que todavía orbita). Del mismo modo, la misión Cassini-Huygens dirigida por la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) tardó siete años en llegar a Saturno. La nave espacial pasó 13 años explorando el planeta y sus alrededores, y lanzó una sonda para explorar la luna de Saturno, Titán. Los tiempos de vuelo se hacen aún más largos para los dos gigantes de hielo, que están mucho más lejos del Sol. Ninguno de los dos ha tenido una misión dedicada hasta ahora.

Un viaje complejo

La última y única nave espacial en visitar a los gigantes de hielo fue la Voyager 2, que voló por Urano en 1986 y Neptuno en 1989.

Voyager 2, la única nave espacial que ha visitado Neptuno, tomó una foto del planeta en 1989. NASA/JPL

Si bien el impulso se está construyendo para un retorno, no será simple. Si lanzamos durante las próximas ventanas de lanzamiento convenientes de 2030-34 para Urano y 2029-30 para Neptuno, los tiempos de vuelo variarían de 11 a 15 años. Un problema importante es el poder. La nave espacial Juno es el objeto más distante del Sol que ha utilizado paneles solares. Orbita Júpiter, que está cinco veces más lejos del Sol que la Tierra. Sin embargo, donde las células solares de Juno generarían 14 kilovatios de energía continua en la Tierra, solo generan 0,5 kW en Júpiter. Mientras tanto, Urano y Neptuno están 20 y 30 veces más lejos, respectivamente, del Sol que la Tierra. La energía para estas misiones tendría que generarse a partir de la desintegración radiactiva del plutonio (la fuente de energía para las misiones Galileo y Cassini). Esta desintegración radiactiva puede dañar e interferir con los instrumentos. Por lo tanto, está reservado para naves espaciales que realmente lo necesitan, como las misiones que operan lejos del Sol.

Luchando contra el calor

La escala masiva de planetas gigantes significa que las velocidades de órbita para las naves espaciales entrantes son increíblemente rápidas. Y estas velocidades calientan en gran medida la nave espacial. La sonda Galileo entró en la atmósfera de Júpiter a 47,5 kilómetros por segundo, sobreviviendo a las condiciones de entrada más duras jamás experimentadas por una sonda de entrada. La capa de choque que se formó en la parte delantera de la nave espacial durante la entrada alcanzó una temperatura de 16.000 ° C, alrededor de tres veces la temperatura de la superficie del Sol. Aun así, se descubrió que la distribución de la masa del escudo térmico era ineficiente, lo que demuestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo ingresar a planetas gigantes. Las futuras misiones de sonda propuestas a Urano y Neptuno ocurrirían a velocidades de entrada más lentas de 22 km / s y 26 km / s, respectivamente. Para ello, la NASA ha desarrollado un material resistente pero relativamente ligero tejido a partir de fibra de carbono, llamado HEEET (Heatshield for Extreme Entry Environment Technology), diseñado específicamente para sobrevivir a planetas gigantes y a la entrada venusiana. Si bien el material ha sido probado con un prototipo a gran escala, aún no ha volado en una misión.

Está previsto que el material HEEET de la NASA se utilice para futuras misiones de entrada de gigantes de hielo. NASA

Los próximos pasos

En 2024, la misión Europa Clipper de la NASA se lanzará para investigar la luna Europa de Júpiter, que se cree que alberga un océano de agua líquida debajo de su superficie helada, donde se pueden encontrar signos de vida. La misión Dragonfly, planeada para lanzarse en 2026, también tendrá como objetivo buscar signos de vida en la luna Titán de Saturno.

Hay planes para una misión conjunta de la NASA y la ESA para visitar a uno de los gigantes de hielo dentro de la próxima ventana de lanzamiento. Pero si bien ha habido una extensa preparación, no está decidido qué gigante de hielo será visitado.

Se está considerando una sola misión a ambos planetas. También se planea una sonda de entrada. Pero si la misión visita ambos planetas, está indeciso qué atmósfera del planeta exploraría la sonda.

Si queremos cumplir con la próxima ventana de lanzamiento, se espera que los conceptos de misión deban finalizarse para 2025, a más tardar. En otras palabras, se acerca el momento de la crisis.

Si una misión avanza, los dos objetivos más importantes para los científicos de la NASA serán determinar la composición interior de los gigantes de hielo (exactamente de qué están hechos) y su composición (cómo se forman).

Otros objetivos incluirán el estudio de sus campos magnéticos, que son muy diferentes a los gigantes gaseosos y todos los demás tipos de planetas.

También querrán estudiar el calor liberado tanto por Urano como por Neptuno, que tienen temperaturas promedio de alrededor de -200 ° C. Todos los planetas gigantes están destinados a enfriarse muy lentamente, ya que liberan la energía obtenida durante su formación.

Esta liberación de calor se puede detectar para Júpiter, Saturno y Neptuno. Urano, sin embargo, no parece liberar calor, y los científicos no saben por qué.

Crédito: Chris James, Yu Liu, Universidad de Queensland, para The Conversation.
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