El próximo 15 de setiembre, a las 08:08 hora paraguaya, la sonda Cassini se zambullirá dentro de las nubes superiores del planeta Saturno, finalizando espectacularmente la misión interplanetaria más exitosa en la historia de la exploración espacial.
¿Quién fue Cassini?
Giovanni Cassini fue un notable astrónomo italiano radicado en Francia que descubrió la mayor de las brechas existentes entre los anillos de Saturno. Este espacio vacío se denomina hoy en día la “División de Cassini”. También descubrió las lunas Jápeto, Dione, Rea y Tetis que giran alrededor del planeta anillado.
Giovanni fue director del Observatorio de París. Entre sus muchas observaciones está la de medir con gran exactitud los periodos de las lunas de Júpiter. En 1676 el astrónomo Ole Christensen Rømer usó los datos obtenidos por Cassini para medir por primera vez la velocidad de la luz.
Conociendo los periodos de salida y ocultación del satélite galileano Io se puede verificar que existen variaciones en los tiempos cuando las mediciones se realizan desde distintos puntos de la órbita terrestre (medidas hechas cada seis meses). Rømer tomó estas variaciones para determinar que la luz tiene una velocidad finita, no instantánea de alrededor de 220 km/s.
Christiaan Huygens observó por primera vez los anillos de Saturno y descubrió la mayor luna de este planeta, Titán. Huygens fue un físico holandés que desarrolló nuevos métodos para pulir lentes, lo cual le permitió construir telescopios más potentes que finalmente le posibilitaron hacer sus descubrimientos astronómicos.
Huygens inventó el reloj de péndulo y propuso la teoría ondulatoria de la luz. También diseñó y construyó un micrómetro que usó para calcular el tamaño aparente de los planetas y la distancia angular entre éstos y sus satélites.
Indagar sobre el sistema saturniano
En 1984 la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA acordaron enviar una misión conjunta de exploración al Sistema Saturno. La NASA bautizó a su orbitador con el nombre Cassini. En aquel entonces el proyecto que aún estaba en desarrollo ya era el más complejo y costoso en la historia de la exploración espacial de la agencia norteamericana.
Por su parte, la ESA en 1988 nombró a su sonda Huygens. El objetivo de la agencia europea era hacer que su sonda descendiera al suelo de Titán, la luna más grande de Saturno. A partir de ese año oficialmente la misión conjunta NASA/ESA al planeta de los anillos se conoció con el nombre de Misión Cassini–Huygens.
En 1997 la misión ya estaba lista para su largo viaje. El orbitador Cassini contaba con una docena de instrumentos científicos, más de 13 km de cables y 22 mil conexiones eléctricas, 3 generadores termoeléctricos de radioisótopos que funcionaban con plutonio, aproximadamente 10 kg por cada generador, lo que dio origen a varias protestas de grupos ambientalistas. Los manifestantes temían que durante el despegue se produzca algún tipo de accidente y que el plutonio se libere a la atmósfera.
La sonda Huygens era un poco más modesta, contaba con 6 instrumentos científicos y baterías comunes para la producción de electricidad.
Finalmente Cassini–Huygens despegó de Cabo Cañaveral el 15 de octubre de 1997. En ese momento era la obra de ingeniería más compleja jamás realizada por la humanidad (ese título actualmente lo ostenta el LHC). Había costado USD $3.260 millones y su desarrollo, que llevo más de 30 años, fue posible gracias a la colaboración de 3 agencias espaciales, 17 naciones y 260 científicos.
Un trayecto largo para conocer al gigante gaseoso
Saturno es un planeta que se encuentra a unos 1.400 millones de km del Sol. Para cubrir semejante distancia en el menor tiempo posible los ingenieros de vuelo de la Cassini–Huygens eligieron una trayectoria que usaría asistencia gravitatoria de Venus, la Tierra y Júpiter. Este tipo de maniobras consiste en usar la gravedad de un planeta para acelerar una nave espacial, algo parecido a lanzar una piedra haciendo girar una honda.
Para ganar velocidad, la sonda pasó a solo 100 millones de km del Sol, sobrevoló Venus en 1998 y 1999, luego pasó por la Tierra y en 2002 usó la gravedad de Júpiter para alcanzar su aceleración final.
Durante el largo viaje de siete años a Saturno la sonda no experimentó ningún tipo de problemas, salvo en febrero de 2000. Ese año el control de la misión descubrió que el receptor que usaba la Cassini para comunicarse con la Huygens tenía un defecto de diseño, el cual impediría la transmisión de datos entre las sondas hermanas.
Para solucionar el problema los ingenieros de la NASA y la ESA realizaron varios ajustes al plan de vuelo de la misión. Uno de ellos fue el cambio de fecha en que la Huygens tenía que separarse de la Cassini.
Otra de las modificaciones consistió en cambiar a la orientación de la antena de la Cassini, ésta debería mirar constantemente hacia la Huygens, lo que conllevaba mayor consumo de energía. En cuanto a la sonda europea, los ingenieros decidieron cambiar la zona donde originalmente tenía que tocar tierra la Huygens.
Todas estas modificaciones se realizaron para compensar el defecto en el receptor de la Cassini y permitir de esta forma que los datos enviados desde la Huygens lleguen al orbitador norteamericano.
Demás está decir que la comunicación entre ambas sondas fue un éxito.
En la proximidades del Señor de los Anillos
El 11 de junio de 2004 la Cassini–Huygens pasó por Febe, una de las lunas más externas de Saturno. Las imágenes que la sonda tomó a esta luna de 213 km de diámetro permitieron inferir que Febe es un centauro, un cometa originario del Cinturón de Kuiper capturado por el planeta Saturno.
Casi un mes después de pasar por Febe, la sonda cruzó el plano de los anillos de Saturno por la brecha que existe entre los anillos F y G. Poco después la Cassini–Huygens iniciaba las maniobras de inserción en la órbita de Saturno, convirtiéndose así en el primer objeto hecho por el hombre en mantener una órbita alrededor del planeta anillado.
Todas las acciones y procesos necesarios para pasar entre los anillos o cambiar de órbita y poder visitar los distintos satélites del Sistema Saturno la sonda los realizó por sí misma, usando el complejo software experto con que contaba.
Hay que tener en cuenta que cualquier señal que salga de la Tierra tarda unos 80 minutos en llegar a Saturno. Esto hace imposible controlar la sonda en tiempo real y por eso ella debe tomar por sí misma ciertas decisiones, lo que le permitió tener un rotundo éxito en todas sus maniobras, tanto las de sobrevuelo como las de mantener la órbita alrededor del planeta.
La llegada de la Huygens a Titán
Aproximadamente cinco meses luego de que la Cassini haya entrado en órbita alrededor de Saturno, la sonda Huygens estaba lista para soltarse de su hermana mayor. Esto ocurrió en la órbita número tres que la Cassini completó alrededor del planeta anillado, exactamente el día 24 de diciembre del año 2004 a las 23:00 hora paraguaya.
Una vez liberada la Huygens, ésta inició un proceso de aproximación a Titán que le llevó 20 días.
Al llegar a la atmósfera del enorme satélite, la Huygens usó una serie de 3 paracaídas para frenar su velocidad, luego de dos horas y 32 minutos de descenso la Huygens tocó tierra (titanizó) el día 14 de enero del año 2005.
Mientras ocurría todo esto, la Cassini sobrevolaba Titán y podía recibir los datos enviados por la Huygens (gracias a los cambios realizados en 2000). La sonda Cassini se mantuvo sobre el horizonte de Titán 72 minutos y en ese lapso la Huygens envió 602 imágenes tomadas durante el descenso y el aterrizaje.
Cuando la Cassini se ocultó tras el horizonte de Titán, ya no pudo escuchar a la Huygens, aún así la pequeña sonda europea continuó transmitiendo datos hasta que se congeló completamente.
La temperatura medida por la Huygens en la superficie de Titán fue de 186º bajo cero. Es digno mencionar también que gracias a un gran esfuerzo de los ingenieros de la misión se pudieron recuperar los datos referentes al descenso de la Huygens atreves de la atmósfera de Titán, varios radiotelescopios terrestres pudieron captar la débil señal de la sonda que estaba a 1.418 millones de km.
La exploración del sistema Saturno
La Cassini ya tiene más de 13 años estudiando gran parte del Sistema Saturno. En todo ese tiempo ha completado 206 órbitas alrededor del planeta y ha sobrevolado varias de sus lunas. En concreto tuvo 127 encuentros cercanos con Titán y pasó 22 veces sobre Encélado.
Los sobrevuelos sobre Titán se deben tanto al interés de los científicos como a la necesidad de usar su gravedad para modificar la trayectoria de la nave.
En algo más de una década la Cassini ha enviado a la Tierra cerca de 330.000 imágenes. Con dichos datos y otras mediciones que ha realizado la nave ahora se sabe que en Titán el metano cumple el mismo papel que lo hace el agua en nuestro planeta. En Titán hay lagos, mares y ríos de metano, así como lluvias que dejan cauces visibles sobre la superficie del satélite.
En la parte superior de la atmósfera de Titán hay nubes de metano, las cuales son responsables de las lluvias, pero no se han detectado tormentas eléctricas. En cambio en la atmósfera de Saturno se producen enormes tormentas, una de las más espectaculares es la que tiene forma de hexágono y que la Cassini ha fotografiado sobre el polo norte del planeta.
The gap between Saturn and its rings is no longer unexplored space – and we're going back 21 times. #GrandFinale! https://t.co/TSA7uQe4KS pic.twitter.com/t9RlhEsWCP
— NASA Solar System (@NASASolarSystem) April 27, 2017
En Encélado la Cassini confirmó la presencia de chorros que salen disparados hacia el espacio desde el polo sur del helado satélite. Este material eyectado es lo que forma el anillo E que rodea a Saturno.
Mediciones precisas realizadas por la Cassini indican que Encélado tiene un mar interior, tal vez el el sitio con mayores probabilidades de encontrar vida fuera de la Tierra.
Otras de las cuestiones resueltas por la Cassini es la diferencia de color entre los 2 hemisferios de la luna Jápeto, donde el hemisferio más oscuro toma su color del material proveniente de la luna Febe. Lo que ni la Cassini ni nadie aún ha podido contestar es el origen de la cordillera ecuatorial de esta luna. Dicha formación le da una apariencia de nuez a Jápeto.
Queda pendiente también para otra misión la confirmación del supuesto anillo alrededor de la luna Rea.
Las espectaculares fotos enviadas por la Cassini nos muestran que los anillos tienen complejos componentes. Por ejemplo, en las imágenes se puede notar que existen sombras que se proyectan sobre la superficie plana de los anillos. Estas sombras son producidas por estructuras verticales.
Entre los anillos no solo hay divisiones que podemos observar desde la Tierra, sino un sinnúmero de pequeñas brechas que nadie había imaginado.
El Gran Final
La sonda obtiene energía eléctrica de los tres generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), cada uno con casi 10 kg de plutonio 238 al partir de la Tierra. Antes de que la nave pierda el control por falta de combustible, los ingenieros de la misión decidieron que sería estrellada contra Saturno para evitar la contaminación con plutonio o con microorganismos terrestres de lunas como Titán o Encelado, las cuales podrían albergar algún tipo de vida.
Los científicos de la Cassini han denominado a la última parte de la misión como “Gran Final”. Ésta inició el día 22 de abril y finalizará cuando la sonda se sumerja en la densa atmósfera de Saturno el 15 de setiembre. Durante el tiempo de vida que le queda a la ya mítica sonda interplanetaria ésta describirá 22 órbitas, rodeando el planeta por el lado interior de los anillos. Dicho de otro modo, las órbitas fueron elegidas para que la nave pase entre el anillo más interior y la capa superior de las nubes de Saturno, acercándose en cada órbita un poco más al planeta.
En estos pasos cercanos se podrán obtener tomas de los anillos nunca antes vistas y también se tendrán primeros planos de los satélites Atlas, Dafne, Pan y Pandora. Como el espacio que hay entre el planeta y los anillos podría estar poblado de pequeñas partículas de material, la Cassini está haciendo los pasos por dicha región con un antena usada como escudo (posición en modo ariete).
Existen aún algunas tareas que la Cassini debe desarrollar antes de que envíe su última señal a la Tierra. Una de ellas es determinar la densidad de los anillos. Dependiendo de los valores que se midan, podremos saber cuándo se formaron. La Cassini también sigue observando estrellas brillantes a través de los anillos, determinando así el material del cual están hechos. Las últimas órbitas de la nave también podrán determinar la densidad del núcleo del planeta y la manera en que rotan las capas internas de gas en Saturno.
El final visto desde la Tierra
La entrada de la sonda Cassini a la atmósfera de Saturno producirá un fenómeno luminoso parecido al que producen las partículas de polvo que ingresan a nuestra atmósfera (estrellas fugaces). El evento probablemente pueda ser observado desde la Tierra según una publicación del Ralph D. Lorenz del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad John Hopkins.
Desafortunadamente, los observatorios más potentes como el de Chile y Hawái no tendrán a la vista al planeta anillado en ese momento. En cambio los telescopios de Australia representan la mejor oportunidad de captar el evento.
Una vez que la Cassini ingrese a la atmósfera superior de Saturno, tendrá aproximadamente un minuto para transmitir datos hacia la Tierra (no podrá enviar imágenes, solo mediciones) antes de convertirse en un brillante bólido que producirá trazos de luz que se espera puedan ser captados por telescopios de más de un metro de apertura.
Finalmente, la prolífica sonda que durante más de una década ha sido una extensión de nuestros sentidos en la exploración del remoto y fascinante Sistema Saturno terminará como un enorme destello de luz y pasará a ser parte de la historia.
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Columnista de astronomía y cosmología de Ciencia del Sur. Es un reconocido analista de sistemas informáticos y divulgador astronómico paraguayo. Egresado de la Facultad Politécnica de la Universidad Nacional de Asunción, fue miembro del Club de Astrofísica del Paraguay y fundador y secretario del Centro de Difusión e Investigación Astronómica (CEDIA). Construyó en 2003 un telescopio newtoniano y dictó varias charlas y conferencias por el Año Internacional de la Astronomía. Fundó el Foro Paraguayo de Astronomía, AstroPy.
