La misión New Horizons (' Nuevos Horizontes ') es una misión espacial no tripulada de la agencia espacial estadounidense (NASA) destinada a explorar Plutón, sus satélites y probablemente el cinturón de Kuiper. La sonda se lanzó desde Cabo Cañaveral el 19 de enero de 2006 tras posponerse por mal tiempo la fecha original de lanzamiento. New Horizons viajó primero hacia Júpiter, donde llegó en febrero-marzo de 2007. A su paso por Júpiter aprovechó la asistencia gravitatoria del planeta para incrementar su velocidad relativa unos 4.023,36 m/s (14.484 km/h). Llegó al punto más cercano a Plutón el 14 de julio de 2015, a las 11:49:04 UTC. Tras dejar atrás Plutón, la sonda probablemente sobrevuele uno o dos objetos del cinturón de Kuiper.
Después de la Voyager 1 y justo por delante de la Voyager 2 es la sonda espacial con mayor velocidad, alcanzando respecto al Sol una velocidad máxima de 15,1 km/s. (54.000 km/h aproximadamente)
Antecedentes
Esta sonda es la primera misión del proyecto de New Frontiers de la NASA (Sondas de medio coste, más caras que las de tipo Discovery, y más baratas que las Flagship); el costo total de la misión es del orden de 650 millones de dólares en un periodo de 15 años (2001 a 2016).
La sonda fue construida por el Instituto de Desarrollo Southwest (SwRI) y por el Laboratorio Johns Hopkins. Además de sus instrumentos científicos, la sonda lleva una colección de 434 738 nombres recopilados por el sitio web de la misión y guardados en un disco compacto, una pieza de la SpaceShipOne y una bandera de Estados Unidos, así como una moneda de 25 centavos de Florida y cenizas del descubridor de Plutón, el astrónomo Clyde Tombaugh.
Objetivos
Trayectoria de la New Horizons', en rojo la órbita de 2014 MU69.
Los objetivos principales de la misión son la caracterización de la geología global y morfología del planeta enano Plutón y sus satélites, el estudio de la composición superficial de dichos cuerpos y la caracterización de la atmósfera de Plutón. Otros objetivos incluyen el estudio de la variabilidad en el tiempo de la superficie y atmósfera de Plutón, obtener imágenes de Plutón y Caronte en alta resolución, buscar satélites y anillos adicionales alrededor de Plutón, y posiblemente caracterizar uno o dos objetos del cinturón de Kuiper.
El 28 de agosto de 2015 la NASA anunció que el siguiente objetivo de la sonda será el sobrevuelo del objeto transneptuniano2014 MU69 a principios de 2019.
Lanzamiento
Lanzamiento de la sonda New Horizons.
Su lanzamiento fue programado originalmente el 17 de enero de 2006 para permitir una inspección más exhaustiva de los propulsores de queroseno del cohete Atlas, y por retrasos menores el lanzamiento se trasladó al 19 de enero de 2006 despegando desde la Base de la Fuerza Aérea en Cabo Cañaveral.
Para su lanzamiento fue usado un cohete Atlas V, con una tercera etapa de combustible sólido Star 48b para aumentar su velocidad de escape, dándole al cohete un empuje total de 9 MN y una masa total de 726 000 kg.5
La ventana de lanzamiento en enero de 2006 y tras un breve encuentro con el asteroide (132524) APL, le permitió alcanzar Júpiter, el 28 de febrero de 2007 tuvo su máximo acercamiento al planeta a una distancia de 2.3 millones de kilómetros (1.4 millones de millas), realizando a continuación una maniobra de asistencia gravitatoria, permitiendo ahorrar 3 años de viaje para llegar a Plutón, durante el sobrevuelo de Júpiter se pudieron realizar test de los instrumentos y posibilidades de la sonda, remitiendo información sobre la atmósfera, sus lunas y su magnetosfera. Tras la visita a Júpiter la sonda fue puesta en estado de hibernación para preservar todos los instrumentos de a bordo, salvo un pequeño chequeo anual que había que hacerle. La sonda tiene el récord de la velocidad más alta con respecto a la Tierra y por ahora unica que ha alcanzado la velocidad de escape del Sol sin maniobras de asistencia gravitatoria.
Instrumentos
Instrumentos de la sonda New Horizons
Los instrumentos en la sonda están diseñados para que en el breve paso sobre Plutón y Caronte se obtenga la mayor información posible, como por ejemplo la composición y comportamiento de la atmósfera, la forma en que el viento solarinteractúa con la misma, los elementos geográficos.
Características técnicas
La nave fue construida en aluminio, con forma de triángulo, con 0.70 m de alto, 2.1 m de largo y 2.7 m de ancho, y pesaba en el lanzamiento 478 kg, 77 kg de los cuales corresponden al combustible y 30 kg a los instrumentos científicos. Cuando llegó a Plutón pesó sólo 445 kg.8 Posee una antena parabólica de alta ganancia de 2.1 m de diámetro, montada en la parte superior del triángulo. El triángulo contiene los equipos electrónicos, cableado y los sistemas de propulsión. En el centro del triángulo hay un adaptador de separación. En la punta del mismo, está montado el generadortermoeléctrico de radioisótopos (RTG, por sus siglas en inglés) para reducir la interferencia con los equipos. No hay baterías a bordo, por lo que toda la electricidad es producida por el RTG con pastillas de plutonio-238, recubiertas con iridio y envueltas en grafito. Los RTG generan 240 W de 30 V en el lanzamiento, y se reducirá a 200 W a la llegada a Plutón. El control de temperatura se consigue con pintura negra térmica, mantas térmicas, el calor que produce la RTG, radiadores, persianas y calentadores eléctricos.
La nave tiene tres ejes estabilizados, usando como propulsión un tanque de hidracina hecho de titanio con 77 kg de propelente montado en el centro del triángulo que la impulsa a una velocidad de 290 m/s (1 044 km/h). El tanque impulsa 16 motores de hidracina: 4 de 4,4 N de empuje para correcciones de trayectoria y doce de 0,9 N, usados para correcciones de actitud y otras maniobras. En cuanto a la navegación y la orientación de la sonda, la actitud se determina usando dos cámaras de seguimiento de estrellas (Star Trackers) con sensores CCD y un catálogo de estrellas. También se usa una doble unidad de medición inercial (MIMU) conteniendo cada una tres giroscopios y tres acelerómetros que mantienen estable el vehículo espacial. La nave es controlada mediante cuatro ordenadores: un sistema de comandos, gestión de datos, orientación, y el procesador. El procesador es un Mongoose-V de 12 MHz (una versión mejorada y preparada para soportar la radiación del MIPSR3000). También se usan relojes de tiempo, además de software. Estos equipos se encuentran en un IEM (Integrated Electronics Module); hay dos de ellos. Los datos se registran en dos grabadoras de estado sólido de baja potencia con capacidad de 8 Gb cada una.
Comunicaciones
Antena de la sonda.
Las comunicaciones con la Tierra se realizan por medio de la banda X. Cuanto mayor sea la distancia, menor será el caudal de comunicación. Por ejemplo, estaba previsto que desde Júpiter, la velocidad de comunicación sea de 38 kilobit por segundo. Sin embargo, desde la distancia de Plutón, mucho mayor, está previsto que el caudal de comunicación sea de tan solo de 600 a 1200 bits por segundo.
Esta baja velocidad significa que para enviar las fotografías de Plutón se tardará mucho tiempo, y habrá que esperar varios meses hasta tenerlas todas (se prevén 9 meses de espera). Por ejemplo, para el envío de una fotografía, a la velocidad de 1000 bit/s, aproximadamente se tardará 12 horas continuas. La cantidad aproximada de datos en fotografías de Plutón y Caronte se estima en 10 GB, y son previstos 9 meses en total debido a que no existe la capacidad de recepción de datos en forma permanente, pues las antenas de recepción (red DSN) deben ocuparse también de muchas otras sondas espaciales.
Para las comunicaciones, la sonda cuenta con 2 transmisores y 2 receptores, también se usan 2 amplificadores de 12 W. La nave usa la antena parabólica de 2,1 m de diámetro de 48 dB y una antena de baja ganancia para comunicaciones de emergencia.
superficie
Las sorpresas de Plutón que nos descubrió la New Horizons hace un año
El 14 de julio de 2015 pasará a la historia como el día que la humanidad completó su primer reconocimiento del sistema solar. Ese día la sonda New Horizons sobrevoló el sistema de Plutón y en unas pocas horas revolucionó nuestro conocimiento del principal objeto del cinturón de Kuiper. Plutón ha resultado ser un mundo mucho más complejo y diverso de lo esperado. Un año después repasamos las principales sorpresas de la misión:
Plutón, con la planicie Sputnik en su centro, visto por la New Horizons el 14 de julio de 2015 (NASA/JHUAPL/SwRI).
1. Sputnik: el mayor glaciar del sistema solar
Se esperaba encontrar hielo de nitrógeno en la superficie de Plutón, pero nadie imaginaba que este material estaría formando el mayor glaciar conocido. Con una consistencia similar a la pasta de dientes, el hielo de nitrógeno —mezclado con hielo de metano y monóxido de carbono— cubre toda la región de Sputnik Planum, el lóbulo izquierdo del característico ‘corazón’ de Plutón (que a su vez es parte de Tombaugh Regio). Con una superficie de 870 000 kilómetros cuadrados, Sputnik ha sorprendido a todos debido a su extrema juventud. La falta de cráteres indican que Sputnik tiene una edad inferior a diez millones de años, es decir, ayer mismo en términos geológicos. La llanura de Sputnik está dominada por células de convección y, más al sur, vemos numerosas oquedades debidas a la sublimación de los hielos. La evidencia indica que Sputnik Planum se ha formado a partir de una cuenca de impacto que sirve como trampa de frío para los diferentes hielos de la superficie de Plutón, aunque el mecanismo preciso que permite su existencia es desconocido.
Sputnik Planum en todo su esplendor (NASA/JHUAPL/SwRI).
Foto en alta resolución de la cámara LORRI de la frontera entre Sputnik y las montañas de agua circundantes. Se aprecian las células de convección (NASA/JHUAPL/SwRI).
Zona de Sputnik Planum donde se ve la frontera entre células de convección y las oquedades debidas a la sublimación (NASA/JHUAPL/SwRI).
Cráteres descubiertos en Plutón. Sputnik Planum no tiene ninguno (NASA).
2. Una atmósfera repleta de sustancias orgánicasPlutón es una especie de cometa gigante rodeado de una tenue atmósfera producida por la sublimación de los hielos que forman su superficie, principalmente nitrógeno. Sin embargo, antes de la llegada de la New Horizons nadie sabía la presión superficial exacta que existía en Plutón. La sonda descubrió que la presión de la atmósfera de nitrógeno era más baja de lo esperado, de tan solo diez microbares, pero también pudo comprobar que es más fría (entre -236º C y -228º C) y que se extendía más lejos de lo esperado. Pero la sorpresa más llamativa fue comprobar que esta fina atmósfera esta repleta de partículas orgánicas en suspensión distribuidas en unas veinte capas que se pueden encontrar hasta unos 200 kilómetros de altura (las principales capas están a 10, 30, 90 y 190 kilómetros) y que probablemente se han formado por efecto de ondas atmosféricas creadas por los vientos plutonianos al soplar sobre las montañas. Las partículas orgánicas que forman esta neblina, denominadas tolinas, se han creado por la acción de la luz ultravioleta del Sol y los rayos cósmicos sobre las moléculas de metano y nitrógeno. Estas tolinas caen continuamente sobre la superficie plutoniana otorgando a Plutón su característico color rojizo. Las imágenes que la New Horizons tomó de la atmósfera del planeta enano a contraluz muestran un hermoso color azul, aunque hay que recordar que este color se debe a la dispersión de la luz solar por partículas de gran tamaño —dispersión de Mie—, no a la dispersión Rayleigh por moléculas de la atmósfera terrestre. Por eso esta imagen se hubiera visto de color rojo de haberse tratado de la Tierra.
La atmósfera de Plutón vista por la New Horizons tras pasar por Plutón. Una perspectiva imposible desde la Tierra (NASA/JHUAPL/SwRI).
Las capas de neblinas de la atmósfera sobre Plutón (NASA/JHUAPL/SwRI).
Las montañas flotantes de hielo de agua.Hay montañas en el cinturón de Kuiper. Plutón presenta numerosas cadenas montañosas de varios kilómetros de altura alrededor de la zona de Sputnik Planum. La presencia de montañas ‘de verdad’ —y no simples bordes o picos de cráteres— en cualquier cuerpo del sistema solar es siempre una muestra de actividad interna. La altura de varios kilómetros que presentan estas montañas indican que deben estar formadas forzosamente por hielo de agua (el resto de hielos de la superficie de Plutón no tiene la consistencia necesaria para formar montañas estables). Pero la sorpresa fue mayúscula cuando los investigadores comprobaron que, al menos las montañas de Al Idrisi, son en realidad grandes bloques de hielo de agua flotan en los glaciares de nitrógeno de Sputnik Planum como si fueran gigantescos icebergs.
Montañas de hielo de agua de Plutón (NASA/JHUAPL/SwRI).
Los montes Al-Idrisi, en el borde de Sputnik Planum, son bloques de hielo de agua que flotan en un glaciar de nitrógeno (siencemag.org/NASA).
Montañas de la zona sur del hemisferio que vio la New Horizons. Aunque están formadas por hielo de agua, están cubiertas por nieve de metano (NASA/JHUAPL/SwRI).
4. ¿Criovolcanes?
Pero Plutón podría ser incluso más activo. El planeta enano tiene, como mínimo, dos montañas, Wright Mons (4 kilómetros de altura) y Piccard Mons (6 kilómetros), que se sospecha podrían ser criovolcanes, es decir, volcanes que expulsan agua líquida procedente del interior. De confirmarse su existencia se convertirían en una evidencia sólida de que dentro de Plutón hay un océano de agua líquida.
Wright Mons, en Plutón, el principal candidato a criovolcán ( NASA/JHUAPL/SwRI).
5. Un sistema de lunas diversas.
Las cinco lunas de Plutón, con Caronte a la cabeza, parecen haberse formado en un gran y único impacto primigenio. Caronte, a diferencia de Plutón, tiene una superficie formada principalmente por hielo de agua con leves trazos de amoniaco. En el polo norte posee una misteriosa mancha oscura denominada Mordor Macula cuyo origen es un misterio. También ha llamado la atención la red ecuatorial de cañones y fracturas que presenta este satélite. Las más importantes son los cañones Serenity Chasma (de 50 kilómetros de ancho y 5 de profundidad) y Mandjet Chasma (de 7 kilómetros de profundidad). El hemisferio sur de Caronte presenta pocos cráteres, sobre todo Vulcan Planum, y en él destaca la presencia de una extraña montaña rodeada por un ‘foso’. En cuanto al resto de pequeñas lunas, su albedo es más elevado de lo esperado. Cerbero probablemente sea una luna doble, formada por la unión de dos pequeñas lunas, mientras que Nix destaca por un curioso cráter de color rojizo.
Caronte con Mordor Macula en el polo norte (NASA/JHUAPL/SwRI).
Las lunas menores de Plutón procesadas por Roman Tkachenko (NASA/JHUAPL/SwRI/Roman Tkachenko).
Plutón y Caronte. La imagen refleja el verdadero albedo de estos mundos (Caronte es más oscuro)(NASA/JHUAPL/SwRI).
5. Cambios climáticos.
La combinación de la elevada inclinación del eje de rotación de Plutón (58º) con la gran excentricidad de su órbita hace que Plutón sea famoso por tener estaciones dobles. Pero la New Horizons ha descubierto que las variaciones climáticas podrían no ser solamente estacionales. Todo indica que el planeta enano sufre periodos en los que su presión atmosférica aumenta lo suficiente (hasta 4 o 40 veces la presión atmosférica de Marte) para que puedan existir ríos y lagos de nitrógeno líquido. Imagínate, un mundo con un ciclo del nitrógeno equiparable al ciclo del agua en la Tierra. Con todos estos elementos, ¿hace falta algo más para confirmar que Plutón es ya uno de los mundos más fascinantes del sistema solar?¿Qué otras maravillas se esconderán en los miles de mundos del cinturón de Kuiper?
Un depósito de hielo de nitrógeno que en el pasado pudiera haber sido un lago (NASA/JHUAPL/SwRI).
La inclinación del eje de Plutón y su órbita provocan extrañas zonas climáticas y un ‘doble invierno’ (NASA/JHUAPL/SwRI).
Plutón visto el 13 de julio de 2015, un día antes del encuentro. La mancha oscura bajo el corazón (Tombaugh Regio) se denomina Krun Macula (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute).
Todas la superficie de Plutón vista por la New Horizons (NASA/JHUAPL/SwRI/Corey S. Powell).
La Gran Mancha Roja de Júpiter es un óvalo gigante de nubes de color carmesí en el hemisferio sur de Júpiter que corre en sentido antihorario alrededor del perímetro del óvalo con velocidades del viento mayores que cualquier tormenta en la Tierra. Midiendo 10,000 millas (16,000 kilómetros) de ancho a partir del 3 de abril de 2017, la Gran Mancha Roja es 1.3 veces más ancha que la Tierra.
"Juno descubrió que las raíces de la Gran Mancha Roja son de 50 a 100 veces más profundas que los océanos de la Tierra y más cálidas en la base que en la cima", dijo Andy Ingersoll, profesor de ciencia planetaria en Caltech y co-investigador de Juno. "Los vientos están asociados con las diferencias de temperatura, y la calidez de la base del lugar explica los vientos feroces que vemos en la parte superior de la atmósfera".
El futuro de la Gran Mancha Roja aún está en debate. Si bien la tormenta ha sido monitoreada desde 1830, posiblemente haya existido por más de 350 años. En el siglo XIX, la Gran Mancha Roja tenía más de dos Tierras de ancho. Pero en los tiempos modernos, la Gran Mancha Roja parece estar disminuyendo en tamaño, medida por los telescopios y las naves espaciales. En el momento en que los Voyagers 1 y 2 de la NASA corrieron por Júpiter en su camino a Saturno y más allá, en 1979, la Gran Mancha Roja tenía dos veces el diámetro de la Tierra. En la actualidad, las mediciones realizadas con telescopios basados en la Tierra indican que el óvalo sobre el que Juno sobrevoló ha disminuido en ancho en un tercio y la altura en un octavo desde tiempos de la Voyager.
Juno también ha detectado una nueva zona de radiación, justo encima de la atmósfera del gigante gaseoso, cerca del ecuador. La zona incluye hidrógeno enérgico, oxígeno e iones de azufre moviéndose a una velocidad casi liviana.
"Cuanto más se acerca a Júpiter, más raro se vuelve", dijo Heidi Becker, líder de investigación de monitoreo de radiación de Juno en el JPL. "Sabíamos que la radiación probablemente nos sorprendería, pero no pensamos que encontraríamos una nueva zona de radiación cerca del planeta. Solo la encontramos porque la órbita única de Juno alrededor de Júpiter permite que se acerque mucho a las nubes. durante los sobrevuelos de la colección de ciencia, y literalmente volamos a través de él ".
Esta figura da una mirada hacia la Gran Mancha Roja de Júpiter, utilizando datos del instrumento radiómetro de microondas a bordo de la nave espacial Juno de la NASA. Cada uno de los seis canales del instrumento es sensible a las microondas de diferentes profundidades debajo de las nubes.
Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI
La nueva zona fue identificada por la investigación del Instrumento de Detección de Partículas Energéticas de Júpiter (JEDI). Se cree que las partículas derivan de átomos neutros energéticos (iones de movimiento rápido sin carga eléctrica) creados en el gas alrededor de las lunas de Júpiter Io y Europa. Los átomos neutros se convierten en iones cuando sus electrones son eliminados por la interacción con la atmósfera superior de Júpiter.
Juno también encontró firmas de una población de iones pesados de alta energía dentro de los bordes internos del cinturón de radiación de electrones relativista de Júpiter, una región dominada por electrones que se mueven cerca de la velocidad de la luz. Las firmas se observan durante los encuentros de alta latitud de Juno con el cinturón de electrones, en regiones nunca exploradas por naves espaciales anteriores. El origen y la especie exacta de estas partículas aún no se comprende. La cámara estrella de la Unidad de Referencia Estelar (SRU-1) de Juno detecta las firmas de esta población como firmas de ruido extremadamente altas en las imágenes recopiladas por la investigación de monitoreo de radiación de la misión.
Hasta la fecha, Juno ha completado ocho pases de ciencias sobre Júpiter. El noveno pase de ciencias de Juno será el 16 de diciembre.
Este gráfico muestra una nueva zona de radiación que Juno detectó alrededor de Júpiter, ubicada justo encima de la atmósfera cerca del ecuador. También se indican las regiones de alta energía, iones pesados que Juno observó en latitudes altas.
Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / JHUAPL
Juno se lanzó el 5 de agosto de 2011 desde Cabo Cañaveral, Florida, y llegó a la órbita alrededor de Júpiter el 4 de julio de 2016. Durante su misión de exploración, Juno se eleva bajo sobre las cimas de las nubes del planeta, tan cerca como unas 2.100 millas ( 3.400 kilómetros). Durante estos sobrevuelos, Juno explora bajo la cubierta de nubes oscurecedoras de Júpiter y estudia sus auroras para aprender más sobre los orígenes, la estructura, la atmósfera y la magnetosfera del planeta.
JPL administra la misión de Juno para el investigador principal, Scott Bolton, del Southwest Research Institute en San Antonio. La misión Juno es parte del Programa de Nuevas Fronteras administrado por el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, para el Directorado de Misión Científica. Lockheed Martin Space Systems, Denver, construyó la nave espacial. JPL es una división de Caltech en Pasadena,
