Regreso a Júpiter 4

Los paneles se desplegarán 70 minutos después del lanzamiento mientras la nave gira a 0,5 revoluciones por minuto. El vehiculo lanzador iniciará el giro de la sonda, que continuará rotando a diferentes velocidades a lo largo de toda la misión.

Durante la fase de crucero del vuelo, la velocidad normal de rotación será de 1 rpm, que se incrementará a 5 rpm después de la inserción orbital. La nave girará a 2 rpm cuando esté tomando datos científicos.

Imagen de Júpiter obtenida por una de las sondas Voyager

Las misiones financiadas bajo el Programa New Horizons son comandadas por el investigador principal que las propone. Juno fue propuesta por Scott Bolton del Southwest Research Institute en San Antonio, Texas. Bolton comenta que la idea de Juno surgió mientras estaba utilizando el radar de la sonda Cassini para estudiar los cinturones de radiación de Júpiter.

El "resplandor" en ondas de radio de la relativamente caliente atmósfera de Júpiter, era ruido que oscurecía sus observaciones, y que de hecho convertían a Cassini en un radiómetro de microondas de gran alcance.

En las conversaciones con sus colegas sobre el asunto de cuánta agua podría haber en Júpiter (incognita dejada tras la misión Galileo), Bolton se dio cuenta de que sería posible realizar medidas de microondas del resplandor atmosférico, desde una órbita polar que se situase por debajo de los cinturones de radiación, puesto que de otra forma, las medidas precisas de temperatura resultarían oscurecidas.

Bolton se dio cuenta de que si se tomaban datos de la atmósfera en un abanico de frecuencias distintas, podrían después compararse con los modelos de calor de Júpiter. Las diferentes longitudes de onda que se midiesen proporcionarían información importante para medir la composición de la atmósfera a diferentes altitudes.

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Regreso a Júpiter 3

De los 400 vatios generados por los paneles de Juno, la mitad irá a los calentadores y a otros subsistemas térmicos, para mantener el calor de los dispositivos electrónicos. Este es un factor importante para las sondas que funcionan tan lejos del Sol. A la altura de Marte, por ejemplo, se emplea para este fin un tercio de la energía total producida por las naves. A pesar de todo, los 200 a 250 W que quedan son suficientes para hacer funcionar los instrumentos científicos y para enviar los datos a la Tierra mediante su antena de alta ganancia.

La sonda Juno atravesó pruebas acústicas en las instalaciones de Lockheed Martin en Denver. Los grandes paneles solares aparecen plegados contra el cuerpo de la sonda.

"La mitad de la energía, irá a los subsistemas térmicos, y el resto irá a todo lo demás" afirma Gasparrini. "Ciertamente no tendremos tanta potencia disponible como en misiones anteriores".

Los paneles solares de Juno pesan menos que los RTGs, pero en realidad el asunto clave era que no había posibilidades de usar RTGs. El próximo de estos dispositivos se usará en la misión Mars Science Laboratory a Marte, que será lanzado en noviembre próximo. Realmente desarrollar RTGs para Juno habría absorbido todos los fondos disponibles para la misión, afirma Gasparrini.

Como en todas las sondas espaciales la masa es un valor crítico. La masa de Juno será de 1500 kg, y con una carga de combustible de 2000 kg. Gasparrini señala que se ha podido disponer de 100 kg de combustible extra, puesto que la configuración final es menor a los 3625 kg de límite de carga del lanzador Atlas V 551.

Esta variante del cohete Atlas es la misma que lanzó la sonda New Horizons a Plutón el 19 de junio de 2006, con llegada prevista a este planeta para julio de 2015. Este lanzamiento estableció un récord para la mayor velocidad de escape de la Tierra. De hecho, New Horizons llegó a Júpiter en tan sólo 13 meses para recibir la asistencia gravitatoria que le impulsaría en su camino a Plutón. La sonda Juno es más pesada y viajará en una trayectoria más lenta hasta su inserción en órbita de Júpiter en 2016.

La ventana de lanzamiento hacia Júpiter se abrirá el 11 de agosto y se cerrará el 31 de agosto próximo, afirma Gasparrini. El cohete Atlas V propulsará a la sonda hacia Júpiter y la etapa superior del cohete la situará en la trayectoria precisa hacia el planeta gigante. Después la sonda navegará en una trayectoria bastante directa con sólo una asistencia gravitacional con la Tierra prevista para septiembre de 2013. Posteriormente la sonda viajará a través del Cinturón de asteroides hasta finalmente entrar en órbita de Júpiter en julio de 2016 aproximadamente.

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Problemas sin solución del Big Bang. 3 El problema de la singularidad

El problema más antiguo y quizás más conocido de la Teoría del Big Bang es el de la singularidad. El primer instante del universo del Big Bang, en los que su densidad y temperatura eran infinitamente altas, es lo que los matemáticos conocen como singularidad. Esta situación se considera un fallo en la teoría es decir, las leyes de la física no eran como las conocemos, y por tanto no pueden aplicarse a este caso, lo que representa un serio inconveniente.

Además, la teoría postula la creación de toda la masa y la energía del universo de la nada en el primer instante de tiempo, lo que parece representar una violación extrema de la ley de conservación de la masa/energía.

Según la teoría del Big Bang, antes de ese instante, el espacio y el tiempo no existirían. Aunque para algunos, que mezclan sus ideas religiosas con la ciencia, esto sería visto como una interpretación razonable de sus creencias religiosas, para los demás el comienzo del espacio y el tiempo podría representar un grave problema.

Si hubiera habido un Big Bang, parecería que los acontecimientos durante el primer instante de tiempo implicarían la aceleración instantánea de una enorme cantidad de partículas (toda la masa) del universo a una velocidad relativista, algunas variantes de la Teoría del Big Bang postulan incluso velocidades muy por encima de la velocidad de la luz. Debido a que para acelerar una partícula hasta la velocidad de la luz sería necesaria una cantidad infinita de energía, entonces el Big Bang podría haber necesitado un tiempo infinito y una cantidad infinita de energía; todo eso por no hablar de la energía adicional que se requeriría para superar la atracción gravitatoria de la masa total del universo.

Se ha sugerido que este problema puede resolverse postulando un universo de energía neta cero, un universo donde existiría una energía cinética positiva, una energía potencial negativa y una energía Einsteniana equivalente a la masa del universo que sería igual y opuesta a la energía negativa de la gravedad. De alguna manera, si el universo fuera a colapsar en el futuro, como algunos creen, toda la energía que se gastó en el nacimiento y la expansión del universo, sería una energía prestada que sería devuelta algún día. Sin embargo, esto no representa una explicación adecuada para la fuente de la energía necesaria descrita antes.

Cabe señalar que esta explicación de energía neta cero no es razonable sino para un universo en colapso. Sin embargo, la evidencia observacional casi ha descartado esta posibilidad para el universo del Big Bang, lo cual añadiría otro problema al espinoso asunto de la energía neta cero. Para cualquier posibilidad del universo del Big Bang la idea de una energía neta cero parece ser un escenario poco realista.

Si bien la teoría inflacionaria afirma haber encontrado una solución al problema de la singularidad, necesita una enorme fluctuación cuántica de vacío y, según algunos, una enorme fuerza repulsiva. Sin embargo, la inflación no es más que una idea especulativa sin posibilidad alguna de ser verificada.

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Regreso a Júpiter 2

La masa de las paredes de titanio proporcionan un refugio antiradiación donde se sitúan los sistemas de aviónica de la nave. "Todos los sensores están fuera", afirma Gasparrini. "Pero mientras ha sido posible, los sistemas críticos de aviónica se han ubicado en el interior de la caja. Los equipos que se hallan en el exterior poseen una gran resistencia a la radiación. Se espera que después de 30 órbitas habrán soportado una gran dosis de radiación y no se espera que duren mucho más."

El enfoque de usar energía solar fue elegido para reducir costes en la misión, situada en el programa "New Frontiers" (misiones de tipo medio). Uno de los mayores desafíos de la construcción fue integrar todos los componentes dentro de la caja protectora.

Sonda Juno en las proximidades de Júpiter. Uno de las tres alas de células solares tiene una forma distinta porque soporta el magnetómetro

"Fue un auténtico rompecabezas", señala Chodas. "Tenemos un cubo y cosas montadas en un panel central y a su vez todos los paneles se pliegan para formar un cubo. Esta configuración es sencilla, pero el intrincado cableado que va de una parte de la caja a la otra, así como hacia dentro y afuera de la caja es toda una obra de arte."

Cuando Juno alcance Júpiter en julio de 2016 y comience a tomar datos científicos, la sonda habrá establecido un nuevo récord de distancia para una sonda espacial operando con energía solar. La misión de retorno de muestras Stardust utilizó energía solar a 2 UA (2 veces la distancia del Sol a la Tierra), la sonda europea Rosetta irá aún más lejos. Para obtener la energía que Juno necesita a semejante distancia, los paneles de la sonda son muy grandes, con dos "alas" con cuatro paneles y otra con tres sosteniendo el magnetómetro.

Las células solares de alta eficiencia son de arseniuro de galio y fueron construidas por Boeing Spectrolab Inc. Las células fotovoltaicas de Juno convierten en electricidad un 28% de la energía solar incidente al comienzo de la misión. Las células están blindadas por un vidrio extragrueso, que le confiere una mayor protección contra la radiación. A pesar de todo, se oscurecerán progresivamente por los efectos de la radioactividad en las inmediaciones de Júpiter reduciendo su eficiencia. Incluso en esas condiciones, le proporcionarán energía de sobra para funcionar.

"En las proximidades de la Tierra los paneles producirán 18.000 vatios", afirma Gasparrini. "Al llegar a Júpiter generarán apenas 400 vatios."

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Regreso a Júpiter 1

La NASA lanzará pronto una nueva sonda a Júpiter para tratar de desentrañar algunos de los misterios del planeta gigante. De nuevo una nave fabricada por el hombre se adentrará en el gélido y radioactivo entorno de este planeta.

La sonda que lleva por nombre Juno, la esposa del dios romano Júpiter, obtendrá un récord de distancia al Sol para una nave alimentada por energía solar. Una de las señas características de Juno serán sus grandes paneles solares, que se utilizarán en lugar de los tradicionales RTGs o generadores termoeléctricos de radioisótopos. La última sonda a Júpiter, Galileo, utilizó esta última tecnología hasta su impacto final en las nubes del planeta.

Trayectoria de vuelo de la sonda Juno

Juno es básicamente un molino solar volador que rota en torno a una caja de titanio. La mayor parte de los 20 metros de envergadura de la sonda, son paneles solares fotovoltaicos diseñados para captar la máxima cantidad de energía en órbita de Júpiter. Los paneles además servirán de escudo para proteger la delicada electrónica contra la severa radiación de alta energía que existe en torno al planeta. La mayor parte de los instrumentos científicos se concentran en una caja blindada con paredes de titanio de unos 12 mm de espesor que servirá de protección contra los cinturones de radiación de Júpiter.

En su órbita en torno a Júpiter, Juno girará a 2 revoluciones por minuto, mientras sus instrumentos recogen datos sobre la estructura y composición del planeta gigante. A diferencia de la sonda Galileo, que se mantuvo en órbita ecuatorial para visitar sus lunas principales, Juno se situará en órbita polar, lo que le ayudará a evitar los peores efectos de los cinturones de radiación. Jan Chodas, director del proyecto en el Jet Propulsion Laboratory lo explica así: "mantendremos esta órbita elíptica que cruza el cinturón interior y que sobrevuela las nubes del planeta a tan sólo 4000 km". Chodas añade: "Nuestro sobrevuelo principal para tomar datos tiene lugar a unas 6 horas del perijovio (mínima distancia a Júpiter), después la sonda se aleja en su órbita de 11 días y radia los datos a la Tierra, y de nuevo se prepara para otro acercamiento. Por lo tanto, lo que hace posible esta misión es un conocimiento de donde se sitúan los cinturones de radiación, así como una navegación precisa para colocar a la nave en esa trayectoria."

El espacio que rodea a Júpiter es tan hostil que los diseñadores de la misión esperan que Juno sobreviva sólo unas 30 órbitas (menos de un año).

Aparte de los grandes paneles solares, la sonda es bastante compacta, afirma el director del programa Juno en Lockheed Martin en Denver, Tim Gasparrini. El cuerpo de la sonda mide 3,5 metros de alto y 3,5 metros de diámetro. En el centro está ubicada la caja protección de titanio, que mide 80 X 80 X 60 cm y pesa 150 kg. Gasparrini destaca que el diseño de esta caja es bastante diferente a las estructuras típicas construidas en sondas anteriores.

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Explicando las rarezas de Japeto

Imagínese la frustración de Gian Domenico Cassini, después de descubrir la luna de Saturno Japeto en 1671. Cassini veía la luna muy bien cuando se encontraba al oeste del planeta, pero no la podía ver en el lado este. Cassini finalmente dejo a todo el mundo perplejo en 1705: Japeto debía ser muy brillante en un hemisferio (la cara orientada hacia adelante en su órbita) y muy oscuro en el otro.

La luna Japeto de Saturno, tiene unos 1.470 km de diámetro de ancho, con una cara blanca brillante y otra muy oscura. Las flechas indican la cresta ecuatorial de la luna. El orbitador Cassini de la NASA tomó estos dos imágenes en 2004 (derecha) y 2007 (izquierda). NASA/JPL/Space Sciene Institute.

Pasaron siglos para descubrir cómo se produjo esta doble personalidad. Las imágenes cercanas obtenidas en 2007 por el orbitador Cassini de la NASA revelaron que la materia oscura no había hecho erupción desde el subsuelo, ni procedía de sus vecinos (las dos principales sospechas). En cambio, los hielos de capa exterior de la luna se habían sublimado aparentemente, dejando tras de sí una gruesa capa de sedimentos ricos en carbono.

Sin embargo, para resolver el misterio de Japeto, los científicos de Cassini se enfrentaron con otro: una cordillera montañosa imponente, de hasta 15 km de altura que se extiende a lo largo del ecuador de la luna por más de 1.300 km, un tercio de su circunferencia. Esta notable cordillera aparentemente antigua, no puede explicarse por procesos geológicos. Esta característica superficial ha desconcertado a los científicos planetarios desde su descubrimiento.

Pero existe otro problema aún más irritante. Japeto rota sincrónicamente a su movimiento en torno a Saturno en 79 días alrededor de Saturno, una sincronía forzada por la gravedad de Saturno hace mucho tiempo (al igual que la Luna rota en forma sincrónica alrededor de la Tierra). Pero las imágenes de alta resolución de Cassini demostraron que Japeto claramente no tiene forma esférica. Su forma implica que tuvo que haberse sido congelado mientras rotaba muy rapidamente, una vez cada 16 horas. Saturno puede ser un cuerpo masivo, pero Japeto está tan lejos que las fuerzas de marea del planeta hubieran necesitado unos 10.000 millones de años para reducir esta velocidad tan rápida.

Primer plano de la cresta de Japeto de hasta 15 km de altura, que se extiende a lo largo de la mayor parte del ecuador de la luna. El paisaje acribillado por cráteres de impacto implica que la cresta es muy antigua. NASA/JPL/Space Science Institute.

Ahora el dinamicista Hal Levison y tres colegas del Southwest Research Institute de Investigación del Suroeste han dado un puñetazo sobre la mesa al relacionar el "abultamiento ecuatorial fósil" con el enigma de la pérdida de velocidad. Durante la Conferencia de Ciencias Lunares y Planetarias, Kevin Walsh, miembro del equipo, describió cómo algo tuvo que haber impactado contra Japeto lo suficientemente fuerte un cercano disco de desechos y una pequeña luna orbitando algo más lejos.

Los científicos del Southwest Research Institute descubrieron que, cuando las fuerzas de marea de la luna interactúan con Japeto, la pequeña luna frena drásticamente su rotación, y además forzó el colapso del disco para formar la cresta ecuatorial en no tan sólo unos pocos miles de años. "Los desechos deberían haber caído a casi tangencialmente a la superficie a tan sólo 300 metros por segundo", explica Walsh, y ésto sería más que suficiente para que se formase la cresta.

Mientras tanto, todo este tira y afloja gravitacional alejó lentamente a la pequeña hasta que se escapó de la órbita de Japeto y comenzó a orbitar Saturno. Pero esta libertad habría durado poco: hay una probabilidad del 90% de que colisionase finalmente con Japeto y de que hubiera formado una de las grandes cuencas de su corteza helada.

Este escenario sería válido éxito o no en función de las suposiciones que se tomen sobre la rigidez del interior de Japeto (en función de su composición y temperatura) y de la forma en que evolucionó.

¿Sería plausible esta teoría, incluso remotamente? Bueno, ¿por qué no? Se han invocado impactos catastróficos para explicar de todo, desde la Luna de la Tierra al núcleo de hierro de gran tamaño de Mercurio o la inclinación del eje de rotación del planeta Urano...

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Problemas sin solución del Big Bang. 2 Las abundancias de los elementos

Los cálculos derivados de la nucleosíntesis primordial de elementos en la teoría del Big Bang no parecen ajustarse a las observaciones

La concordancia con el modelo del Big Bang de las abundancias observadas de elementos ligeros en el universo, se cita frecuentemente como una de las pruebas principales para la teoría del Big Bang, pero esta prueba debe afrontar importantes dificultades.

El estudio de los datos históricos muestra que en el transcurso del tiempo las predicciones para la proporción hidrógeno-helio en el universo del Big Bang, han sido ajustadas repetidamente para estar de acuerdo con las últimas estimaciones observadas en el universo real. Esta proporción depende de la relación entre bariones y fotones, que ha sido ajustada arbitrariamente para concordar con la proporción observada hidrógeno-helio. Estos ajustes no son en absoluto predicciones, más bien son "retrodicciones", que buscan acomodarse a los nuevos datos.

Los cosmólogos del Big Bang afirman además que la proporción observada en el universo de hidrógeno-helio sólo puede ser el resultado de la nucleosíntesis del Big Bang. Sin embargo, esto presupone no sólo un conocimiento preciso de los procesos del Big Bang, sino además de un conocimiento preciso de los procesos de otras cosmologías alternativas. Por ejemplo, otras teorías cosmológicas sugieren que el helio fue acumulado como resultado de otros procesos (por ejemplo la nucleosíntesis estelar durante miles de millones de años). Sin embargo, estas propuestas alternativas no han sido tenidas en cuenta o no han sido exploradas debidamente, por lo tanto no existen bases para que los cosmólogos del Big Bang las nieguen. Además del helio, los teóricos del Big Bang han mantenido en el pasado que los demás elementos ligeros como el boro, el berilio y el litio, sólo han podido producirse por la nucleosíntesis del Big Bang (fusión). Sin embargo, se ha descubierto que estos elementos pueden ser producidos por los rayos cósmicos que actúan en los remanentes de supernova (fisión). También es posible que el deuterio haya sido producido por procesos en la formación de las galaxias en lugar del Big Bang. A parte de estos problemas, las observaciones recientes muestran que la abundancia de helio es menor a lo que indica la teoría estándar del Big Bang, y que las relaciones de berilio y boro son inconsistentes con esta teoría.

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