#rosavientos: Juno (NASA) llegó a Júpiter

Por Francisco R. Villatoro, el 10 julio, 2016. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Noticias • Recomendación • Science ✎ 3

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Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

El pasado 5 de julio (hora española) la nave Juno de la NASA completó con éxito la maniobra de inserción en la órbita del planeta Júpiter. Tras cinco años de viaje llega a Júpiter la misión que ha realizado el recorrido más largo funcionando sólo con paneles solares. Durante los próximos 20 meses recabará datos científicos de la atmósfera del gigante gaseoso que nos ayudarán a entender su origen y su evolución. También estudiará los tres grandes misterios de Júpiter, si tiene un núcleo rocoso interior, cuánta agua hay en su atmósfera y cómo se forman sus auroras polares.

Más información gracias a Daniel Marín, “Juno ya está en Júpiter,” Eureka, 05 Jul 2016; “La historia de la misión Juno o la respuesta a cómo se formaron los planetas del sistema solar,” Eureka, 03 Jul 2016; Laura M. Parro, “Lo que la misión Juno puede enseñarnos sobre Júpiter”, Next, Vozpópuli, 05 Jul 2016; Daniel Mediavilla, “Tres misterios que ‘Juno’ quiere resolver en Júpiter”, Materia, El País, 06 Jul 2016; más info.

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El pasado martes 5 de julio (en hora española), la sonda Juno de la NASA completó con éxito su maniobra para entrar en órbita alrededor del planeta Júpiter. Todo un éxito tras cinco años de viaje. La sonda espacial Juno es una misión New Frontiers de la NASA, un programa que financia misiones de coste medio como la sonda New Horizons que sobrevoló el año pasado al planeta enano Plutón (la misión Juno ha costado unos 1200 millones de dólares). A diferencia de la sonda New Horizons, Juno no ofrecerá espectaculares imágenes del planeta Júpiter. En la mitología romana Juno es el nombre de la esposa de Júpiter. Se eligió porque esta sonda explorará los secretos más íntimos del interior del mayor planeta del sistema solar.La sonda Juno fue lanzada al espacio el 04 de julio de 2011. En casi cinco años de viaje ha recorrido 2800 millones de kilómetros. Juno alcanzó una velocidad récord de más de 265 000 km/h con respecto a la Tierra, casi el 0,02% de la velocidad de la luz. En su maniobra final frenó unos 2000 km/h dicha velocidad para ponerse en una órbita muy elíptica alrededor de Júpiter. En el punto más cercano llegará a estar a sólo 4500 kilómetros de distancia del planeta gaseoso y en el más lejano a unos ocho millones de kilómetros. La misión Juno de la NASA, es la segunda sonda que orbitará Júpiter tras Galileo de la NASA, pero será la primera que usará paneles solares a tanta distancia del Sol. Juno es la primera sonda de la NASA que llega tan lejos usando sólo paneles solares. En el lanzamiento su masa era de 3625 kg y su envergadura máxima con los paneles abiertos es de de 22 metros. Tiene tres enormes paneles solares de 9 x 2,65 metros formados por 18 698 células solares individuales, con una superficie total de 60,3 metros cuadrados. Uno de los paneles solares es más corto que el resto y en su extremo tiene un magnetómetro. Los paneles solares son capaces de generar 14 kilovatios en la órbita terrestre, pero tan solo 500 vatios en Júpiter. Durante la maniobra de frenado para entrar en órbita a Júpiter, que fue automática porque las señales de la sonda tardan 48 minutos y 19 segundos en llegar a la Tierra, se usó la energía almacenada en sus baterías. A partir de ahora, usa la energía de sus enormes paneles solares, que apuntan hacia el Sol de forma permanente.

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Cuando la New Horizons llegó a Plutón se publicaron gran número de fotos del planeta enano. ¿Por qué la misión científica de la sonda Juno no ha publicado aún fotos tan espectaculares? En la maniobra de acercamiento de la sonda Juno a Júpiter no se han tomado ni fotos, ni datos científicos para ahorrar energía eléctrica. Todos los instrumentos científicos se encendieron el 6 de julio para comprobar su funcionamiento. El objetivo de la misión Juno es estudiar el interior del planeta Júpiter, luego no debemos esperar una plétora de imágenes de Júpiter y sus satélites, como la que obtuvo la sonda Galileo de la NASA cuya misión fue estudiarlos. Aún así se ha incluido una cámara de alta resolución llamada JunoCam para despertar el interés de la misión entre el público. Posee una resolución de 3,5 km por píxel en el ecuador y 50 kilómetros en los polos. No es un instrumento científico oficial de la misión. Por ello está diseñada para sobrevivir a la radiación de Júpiter durante unas 8 órbitas (sólo hasta finales de 2016). Los cinturones de radiación de Júpiter son tan potentes y letales que podrían matar a un ser humano o freír la electrónica de una nave en cuestión de segundos. Los instrumentos científicos más importantes se encuentran en una caja blindada de titanio que les protege. Las primeras imágenes de JunoCam serán publicadas cuando Juno vuelva a pasar cerca de Júpiter, el próximo 27 de agosto. Juno realizará un total de 37 órbitas alrededor de Júpiter. La misión científica de Juno se iniciará en su tercer paso cerca de Júpiter, el próximo 19 de octubre. En su última órbita, el 20 de febrero de 2018, se ha planificado que Juno se desintegre entrando en la atmósfera de Júpiter.

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El objetivo de la misión Juno es estudiar el interior del planeta Júpiter. ¿Cómo podemos saber cómo es la estructura interna de un planeta gaseoso sin superficie? La misión Juno de la NASA nos permitirá descifrar muchos misterios de la formación del planeta Júpiter y con ella de la historia de la formación del resto de los planetas del sistema solar. Para ello hay que conocer su interior con todo detalle. Muchos libros de texto afirman que Júpiter tiene un núcleo de rocas y hielos, como el resto de los planetas gaseoso, pero todavía no se sabe con seguridad. Tampoco sabemos si se formó de forma rápida, o fue un proceso lento, ni dónde nació. El interior de la Tierra se estudia gracias a la propagación de ondas sísmicas con sismómetros. Este método no se puede usar en Júpiter porque no tiene superficie sólida. La misión Juno usa el método más sencillo posible. El movimiento de un satélite que gire alrededor de un planeta en una órbita polar muy elíptica permite determinar la distribución de masas de su interior. La clave es que la órbita pase lo más cerca del planeta que sea posible. La posición del satélite se puede medir con una precisión muy alta usando las señales de radio que emite la sonda gracias al efecto Doppler. Gracias a ello se pueden medir las variaciones del campo gravitatorio durante la órbita. Lo más importante es que la órbita no sea perpendicular a la línea de visión con respecto a la Tierra, requisito para estudiar los satélites jovianos, que están situados en el plano ecuatorial. La sonda Galileo de la NASA estudió dichos satélites y por ello la sonda Juno de la NASA no nos aportará nuevos datos sobre ellos.

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¿Cómo se usa la gravedad para explorar el interior de un planeta? Los planetas son casi esféricos, por ejemplo, la Tierra es tan esférica como como una bola de billar de reglamento. Júpiter es una enorme esfera de hidrógeno y helio, como el Sol, pero también contiene elementos más pesados. No sabemos su cantidad exacta. El campo gravitatorio presenta desviaciones muy pequeñas que dan información sobre la variación de la densidad del interior del planeta. Los términos correctores de la ley de Newton de la inversa del cuadrado se llaman coeficientes armónicos. Sabemos el valor de los armónicos de grado hasta seis para Júpiter y la sonda Juno debería medirlos por encima de 20, incluso hasta 30. La superficie exterior de la atmósfera de Júpiter se conoce bien gracias a la sonda Galileo de la NASA. Pero sus resultados arrojaron una sorpresa y un misterio. Había mucha menos agua, luego menos elementos pesados, de la esperada. La explicación oficial es que la zona de entrada de la sonda era un agujero en las nubes denominada ‘mancha caliente’, es decir, una región muy seca. Pero no sabemos si es la explicación correcta al misterio. Además, Galileo detectó un exceso de nitrógeno y otros elementos pesados. La cantidad de elementos pesados nos dará información sobre dónde y cómo se formó Júpiter. Este misterio será resuelto por Juno gracias al radiómetro MWR (Microwave Radiometer). Observará la radiación de microondas procedente del interior de Júpiter mediante seis radiómetros, hasta una profundidad de 550 kilómetros. Medirá la cantidad de agua y amoniaco en la atmósfera, es decir, el oxígeno y el nitrógeno, respectivamente. Saber la cantidad de estos elementos nos permitirá crear mejores modelos del interior del planeta y además también nos proporcionará datos sobre la nebulosa primordial que dio lugar al sistema solar.

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¿También podemos estudiar el interior de Júpiter con su campo magnético? El campo magnético de Júpiter es el más potente del sistema solar después del propio Sol. La magnetosfera de Júpiter se cree que se forma por un efecto dinamo similar al campo magnético terrestre. En la Tierra el campo magnético nace a partir de movimientos de convección de hierro y níquel en el núcleo externo, mientras que en Júpiter los culpables son movimientos de convección de la capa de hidrógeno metálico. A cierta profundidad en la atmósfera de Júpiter existe una capa de hidrógeno metálico, que no es un sólido, sino un fluido que conduce la electricidad como un metal. Los armónicos del campo gravitatorio nos dan información sobre la estructura interna, los armónicos del campo magnético nos indican las diferencias con un dipolo ideal. La sonda Juno tiene un magnetómetro (MAG) en el extremo de uno de los paneles solares que analizar la magnetosfera joviana con una precisión sin precedentes. La Tierra tiene corteza, que afecta a las medidas del campo magnético, pero Júpiter no tiene corteza, luego el interior de Júpiter es transparente, magnéticamente hablando. Se conocen los armónicos del campo magnético terrestre hasta el orden 14, mientras que para Júpiter solo hemos medido los armónicos de orden 4. Juno será capaz de medir armónicos por encima de orden 20.

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Este mes hemos visto fotos de espectaculares auroras en Júpiter. ¿La sonda Juno también se estudiará las auroras en Júpiter? La interacción del campo magnético con la ionosfera y la atmósfera de Júpiter mediante partículas energéticas produce las brillantes auroras que decoran los polos jovianos (que se han observado en ultravioleta por el telescopio espacial Hubble y hemos podido ver este mes). La sonda Juno tiene varios instrumentos para estudiar las auroras, como JADE (Jovian Auroral Distributions Experiment), cuatro sensores para estudiar las partículas cargadas de la magnetosfera que producen las auroras, JEDI (Jupiter Energetic Particle Detector Instrument), tres sensores para estudiar las propiedades de las partículas más energéticas (hasta 8 MeV), UVS (Ultraviolet Imaging Spectrograph), un espectrómetro en ultravioleta para ver las auroras en los polos de Júpiter, y JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper), otro espectrómetro pero en el infrarrojo. Los resultados de Juno que se publicarán el próximo año serán espectaculares y revolucionarán nuestro conocimiento sobre Júpiter y sobre el origen del sistema solar. Habrá muchos eurekas gracias a Juno.

 



3 Comentarios

  1. Hay una frase incompleta: ” En la Tierra el campo magnético nace a partir de movimientos de convección de hierro y níquel en el núcleo externo, mientras que en Júpiter los culpables son movimientos de convección.” ¿Convección de qué? ¿del Hidrógeno metálico?
    ¿Y los armónicos entonces son las desviaciones que se dan en torno a lo que sería un planeta esfera ideal? Saludos!

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