* El gran tour

ODISEA A LAS FRONTERAS DEL SISTEMA SOLAR: EL GRAN TOUR

* The Grand Tour

Las naves no tripuladas Voyager 1 y Voyager 2 tienen un lugar especial en la Historia como las misiones interplanetarias más exitosas hasta la fecha. En épicos viajes que ya duran más de tres décadas, fácilmente duplicaron el conocimiento que teníamos sobre el Sistema Solar. Siguen a la vanguardia como los artefactos humanos que más lejos de están la Tierra, y continúan alejándose en el océano cósmico.

A fines de la década de 60 los técnicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California, bajo contrato con la NASA, se dieron cuenta de que habría un muy raro alineamiento de planetas hacia 1980. Pensaron que podrían aprovechar la oportunidad para lanzar un par de sondas no tripuladas para explorar los planetas exteriores del Sistema Solar, pues el alineamiento posibilitaba hacer volar las naves por todos esos planetas en una sola pasada, uno tras otro. Se llamó informalmente a estas misiones el Gran Tour.

En realidad la técnica era un poco más compleja de lo que parece: el primer problema es que si bien las naves espaciales, después de lanzadas, ya no necesitan de motores más allá del impulso inicial (porque en el espacio no hay aire que las frene y pueden continuar viajando simplemente por la inercia), los cohetes disponibles no podrían ofrecer suficiente impulso para vencer la gravedad del Sol y llevarlas más allá de Júpiter. Pero se dieron cuenta de que se podría aprovechar el movimiento del propio Júpiter y acelerar la nave como si se tratase de un auto de Fórmula 1 que se coloca en la succión del vacío atrás de otro auto para ganar velocidad y adelantarlo. La “succión del vacío” en este caso sería la propia gravedad de Júpiter. Todo lo que habría que hacer es colocar la nave en el lugar y momento correcto, detrás de Júpiter, para que este lo remolque con su gravedad y la nave acabe ganando velocidad. Se podría hacer esto también con Saturno, para alcanzar Urano, y con Urano para alcanzar Neptuno.

El otro problema es que las naves debían durar unos 15 años, “sin pisar un taller, ni siquiera un cambio de aceite”. Deberían ser sumamente avanzadas y robustas, lo que hizo que quedasen fuera del presupuesto. Al final el dinero disponible permitió construir dos naves con garantía de funcionamiento de 5 años, o sea, hasta Saturno.

El concepto se probó con las últimas naves de la serie Pioneer, la 10 y 11, lanzadas en 1972 y 1974 a Júpiter. Como estaban diseñadas básicamente para explorar el ambiente espacial entre los planetas, sus cámaras no eran lo suficientemente sofisticadas como para traer grandes novedades. Eventualmente la 11 sobrevivió hasta llegar a Saturno.

LAS NAVES ESPACIALES VOYAGER

Ambas naves Voyager, de masa total de 800 kg, eran idénticas: una pequeña estructura octogonal con las computadoras y un poco de combustible para maniobras, que llevaba adosada una gran antena parabólica de 3,7 m de diámetro para comunicarse con la Tierra. Debido a la distancia a la que debían viajar, pasarían horas entre el envío de una señal de radio (mismo viajando a la velocidad de la luz) y la recepción de la respuesta. Era necesario dotar a las naves de cierta autonomía; por eso estas fueron una de las primeras que tuvieron cierto grado de inteligencia artificial, por lo menos para detectar averías e intentar corregirlas antes de que se conviertan en problemas graves. El programa de protección de fallas podía interrumpía los trabajos, apuntaba las cámaras lejos del Sol para protegerlas y colocaba la antena hacia la Tierra, esperando instrucciones.

Como viajarían tan lejos del Sol no era posible usar paneles fotoeléctricos; tendrían que ser baterías de muy larga duración, y la única opción eran baterías nucleares de plutonio, lejos del cuerpo, en una viga. Otra viga más larga aún sostenía un magnetómetro lejos de los otros circuitos de la nave, para medir los campos magnéticos en el espacio y de los planetas. Dos largas antenas de alambre en forma de chicote medirían los campos eléctricos y el choque con partículas de polvo. Al otro lado otra viga más sostenía diversos instrumentos para detectar protones, electrones e iones.

Una plataforma giratoria sostenía cinco telescopios: uno de 6 cm, acoplado a un espectrómetro ultravioleta, que mediante un análisis muy sofisticado de los colores podía estudiar las atmósferas y neblinas; otro de 20 cm, acoplado a un fotopolarímetro para analizar la manera en que la luz se refleja de las superficies, dando información sobre la textura (lisa o rugosa); otro telescopio de 50 cm acoplado a sensores infrarrojos para medir temperaturas y composición químicas usando espectrometría; y dos cámaras para luz visible: una acoplada a un telescopio de 6 cm, para fotos panorámicas, y otra acoplada a un telescopio de 18 cm, para fotos de detalles a alta resolución.

Pasando por atrás de un planeta, anillo o satélite podrían medirse fluctuaciones de la señal de radio que podían indicar la composición del objeto de estudio. Calculando las alteraciones en la velocidad y posición de la nave se obtenía una idea de la fuerza de gravedad de un planeta o satélite, por tanto su masa, y con los tamaños medidos por las cámaras, la densidad, y con eso se podían inferir sus posibles materiales internos.

LA PARTIDA

La Voyager 2 fue lanzada primero, el 20 de agosto de 1977, desde Cabo Cañaveral, Florida, EUA, en la punta de un cohete Titan 3 de 633 toneladas. Una vez acelerada a más de 45 000 km por hora en menos de 15 minutos de funcionamiento, la inercia haría el resto. Siguió la Voyager 1 el 5 de setiembre de 1977, cuando la Tierra estaba un poco más cerca de Júpiter. El plan era que sigan una gran trayectoria, curvada por la gravedad del Sol, sobrevolando Júpiter en 1979 y Saturno en 1980-81. La 1 debería pasar bien cerca del mayor satélite de este, Titán, con lo que la trayectoria se curvaría hacia arriba, lejos de otros planetas. Pero el optimismo era grande, y apenas por las dudas, si la Voyager 2 llegaba con buena salud a Saturno se podría posicionarla para que su trayectoria la arroje hacia Urano, especulando que pueda sobrevivir hasta un sobrevuelo por este planeta en 1986. Y si las cosas continuaban mejor que lo previsto y la nave continuaba funcionando, se podría especular intentar llegar hasta Neptuno, ya en 1989.

Pero los fondos inicialmente autorizados por la NASA iban sólo hasta Saturno.

Para comunicarse con las naves se utilizarían tres de las mayores antenas parabólicas del mundo, de 66 m de diámetro: una en Australia, otra en España y otra en California, para dar cobertura independientemente de la rotación de la Tierra.

Una de las fotografías de calibración de la Voyager 1, semanas después de la partida, era mirar hacia atrás a su planeta de partida: fue la primera fotografía que muestra la Tierra y la Luna juntas en el espacio.

En abril de 1978, por una combinación de error humano y técnico, la Voyager 2 cambió varias veces del equipo de radio primario al de reserva, con el resultado final de que el de reserva se quemó y el primario quedó con la frecuencia fluctuando por cualquier cambio de temperatura. La misión sólo fue salvada porque los técnicos consiguieron calcular el calor generado en cada momento por cada parte de la nave, con lo que pueden predecir las frecuencias para hablar con la Voyager 2.

LOS ENCUENTROS CON JÚPITER

Noventa días antes de llegar a Júpiter las fotos de las Voyager ya superaban a las mejores fotos hechas con telescopios desde la Tierra. A sesenta días antes se fotografiaba el planeta cada dos horas, para observar los movimientos de las gigantescas nubes. A treinta días antes las fotos ya eran mejores que las de las Pioneer. Ya se tenían que programar las computadoras para la secuencia de actividades del veloz encuentro. El 5 de marzo de 1979, la Voyager 1 pasó a una distancia de Júpiter equivalente a la distancia de la Tierra a la Luna, cruzando la órbita de sus principales satélites naturales. Siguió la Voyager 2 el 9 de julio de 1979.

Júpiter, una gigantesca bola de gas, tiene bandas blancuzcas y rojizas que se desplazan alrededor del planeta a diferentes velocidades, causando todo tipo de remolinos y de turbulencias. El calor que emana del interior es mayor que el que recibe del Sol, y mueve la gigantesca máquina meteorológica, incluyendo espectaculares huracanes, como la Gran Mancha Roja, más grande que el planeta Tierra.

Los cuatro principales satélites de Júpiter fueron descubiertos por Galileo Galilei en 1609 con ayuda del recién inventado telescopio. Con los siglos estos instrumentos han mejorado fantásticamente, pero ni aún así, debido a la distancia, han podido mejorar la visión de estos objetos a más allá de pequeños discos. No se veía ningún detalle, ningún relieve, ningún paisaje. No había ningún mapa.

Ahora, gracias a las Voyager, Ganímedes, Calixto, Europa e Io son lugares. El primero, casi tan grande cuanto el planeta Marte, tiene regiones con cráteres y otras donde la superficie ha sido recubierta por aparentes deshielos. Es un terreno nunca antes visto. El segundo, congelado a tal punto que el hielo queda duro como la roca, preserva la mayor cantidad de cráteres conocidos del Sistema Solar, registrando las condiciones de bombardeo de asteroides y cometas 4000 millones de años atrás, cuando se formaban los planetas. El tercero, es todo lo contrario: tiene la superficie más lisa del Sistema Solar, donde el hielo fracturado indica que flota sobre un interior más caliente, talvez hasta líquido. El cuarto, no tiene cráteres visibles, cubiertos por lavas multicolores y nieve de azufre. Por primeras vez, se descubrieron volcanes activos en otro lugar que no sea la Tierra: una decena que se encienden y apagan, indicando que Io es el cuerpo más activo del Sistema Solar.

Las fotos subieron la lista total de satélites conocidos de Júpiter de 13 a 16.

Las Voyager penetraron por el campo magnético de Júpiter, tan intenso que atrapa pedazos de átomos de alta velocidad capaces de matar a un ser humano en minutos. Una de las naves inclusive tuvo sus tres relojes internos desincronizados a causa de la intensa radiación.

Pasando por detrás de Júpiter, las Voyager consiguieron fotografiar auroras, relámpagos, y a trasluz, unos finos anillos de polvo circundando al mayor planeta. Saturno, el segundo mayor, no está sólo en este aspecto.

LOS ENCUENTROS CON SATURNO

Para Julio de 1980 la Voyager 1 estaba tan lejos de la Tierra que sus pequeños telescopios ya conseguían mejores imágenes de Saturno que los mayores en tierra. El 25 de agosto comenzaba la fase de imágenes sistemáticas. Este estudio permitió observar los movimientos de las beiges nubes y medir los vientos: más de 1800 km/h.

Nuevos satélites naturales fueron descubiertos, algunos dentro de los anillos, sirviendo de “pastores” al mantener, por la fuerza de gravedad, las partículas de hielo circulando juntas.

El 12 de noviembre de 1980 la Voyager 1 cruzó por entre los helados satélites naturales de Saturno. Ya se habían estudiado cuerpos rocosos o hechos de gas, pero éstos, casi de hielo de agua puro, eran completamente nuevos. Aparte de señales de impactos terribles, grandes regiones de sus superficies han sido moldeadas por fluidas inundaciones, probablemente por algún calor interior. Titán, casi tan grande cuanto Marte y el único satélite del Sistema Solar con atmósfera densa, tiene una neblina anaranjada que no dejó ver la superficie. Pero las sustancias químicas de su aire son los que se cree eran componentes de la atmósfera de la Tierra cuando surgió la vida aquí. El frío intenso impide que haya agua líquida, pero no se descartaba que existan lagos de otras sustancias, como ciertos hidrocarburos.

El 26 de agosto de 1981 fue la vez de la 2, observando blancos no analizados por la 1. Juntas descubrieron que Saturno tiene mucho más de los cinco anillos conocidos hasta ese momento, sino que un complejo de millares de anillos, con innúmeros detalles, como polvorientos “rayos de bicicleta”, “trenzas” y deformaciones fuera de la forma circular.

La Voyager 2 seguía resistiendo, por lo que se la hizo pasar junto al planeta en el ángulo justo para que la gravedad y el movimiento de éste la lance rumbo a Urano. La NASA autorizó fondos por unos años más. Pero justo al pasar por atrás de Saturno, la plataforma giratoria con los telescopios y cámaras se trabó: el lubricante ya estaba muy escaso. Si no conseguían moverla, la nave estaría ciega al llegar a Urano. Pero aplicando calor y frío en puntos calculados, se consiguió destrabarla. A partir de ahí deberían ser muy cuidadosos.

EL ENCUENTRO CON URANO

La maniobra al pasar por Saturno fue tan precisa que años después la nave estaba a insignificantes 200 km de lo planeado. El 4 de noviembre de 1985 las computadoras comenzaron nuevamente a ejecutar los comandos recibidos desde la Tierra, a 3000 millones de km de distancia, y comenzaron a fotografiar Urano sistemáticamente. La cuenta de satélites conocidos subió rápidamente de 5 a 15.

Este mundo gaseoso, cuatro veces más grande que la Tierra y azul verdoso debido al metano, esta acostado, y sus anillos de polvo oscuro y orbitas de sus satélites están verticales. Pero sorprendentemente el campo magnético no sale por los polos, sino que a ambos lados de su ecuador.

Urano está tan lejos del Sol que la iluminación es apenas 1% de lo que es en la Tierra, tan baja que al llegar, el 24 de enero de 1986, las cámaras de la Voyager 2 tenían dificultades para capturar las imágenes. La única solución era dejarlas abiertas colectando luz por largo tiempo, haciendo rotar lenta y cuidadosamente la nave para mantenerlas enfocadas en el blanco. La improvisación fue tan exitosa que al pasar rápidamente por el satélite Miranda se consiguieron las fotos más detalladas de toda la misión.

Diferente a los otros satélites helados, Miranda, de apenas 500 km, parecía un rompecabezas montado con las piezas equivocadas, restos talvez de otros satélites o de él mismo vuelto a unirse después de una colisión catastrófica.

Pasarán varias décadas antes de que otra misión llegue tan lejos y supere estos datos.

EL ENCUENTRO CON NEPTUNO

Doce años después de su lanzamiento la Voyager 2 estaba tan lejos que no fue suficiente ampliar las antenas de Tierra a 70 m y instalar nuevos receptores: hubo que pedir ayuda a otros dos radiotelescopios, en Australia y en Japón, para que todos juntos puedan escuchar los datos que la nave enviaría desde Neptuno. La distancia era tan increíble que, a pesar de que la señal viajaba a la velocidad de la luz, luego de enviar un comando los técnicos podían irse y volver 10 horas después para recibir la respuesta de la nave.

Las fotografías de Neptuno nos mostraron un mundo azul con nubes blancas, que recuerda a la Tierra, aunque está hecho de gas, con tempestades tan violentas cuanto las de Júpiter. La Voyager 2 confirmó los oscuros anillos de polvo y se agregaron seis nuevos satélites naturales a la lista de dos conocidos. El mayor de estos, Tritón, era apenas un punto en los mayores telescopios, pero en las postales enviadas por la Voyager 2 aparece como un lugar casi tan grande como la Luna, pero de extraños hielos rosados y verdosos de nitrógeno y metano. Las cámaras de alta resolución nos mostraron que entre los hielos surgen géiseres de negros vapores de moléculas semejantes a las que existen en los seres vivos. Tritón resulto ser un mundo en actividad y una pieza más en el rompecabezas para entender el origen de la Vida.

Al alejarse de Neptuno, la Voyager 2 fotografió su hemisferio nocturno, que no se puede ver desde la Tierra... prueba de que había llegado hasta un lugar donde nunca los seres humanos habían estado antes. Sólo las naves espaciales nos permiten hacer eso.

RETRATO DE LA FAMILIA DEL SOL

Pero las últimas fotos de la misión Voyager serían el 14 de febrero de 1990.

Desde el comienzo de la Civilización los planetas han sido simples puntos en el cielo. Desde hace unos siglos los telescopios nos los han mostrado como monedas, aunque sus satélites continuaban siendo un poco más que puntos. Las Voyager 1 y 2 nos han traído mapas de tierras distantes y visiones de espectáculos bizarros como las que contaban los marinos que se aventuraban a parajes en el fin de la Tierra. Ahora era el momento de completar el punto de vista contrario: le pidieron a la Voyager 1 que nos muestre la Tierra como un simple punto en el espacio, visto desde más allá de Neptuno. Aparece como un pálido punto azul, recordándonos que nuestra civilización es dueña de apenas una minúscula mota de polvo en la fría inmensidad del Universo.

LA MISIÓN INTERESTELAR

Luego de las primitivas Pioneer 10 y 11, las Voyager 1 y 2 son las primeras naves espaciales en escapar del Sistema Solar. De hecho, como viajan más velozmente, en este momento ya están más lejos que las Pioneer, y a diferencia de las pioneras, siguen transmitiendo informaciones útiles, sobre las características del ambiente espacial tan lejos del Sol. Nuestra estrella sigue dominando con sus diversas radiaciones, pero las Voyager ya están sintiendo la influencia de otras estrellas. Serán las primeras naves en pasar del “agua dulce” del Sistema Solar y entrar en el océano interestelar de la Vía Láctea.

Ambas Voyager llevan cada una un sofisticado disco de oro (con garantía de duración de 1 millón de años) con mensajes de la Tierra, en sonidos en un lado y en imágenes electrónicas en el otro. Son como botellas arrojadas al mar, tal vez no tanto con la esperanza de que sean encontradas por una superior civilización interestelar, sino que más bien como testimonio de que algún día estuvimos aquí, y construimos estas maravillosas naves con nuestras intenciones más elevadas.

A. L. 

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Basado en una charla dada en la USP el 22 de julio de 2000. Una versión resumida de este artículo fue publicada en ABC Color, el 17 de setiembre de 2006. Fotografía: Mismo con los mejores telescopios, Neptuno no aparece más que como un pequeño y borroso círculo. La Voyager 2 viajó durante 12 años por el negro y frío espacio interplanetario para obtener esta fantástica fotografía, que nos muestra a este distante planeta como realmente es. Crédito: NASA / JPL-Caltech.