* Un pequeño laboratorio geoquímico en Marte

LA SONDA ESPACIAL PHOENIX: UN PEQUEÑO LABORATORIO GEOQUÍMICO EN MARTE

* A little geochemical laboratory on Mars

Como minuciosamente planeado, a las 23:54 del domingo 25 de mayo de 2008 (hora Universal) fue instalado en la superficie del planeta Marte, a 68 grados de latitud Norte y 233 grados de longitud, un pequeño laboratorio robotizado. Bautizado Phoenix, por ser sucesor de un proyecto anterior fracasado, es una maravilla de la ingeniería moderna y debe responder a varias preguntas hechas por científicos en relación a las condiciones ambientales de ese mundo, a centenas de millones de kilómetros de casa.

Nuestro vecino Marte, con seguridad, será el primer planeta a ser visitado por seres humanos, principalmente por ser el planeta del Sistema Solar más parecido a la Tierra.

Hoy en día Marte es un gigantesco desierto, pero aparentemente no siempre fue así. En las últimas décadas, diversas sondas espaciales (la mayoría de ellas orbitadores) nos han enviado datos que muestran que aparentemente en un pasado remoto existía agua líquida en su superficie. Esto necesariamente significaría que el clima marciano era más benigno, con temperaturas más altas y una atmósfera más gruesa, capaz de mantener las moléculas de agua juntas en estado líquido, y no sólo como vapor o cristalizadas en hielo como sucede en la actualidad.

Si este clima más ameno fue propicio para la aparición de la vida como la conocemos es algo que todavía no sabemos. La respuesta dependerá de que también hayan habido las condiciones químicas necesarias, como la presencia, además de H2O, de moléculas complejas basadas en carbono (las llamadas moléculas orgánicas) que desgraciadamente son muy frágiles y fácilmente se destruyen con la luz ultravioleta del Sol (recordando que Marte no tiene capa de ozono) o por posibles reacciones químicas desfavorables al contacto con minerales del propio suelo.

Aquí es que surge el proyecto Phoenix, ganador de una beca de la NASA para llevar adelante parte de estas investigaciones en el 2008. El envidiable progreso económico de los Estados Unidos de América le ha permitido darse el lujo de liderar ese espectáculo presenciado alrededor del mundo (y que ya llevaba casi cinco años de preparación), a un precio de 1 dólar y 38 centavos por cada habitante de esa nación. También se cuenta con la colaboración de Canadá (que entró con US$ 1,11 per cápita), y de Alemania, Suiza, Finlandia y Dinamarca.

TODO LISTO PARA LA LLEGADA A MARTE DE LA SONDA PHOENIX

Finalmente, luego de un viaje de más de 10 meses, llegaría el domingo 25 de mayo de 2008 al planeta Marte la sonda espacial estadounidense Phoenix. Si todo salía bien, se convertiría en el sexto artefacto construido por los seres humanos en trasmitir importantes datos científicos desde la superficie del planeta vecino, después de (entre una docena de fracasos) la Viking 1 y la Viking 2, en 1976, la Mars Pathfinder en 1997, y la Spirit y la Opportunity en 2004. Esta sería la primera vez que se aterrizaría en las heladas regiones polares, con la consiguiente expectativa sobre lo que se encontraría.

La misión tenía un costo estimado de 457 millones de dólares, financiado principalmente por la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio de los Estados Unidos (NASA). Los instrumentos científicos estaban a cargo del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California (Caltech), EUA; la Universidad Washington de Saint Louis, EUA; el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, de Alemania; la Universidad de Arizona, EUA; la Universidad A&M de Texas, EUA; la Universidad de Texas en Dallas, EUA; la Universidad de Neuchatel, Suiza; el Instituto para la Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI), de Mountain View, California, EUA; el Centro Ames de Investigaciones de la NASA, EUA; la Universidad Tufts, EUA; la Universidad York, de Toronto, Canadá; el Instituto Finlandés de Meteorología; la Universidad de Copenhague, Dinamarca; y la Universidad de Aarhus; Dinamarca.

La dirección general del proyecto estaba a cargo del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona. La responsabilidad técnica por la nave era de la empresa privada Lockheed Martin Space Systems, y la navegación y comunicaciones corrían por cuenta del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Caltech.

La nave no tripulada, de 664 kg de masa total y con el tamaño de un automóvil, estaría llegando a una velocidad relativa de 20 500 kilómetros por hora, es decir, 5,7 kilómetros por segundo. Debería perder toda esta tremenda velocidad en apenas seis minutos y medio, contados a partir del momento de entrar en contacto con las primeras capas de la atmósfera del planeta extraño.

Un grueso y pesado escudo térmico de cerámica haría la primera parte, protegiendo a la nave del brutal choque inicial contra el aire marciano, al absorber el tremendo calor generado por el rozamiento, a velocidad hipersónica, con las moléculas de la atmósfera. El escudo ardería al rojo blanco y perdería varios centímetros de espesor, como si se tratase de un meteorito artificial.

En su paso desde los 125 kilómetros de altitud hasta aproximadamente los 12,6 kilómetros, la tremenda desaceleración (de hasta 9,2 g) haría caer la velocidad de la nave hasta aproximadamente 1,7 veces la velocidad del sonido, suficientemente segura como para desplegar el paracaídas. Luego, la pérdida de velocidad continuaría de este modo por otros tres minutos.

Se esperaba que a una altura de 1 kilómetro sobre la superficie la velocidad hubiese caído a unos 200 kilómetros por hora. A partir de este punto, el paracaídas sería insuficiente para garantizar un aterrizaje suave, debido a que la atmósfera de Marte en realidad está muy enrarecida, apenas 1% de la presión que tenemos nosotros aquí en la Tierra. Es por eso que en este momento las computadoras asumirían el control de la nave a través de 12 pequeños motores cohete, que harían el resto del frenado.

El poso automático sobre sus tres pequeñas patas se haría, si todo salía bien, a los 68 grados de latitud norte, en la zona del “sol de medianoche”, una región nunca antes visitada del planeta Marte.

Debido a la distancia entre la Tierra y Marte, que en la noche del aterrizaje sería de unos 276 millones de kilómetros en línea recta, cualquier comunicación por radio con la nave tardaría 15 minutos 20 segundos para que el mensaje vaya y 15 minutos 20 segundos para que la respuesta venga, por lo que necesariamente, la nave debería realizar todos esas dramáticas maniobras por sí sola, siguiendo un programa almacenado previamente en sus computadoras. Esto también significaba que nosotros recién sabríamos si todo salió bien (o mal) 15 minutos y 20 segundos después de cada evento.

A continuación, una tabla con la secuencia de los principales hitos del día de la llegada. (Todos los horarios están en Hora Universal Coordinada [UTC], y se refieren al momento de la recepción de la señal de radio aquí en la Tierra):

15:46 Última oportunidad para corregir la trayectoria.

23:16 Presurización (para el bombeo) de los tanques de propelentes de los motores.

23:38 La sonda estadounidense Mars Odyssey (en órbita alrededor de Marte desde el 2001) comienza a retransmitir datos desde la nave Phoenix hasta las antenas de la NASA en Goldstone, California, EUA.

23:38 El radiotelescopio de Green Bank, West Virgina, EUA, comienza a escuchar la señal de la antena auxiliar de UHF en el escudo trasero de la Phoenix.

23:39 El módulo auxiliar de crucero de la Phoenix (con tanques, motores, paneles solares, transmisores, etc., usados en el trayecto de la Tierra a Marte) se separa y descarta.

23:40 Las computadoras hacen girar a la nave para que el escudo térmico quede en la posición adecuada para la entrada a la atmósfera.

23:47 La nave comienza a entrar en la atmósfera del planeta Marte.

23:47 a 23:49 El plasma (gas caliente electrificado) que se forma alrededor de la nave interrumpe las comunicaciones por radio. Máximo calor y desaceleración.

23:50 Termina la fase hipersónica y la velocidad ha caído a supersónica. Se despliega el paracaídas.

23:50 Se desprende el escudo térmico, ya gastado.

23:51 Se extienden las 3 patas de aterrizaje de la nave.

23:51 Se activa el radar, para medir altura y velocidades respecto al suelo.

23:53 La nave se separa del paracaídas y del escudo de protección posterior.

23:53 Traspaso de la transmisión a una segunda antena auxiliar de UHF en la nave.

23:53 Motores de descenso aceleran.

23:54 Velocidad se estabiliza, despacio.

23:54 Aterrizaje.

23:55 Transmisor de radio se apaga temporalmente.

00:13 Se abren los paneles solares, con la radio en silencio.

00:28 La sonda estadounidense Mars Reconnaissance Orbiter (en órbita alrededor de Marte desde el 2006) retransmite los datos grabados por la Phoenix durante la entrada, el descenso y el aterrizaje.

00:30 La sonda Mars Express de la Agencia Espacial Europea (en órbita alrededor de Marte desde el 2003) retransmite los datos grabados por la Phoenix durante la entrada, el descenso y el aterrizaje

00:30 Los técnicos determinan el estado de salud de la nave espacial después del aterrizaje.

01:43 a 02:02 En su segunda pasada sobre la región del aterrizaje, el orbitador Mars Odyssey retransmite datos de ingeniería y, dentro de las posibilidades, las primeras imágenes de la superficie tomadas por la cámara principal de la Phoenix. Lo primero que estaba programado en aparecer debían ser los paneles solares, para confirmar que se desplegaron correctamente. Más tarde, panoramas de Marte.

04:00 Conferencia de prensa de los responsables, la cual, afortunadamente y como se esperaba, ocurrió en ambiente de fiesta.

Bienvenida a Marte, Phoenix.

HERRAMIENTAS Y DETECTORES

Diferente de las tres últimas misiones anteriores que aterrizaron en Marte, en 1997 y a comienzos de 2004, esta última sonda no tenía ruedas: estaba fija en el mismo lugar sin transportarse por los terrenos marcianos. Sin embargo, el objeto de sus estudios no fue tanto lo que había sobre el terreno sino lo que había por debajo. Desde hace mucho tiempo se especulaba, y para ese momento ya había indicios, que en el subsuelo de Marte, y especialmente en el subsuelo congelado de las regiones polares, existen enormes cantidades de H2O (y quién sabe también, se encuentren las famosas moléculas complejas de carbono).

Es por eso que la Phoenix iba equipada con un brazo robótico de aluminio y titanio de 2,35 m de largo (esterilizado, como el resto de la nave), capaz de cavar pequeñas trincheras de hasta medio metro de profundidad. En caso de que encuentre una capa dura de hielo, en la punta del brazo había una herramienta motorizada de raspado que le permitía desprender lascas.

También existía una cámara en miniatura con suficiente aumento para detectar detalles más finos que un cabello humano, con un sistema de iluminación en diferentes colores para resaltar diferentes sustancias presentes en el subsuelo. Si se necesitaba mayor aumento, el brazo robot cargaba muestras en un carrusel especial instalado dentro de la nave, construido de tal modo que separaba los diferentes tipos de partículas presentes, y después los pasaba por dos microscopios, uno óptico y otro con un sensor de relieves por nanoaguja, de 100 nm de resolución.

Imanes permanentes fijados en diferentes puntos de la cubierta de la nave estudiaban las propiedades magnéticas del polvo soplado por los vientos.

En la punta del brazo había también cuatro electrodos, dispuestos en forma de tenedor, que se clavaban en el suelo a diferentes niveles en el correspondiente pozo, para medir la conductividad eléctrica, la temperatura, y la capacidad para absorber calor que tenía el terreno.

Los trabajos del brazo robot eran monitoreados por medio de una cámara principal, capaz de sacar fotografías tridimensionales. Esta cámara estaba montada en el tope de un mástil plegable de 2 m de altura, que se elevó del cuerpo principal de la Phoenix una vez que aterrizó. Tenía dos “ojos”, cada uno con una resolución de 1024 pixels por 1024 pixels, similar a la nitidez proporcionada por la visión humana. Podía rotar 360 grados, para formar imágenes panorámicas, y también podía inclinarse hacia abajo para examinar muestras y hacia arriba para estudiar las nubes marcianas. Una particularidad es que estaba equipada con lentes con filtros especiales, intercambiables, de 12 colores diferentes finamente calibrados, para resaltar diferentes minerales y sustancias químicas presentes en el suelo y rocas marcianas, y hasta en la atmósfera.

LABORATORIO QUÍMICO

El brazo robot tenía en la punta una cuchara especial con la que se encargaba de extraer muestras de la superficie, cuidadosamente seleccionadas, para colocarlas a bordo del cuerpo principal de la nave, donde estaban instalados aparatos especiales que permitían hacer análisis químicos detallados.

Uno de estos aparatos se concentraba en estudiar los minerales. En él, la muestra caía en un pequeño recipiente, lleno con agua líquida (traída desde la Tierra), donde una paleta la mezclaba hasta disolverla lo más posible, a temperatura controlada para combatir el congelamiento. En las paredes internas de esta “lengua artificial” había 26 sensores eléctricos, la mayoría de ellos recubiertos por películas o geles de sustancias químicas, todas diferentes. Cada una de estas películas diferentes dejaba pasar sólo un tipo de compuesto químico hasta el sensor correspondiente, con lo si se activaba tal o cual sensor o grupo de sensores era indicación de la presencia de tal o cual sustancia química en la muestra de suelo. También, en un periodo de un par de días, un mecanismo lanzaba píldoras de diferentes compuestos químicos al agua barrosa, para ver qué pasaba; así, mediante las reacciones químicas que sucedían, se podían determinar sustancias que se hubieran pasado por alto en un primer momento.

La Phoenix sólo llevaba cuatro de estos recipientes, por lo que infelizmente no se podían analizar más que cuatro muestras diferentes.

El brazo robot también cargaba muestras a otro aparato, especializado en detectar los compuestos orgánicos. Dentro de éste, por medio de hornos eléctricos miniatura, el suelo era cocinado muy, pero muy cuidadosamente. Sensores especiales medían exactamente cuánto calor era absorbido por la muestra a medida que la temperatura subía. Diferentes sustancias absorben calor de maneras diferentes; también, al derretirse o evaporarse cualquier sustancia congelada, el ritmo de absorción de calor cambia. Con esto se podía tener una idea de lo que había mezclado en el suelo marciano.

Los vapores que se iban desprendiendo de cada muestra eran conducidos a un espectrómetro de masas, que identificaba sus moléculas e inclusive tipos de átomos mediante la observación de sus desplazamientos al ser sometidos a fuerzas electromagnéticas.

Por otro lado, al reexaminar detenidamente la manera en que se ha ido dando esta liberación de vapores, se podía saber mucho sobre el suelo que los contuvo.

Esta “nariz artificial” tenía un segundo orificio de entrada, por donde se podía analizar, de manera directa, la composición del aire atmosférico marciano.

Había ocho hornos miniatura, cada uno de los cuales podía ser usado una sola vez, por lo que los científicos debían ser muy cuidadosos al elegir cada una de las muestras.

ESTACIÓN METEOROLÓGICA

La Phoenix también servía como estación meteorológica, reportando el tiempo en la planicie ártica Vastitas Borealis donde fue colocada. Un corto y aparentemente simple tubo flexible, instalado en lo alto de un delgado mástil de 2,2 m de altura, indicaba mediante su deformación (registrada por fotos de la cámara principal) la fuerza y dirección del viento. A lo largo de la vara, arriba, en el medio y la parte de abajo, había tres termómetros muy sensibles que hacían un perfil de la distribución del calor en torno a la superficie al brillar el sol fuerte o al acercarse las horas nocturnas. Un barómetro medía la presión atmosférica, y el “tenedor” de cuatro electrodos de la punta del brazo robótico medía la humedad relativa del aire marciano cuando era expuesto al viento.

Para medir el techo de nubes y el polvo en suspensión, se disparaba verticalmente un laser: cualquier reflejo que volvía era captado por un ojo electrónico especial que calcula así la transparencia del aire en todo momento.

La nave tenía una vida útil mínima de 90 días en la superficie del planeta Marte, pero duró cinco meses. A medida que se acercó el invierno marciano, las horas diarias de luz solar (que ahora, con el “sol de medianoche”, eran 24 h 40 min) fueron cada vez menos, y llegó un momento en que fueron insuficientes para generar un nivel mínimo de energía eléctrica en los paneles solares, necesario para que la calefacción mantenga a la Phoenix en funcionamiento. Así, el fin de los 6 meses de verano ártico marciano significó también el fin de la misión. Los científicos, sin embargo, todavía tendrán muchos años más de trabajo para analizar e interpretar todo el cúmulo de datos científicos recolectados durante esos meses de intensa actividad. Y, seguramente, las respuestas que encuentren generarán nuevas preguntas. 

A. L. 

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Publicado originalmente en ABC Color, el 27 de julio de 2008. Ilustración: La Phoenix realizó experimentos hasta la llegada de la terrible “noche ártica” marciana. Paradójicamente, la presencia de depósitos de H2O congelado podría hacer habitable esta región. Crédito: Corby Waste para NASA / JPL-Caltech / University of Arizona.