En busca de las claves del origen de la vida en la Tierra y otros secretos, una tripulación a bordo de un avión DC-8 de la NASA estudiará la pequeña y veloz cápsula Stardust (“Polvo estelar”) en su retorno del espacio a principios de 2006.
Dos años antes, en enero de 2004, la astronave Stardust voló a 147 millas (236 kilómetros) del cometa Wild 2 y sobrevivió al impacto a altas velocidades de millones de partículas de polvo y pequeñas rocas de aproximadamente dos décimas partes de una pulgada (medio centímetro) de diámetro. Con su colector en forma de raqueta de tenis extendido, la Stardust capturó miles de partículas del cometa.
En su retorno la cápsula Stardust impactará con la atmósfera de la Tierra durante el principio de la mañana de mediados de enero de 2006, a 8 millas (12,8 kilómetros) por segundo –más de 10 veces más rápida que una bala. Esto es lo suficiente rápido como para salvar la distancia de San Francisco a los Ángeles en sólo un minuto. La tripulación de la DC-8 se enfrentará con la desalentadora tarea de seguir y observar al objeto cónico de 101 libras (45,7 kilogramos) mientras se lanza a través de la atmósfera y reduce su velocidad antes del descenso final en paracaídas de la astronave en el desierto de Utah.
Los científicos a bordo de la DC-8 también evaluarán la eficiencia del escudo de calor de la cápsula Stardust en la protección de su precioso cargamento de polvo de cometa y granos interestelares.
Aunque los científicos estudiarán el polvo espacial recogido por la cápsula durante los años venideros, el equipo de investigadores a bordo del DC-8 recogerá datos sólo durante la breve reentrada de la cápsula espacial en la atmósfera terrestre.
La mini cápsula parecida al Apolo descenderá por el aire a la mayor velocidad de reentrada de una astronave en la atmósfera de la Tierra nunca vista, generando altas temperaturas. El especial escudo de calor basado en carbono de la cápsula, desarrollado en el Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California, protegerá el inapreciable cargamento de polvo del cometa y granos interestelares. Durante esta abrasadora reentrada, la tripulación del DC-8 medirá la temperatura de la superficie y de la radiación de choque del escudo de calor mientras parte del mismo se queme. La radiación de choque es luz emitida por el aire extremadamente caliente. Los científicos estudiarán esta luz para saber cuánto se calienta la cápsula y qué reacciones químicas se producen. Estas reacciones químicas se producirán como consecuencia de la violenta desintegración de moléculas de aire que colisionan con vapor delante de la velocísima cápsula.
Al mismo tiempo que la tripulación del DC-8 esté en su misión de vuelo, los astrónomos aficionados, dispuestos a soportar el frío del duro invierno, pueden contribuir a la investigación simplemente fotografiando la llegada de la cápsula, anotando sus posiciones globales y, finalmente, proporcionando esta información a los científicos de la misión.
Uno de lo objetivos de los investigadores a bordo del DC-8 es medir el brillo producido por la reentrada de la cápsula. Los científicos esperan que alcance aproximadamente el brillo de Venus durante aproximadamente 90 segundos. La cápsula será más brillante a 37 millas (60 kilómetros) de altitud sobre la ciudad de Carlin, Nevada, durante la aproximación de la astronave, lo que acaecerá en las tenebrosa y fría mañana del domingo 15 de enero de 2006, poco antes de que la astronave suelte el paracaídas para aterrizar a las 3 de la mañana. La zona de aterrizaje es un área de acceso restringido – El campo de entrenamiento y pruebas de Utah-, ubicada al sudoeste de Salt Lake City.
“A simple vista, la cápsula se verá en su aproximación como un punto de luz,” dijo Peter Jenniskens, investigador principal de la Campaña de observación de la reentrada de la cápsula que transporta muestras de polvo estelar. Jeniskens es un astrónomo especialista en meteoros del Instituto SETI, en Mountain View, California. “Después de sobrepasar al observador, la parte de atrás de la cápsula será menos brillante, y se apagará rápidamente. Cada observador experimentará algo diferente,” añadió Jenniskens.
El especial material del escudo de calor basado en carbono diseñado para proteger la cápsula Stardust es un candidato para su potencial inclusión en la próxima astronave proyectada, el Vehículo de Exploración Tripulado (CEV), dicen los ingenieros de la NASA. Esta probable utilización futura es una de las razones por las que planean estudiar la cápsula Stardust mientras impacta con la atmósfera de la Tierra y su escudo se calienta rápidamente debido a la fricción con el aire.
“Nuestro principal interés es el rendimiento del escudo de calor y las reacciones químicas que se producen en el mientras se vaporiza y corroe durante su descenso y reentrada”, dijo Dave Jordan, ingeniero de Ames de la NASA y director de proyecto de la misión de observación de la cápsula.
La astronave penetrará en la atmósfera de la Tierra como si fuese un meteoro, según Jenniskens.
“La cápsula será un meteoro artificial que podemos estudiar para obtener información sobre cómo las moléculas de la vida pueden haberse originado en la Tierra,” dijo Jenniskens. “El carbono del escudo de calor reaccionará en la onda de choque, produciendo nuevas moléculas que habrían sembrado la Tierra en el tiempo del origen de la vida. El carbono del polvo de los cometas pudo haber hecho lo mismo,” aventuró Jenniskens.
Después de que los científicos examinen el polvo transportado por la cápsula, pueden saber pronto qué compuestos de carbono integran el polvo del cometa. La astronave voló a través de la nube de polvo del cometa Wild-2 y recogió algo de él en una sustancia muy suave, llamada “aerogel”.
“Es un poco como coleccionar balas para dispararlas a espuma de poliestireno”, dijo Scott Sandford, astrofísico de Ames de la NASA y coinvestigador de la misión Stardust. “Algunos granos es como si tuviesen proporciones isotópicas exóticas que nos indicarán que estamos examinando materia que que no es tan vieja como el sistema solar, pero que es, en realidad, más vieja que el sistema solar,” aseveró Sandford.
Otro objetivo de la misión era exponer a la astronave a la corriente de polvo interestelar durante 150 días para recoger partículas interestelares. Después de recoger partículas, el colector de aerogel se replegará en la cápsula. Stardust será la primera misión en recoger y traer una muestra sustancial del exterior del sistema de la luna de la Tierra.
La observación del reingreso de la Stardust
La cápsula se aproximará a la zona de aterrizaje desde el oeste. Las mejores oportunidades para ver la entrada serán en la autopista 80 entre Carlin, Nevada, y Elko, Nevada; y más al este hasta la frontera de Utath, donde se podrá observar la parte delantera de la cápsula antes de que sobrepase al observador terrestre. El pico de resplandor disminuirá más desde Carlin, reduciéndose a casi el brillo de Venus (magnitud +0 ) si se observa desde Boise, Idaho y Salt Lake City. La vista no será tan buena en los sitios orientales de Carlin donde la nave será vista desde detrás.
Desde algunos sitios de observación justo al norte de la trayectoria, la cápsula parecerá pasar por la luna (sobre o bajo ella, dependiendo del lugar del observador). Por la cuidadosa elección de sus puntos de observación, algunos observadores podrán ver a la cápsula pasar por delante de la luna. A simple vista, la cápsula desaparecerá en la luz de la luna pero, con los telescopios, los observadores podrán ver un puntito, quizá seguida por una oscura estela de material de restos del escudo de calor y aire caliente. La estela puede formar una densa línea detrás de la cápsula, especialmente cerca del punto de máximo brillo, en el cual la ablación (corrosión del escudo de calor y disipación del calor resultante de la fricción del escudo de calor con la atmósfera) es más intensa.
“Si alguien pudiese ver esta estela, sería algo fantástico, porque nos informaría de la cantidad de carbono que se estaría perdiendo el escudo de calor en ese momento,” observó Jenniskens. “Mejor sería aún si varios observadores en diferentes lugares grabasen en video la entrada de la cápsula frente a la luna porque entonces podríamos rastrear la ablación del carbono a lo largo de la trayectoria de la cápsula, especialmente en los lugares entre Carlin y Elko,” añadió. Los videoaficionados deberían enfocar al “infinito”, porque el autofoco puede fallar en grabaciones nocturnas, según los técnicos de la misión.
El mejor modo de ver la cápsula cuando pase frente a la luna sería con un gran telescopio de alta resolución, según Jenniskens. Debido a la gran distancia, la diminuta cápsula se verá como un oscuro punto de sólo 1-2 arcosegundos de diámetro, pero más oscura si la cápsula es claramente visible. Un arcosegundo es un 1/3600th de grado.
A una velocidad superior varias veces a la del sonido, la cápsula ocupará solamente dos o tres cuadros de película cuando pase frente a la luna.
Cuando la cápsula Stardust no parezca estar cerca de la luna, los observadores deberían buscar la “iluminación química”, un débil resplandor en la estela de la cápsula. Este resplandor puede originarse por reacciones químicas entre el aire caliente de la estela de la cápsula y el ozono de la atmósfera.
Según los científicos, los observadores a simple vista podrían ver la cápsula como una brillantísima punta de alfiler de luz rosada. Este color es típico de los átomos y moléculas agitados en la onda expansiva formada cuando la cápsula impacte con la atmósfera, según George Raiche de Ames de la NASA.
La emisión de luz es producida por el violento choque de las moléculas de aire que colisionan con la velocísima cápsula. En su mayor parte, estas moléculas son átomos de oxígeno y nitrógeno, y moléculas de nitrógeno ionizado, observa Jenniskens. Los productos de la ablación podrían producir luz violeta resultado de las reacciones químicas entre el carbono y el aire.
“La reentrada de la cápsula nos informará del proceso de alteración de estos compuestos de carbono cuando el polvo del cometa entre en la atmósfera de la Tierra. Las moléculas de la vida necesitan una combinación de nitrógeno y oxígeno para que puedan convertirse en ingredientes aprovechables para la vida,” dijo Jenniskens.
En efecto, la cápsula será un meteoro artificial que podemos estudiar para obtener información de cómo las moléculas de la vida podrían haberse originado en la Tierra, según Jenniskens. “Será la primera vez que dispondremos de una observación programada de un objeto artificial entrando en la atmósfera de la Tierra a una velocidad comparable a la de los bólidos,” observó.
Mientras que gran parte de esta química a alta velocidad es muy rápida, compleja y huidiza, es posible reconocer los compuestos radiactivos más brillantes de este ardiente proceso y buscar las claves de las condiciones que pueden resistir las moléculas.
Al final la astronave en forma de cono aterrizará en paracaídas sobre una zona de acceso restringido de Utah.
Una vez que la cápsula haya aterrizado en Utah, los investigadores recogerán los restos de la superficie del escudo de calor y estudiarán cuánto escudo de calor se perdió durante su entrada. “Esto se conoce como escudo de calor ablativo”. “Mediante la evaporación del material de su superficie, el vapor del escudo de calor reduce el calor generado por la fricción de la cápsula, manteniendo fría la carga útil,” explicó Wright.
Después de que se recobre la cápsula y su precioso cargamento, los científicos transportarán el polvo espacial al laboratorio del Centro Espacial Johnson de la NASA, Houston, para proceder a su análisis.
“Las muestras del cometa Wild-2 nos dirán qué compuestos hay en el polvo de los cometas,” observó Jenniskens.
“Un pequeño equipo nuestro estará en el Centro Espacial Johnson para evaluar lo que realmente traiga del cometa de modo que podamos comprobar que tenemos una muestra válida,” dijo Sandford. “Luego una pequeña porción de muestras serán usadas para llevar a cabo un estudio preliminar de la materia traída. Una vez completado su examen, todas las muestras serán puestas a disposición de la comunidad científica para un estudio más detallado. Conjeturo que se analizarán y estudiarán esas muestras durante las décadas venideras.”
Además de Ames de la NASA y el Instituto SETI, muchas otras instituciones participan en el estudio aerotransportado DC-8 de la NASA: la Universidad de Alaska en Fairbanks; la Universidad de Utah en Logan; los laboratorios nacionales de Sandia; los laboratorios nacionales de Los Alamos; la Compañía Aeroespacial; la Academia de las Fuerzas Aéreas de USA; la Universidad Kobe, del Japón; y la Universidad de Stuggart, Alemania. La Universidad de Dakota del Norte maneja la aeronave DC-8 para la NASA.
Los astrónomos aficionados que deseen ceder datos fotográficos, videográficos o de otra naturaleza a Jenniskens encontrarán las direcciones y más información sobre la campaña aerotransportada en:
http://reentry.arc.nasa.gov/
La astronave Stardust fue lanzada el 7 de febrero de 1999 desde la Estación Aérea de Caño Cañaveral, Florida; a bordo de un cohete Delta II. El Laboratorio de Propulsión a Chorro, en Pasadena, California, dirige la Stardust, una parte del Programa de Descubrimiento de bajo coste, altamente centrado en misiones científicas. Para más información sobre la Stardust y un entrevista a fondo de audio con Sandford, visite:
http://stardust.jpl.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/centers/ames/multimedia/audio/sdust/sdust.html
