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Entrevista a Alan Stern, investigador principal de la misión New Horizons

La misión New Horizons será la primera en explorar Plutón y el Cinturón de Kuiper. La NASA planea su lanzamiento en enero de 2006; trece meses después, al pasar cerca de Júpiter, la sonda aprovechará la asistencia gravitatoria de ese planeta para acelerar su velocidad y llegar a Plutón en julio de 2015.

Astronomía Online se enorgullece en presentar una entrevista exclusiva con Alan Stern, investigador principal de esta fascinante misión, que fue realizada por Ricardo J. Tohmé.

Alan Stern es un astrónomo planetario y el investigador principal de la misión New Horizons de la NASA. Anteriormente participó y dirigió numerosos experimentos espaciales, y voló a bordo de aviones F-18 de la NASA y otros de alta performance para realizar investigaciones astronómicas a gran altura.

Stern recibió su doctorado en ciencias planetarias y astrofísica de la Universidad de Colorado en 1989. Es el director ejecutivo de la División de Ciencia e Ingeniería Espacial del Southwest Research Institute; reside en Boulder, Colorado, Estados Unidos. Ha efectuado observaciones en numerosos observatorios espaciales, incluyendo el Explorador Ultravioleta Internacional (IUE), el Telescopio Espacial Hubble (HST), el Observatorio Espacial Infrarrojo (ISO), y el Explorador del Ultravioleta Extremo (EUVE). También es un usuario frecuente de telescopios ópticos y radiotelescopios en longitudes de onda submilimétricas en nuestro planeta.

Sus trabajos de investigación han incluido el estudio del Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort en nuestro sistema solar, los satélites de los planetas del sistema solar exterior, Plutón, los cometas, y la búsqueda de sistemas planetarios en torno a otras estrellas. También ha trabajado en teoría de acoplamiento de naves espaciales, nubes mesosféricas polares en nuestro planeta, astrofísica galáctica, y el estudio de atmósferas tenues.

Dr. Stern, Ud. dirige la primera misión a Plutón y el Cinturón de Kuiper, algo por lo que ha trabajado intensamente durante muchos años. ¿Qué siente ahora, a meses del lanzamiento de la sonda?

En realidad estamos muy ocupados actualmente como para ponernos demasiado contemplativos. Tenemos un montón de pruebas por delante, y todavía no tenemos la aprobación necesaria para el lanzamiento, algo que esperamos obtener recién a fines de este año o principios de 2006.

¿De qué depende la aprobación para el lanzamiento de la New Horizons?

La sonda va a viajar hacia el espacio profundo, alejándose del Sol, por lo cual sería inútil equiparla con paneles solares para la generación de la energía eléctrica necesaria para su funcionamiento. En su lugar, la New Horizons dependerá de un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG), que contiene una pequeña carga de plutonio 238. Cada vez que se lanza una sonda con material radioactivo a bordo, el gobierno de los Estados Unidos quiere asegurarse de que la NASA ha tomado todas las precauciones razonables contra cualquier tipo de impacto negativo al medioambiente que pueda surgir de la utilización de ese material antes, durante, y después del lanzamiento.

Obtener la aprobación para el lanzamiento es un proceso que involucra muchos chequeos a través de la NASA y otras agencias federales, hasta llegar a la Casa Blanca. Cuando la NASA decida proceder con el pedido de aprobación del lanzamiento a la Casa Blanca, lo hará a través de la Oficina de Políticas Científicas y Tecnológicas.

Si la New Horizons no llega a obtener la aprobación para su lanzamiento en enero de 2006, la sonda no podrá sobrevolar Júpiter, sino que tendrá que ser enviada directamente hacia Plutón y llegará allí al menos unos cuatro años más tarde de lo planeado, en 2019-2020. ¿Qué perderíamos desde el punto de vista científico si algo así llegara a suceder?

Ante todo, nos quedaríamos sin la posibilidad de mapear algunas regiones de Plutón, porque en esos cuatro años la noche polar se expandiría cubriendo más terreno en el sur del planeta, y probablemente perderíamos la chance de estudiar su atmósfera, dependiendo de si ésta colapsa entre 2015 y 2019.

Lo que es más importante, la misión resultaría más riesgosa, ya que tendríamos 3,5 años extra de viaje hasta llegar a Plutón. Además, tendríamos menos combustible y menos energía eléctrica luego del encuentro con Plutón, por lo cual en ese caso puede que no lleguemos a visitar un objeto del Cinturón de Kuiper.

Para esta misión, la NASA solicitó distintas propuestas de exploración de Plutón a universidades, laboratorios de investigación y compañías aeroespaciales. ¿Cuáles son los objetivos científicos de New Horizons y por qué fue seleccionada?

En su solicitud de propuestas para una misión a Plutón y el Cinturón de Kuiper, la NASA especificó tres prioridades máximas para las observaciones científicas. Primero, la sonda debe mapear las superficies de Plutón y Caronte con una resolución promedio de un kilómetro por píxel; en contraste, el Telescopio Espacial Hubble no puede mejorar de los 500 kilómetros por píxel cuando observa a Plutón y Caronte. En segundo lugar, la sonda debe mapear la composición de la superficie de ambos cuerpos a lo largo de sus variadas provincias geológicas. Y tercero, la sonda también debe determinar la composición y estructura de la atmósfera de Plutón y su tasa de escape. La NASA también presentó una lista de prioridades secundarias, incluyendo la medición de temperaturas superficiales y la búsqueda de satélites adicionales o anillos alrededor de Plutón. La agencia solicitó además que la sonda pudiera cumplir con los mismos objetivos para al menos un objeto del Cinturón de Kuiper más allá de Plutón, si se aprueba una misión extendida de ese tipo.

El proyecto New Horizons es dirigido por mi institución, el Southwest Research Institute, basado en San Antonio, Texas, y el Applied Physics Laboratory de la Universidad Johns Hopkins. Cuando la NASA seleccionó nuestra propuesta a fines de 2001, indicó que la misión New Horizons ofrecía tanto el mejor retorno científico como el menor riesgo de demoras y aumentos en el cronograma y los costos iniciales. Esto se debe, en parte, a las robustas capacidades de la sonda espacial que propusimos, y a la experiencia de las instituciones miembros de nuestro equipo en la preparación de misiones en corto tiempo y a un bajo costo.

¿Cuáles son las preguntas más importantes a las que esperan responder con el sobrevuelo de Plutón por la New Horizons?

Aunque nuestros conocimientos sobre Plutón y Caronte son relativamente escasos, lo que sabemos indica que ofrecen una maravillosa oportunidad desde el punto de vista científico. Para empezar, queremos saber cómo un sistema como el de Plutón y Caronte pudo haberse formado. Caronte es sorprendentemente grande; su diámetro es casi la mitad del de Plutón. Al ser dos cuerpos con tamaños tan similares, Plutón y Caronte pueden ser considerados como un planeta doble.

También queremos saber por qué Plutón y Caronte son tan diferentes. Plutón tiene una superficie altamente reflectiva, con ciertas marcas distintivas que indican la presencia de casquetes polares en expansión. En contraste, la superficie de Caronte es mucho menos reflectiva y prácticamente no se distinguen detalles puntuales. Además, Plutón tiene una atmósfera, y Caronte aparentemente no. ¿Esa marcada dicotomía entre dos mundos vecinos es el resultado de su evolución divergente, quizás debido a sus diferentes tamaños y composiciones, o una consecuencia de como se formaron originalmente? Seguramente lo descubriremos una vez que lleguemos allá.

Otro dato intrigante es el hecho de que la densidad, el tamaño y la composición de la superficie de Plutón son sorprendentemente similares a los del mayor satélite de Neptuno, Tritón. Una de las mayores sorpresas del sobrevuelo de Neptuno por la sonda Voyager 2 fue el descubrimiento de una intensa actividad volcánica en Tritón. ¿Plutón mostrará también semejante actividad? Al explorarlo esperamos comprender mejor a esta clase de cuerpos, cómo se formaron, y cómo se relacionan con la formación de los planetas más grandes.

Otra de las características sumamente interesantes de Plutón es su extraña atmósfera. ¿Podría darnos algunos detalles al respecto?

Aunque es unas 30.000 veces menos densa que la de la Tierra, la atmósfera de Plutón posee algunas características únicas que nos permiten comprender mejor cómo funcionan las atmósferas planetarias. La terrestre contiene solamente un gas, el vapor de agua, que regularmente sufre transiciones de fase entre los estados sólido y gaseoso; en cambio, la atmósfera de Plutón contiene tres: nitrógeno, monóxido de carbono y metano. Además, la temperatura en Plutón varía alrededor del 50 por ciento a lo largo de su superficie: de 40 a 60 ºK. Es probable que Plutón tenga los cambios estacionales más dramáticos de todo el sistema solar.

Algo todavía más interesante es que la mayoría de las moléculas en la atmósfera superior de Plutón tiene suficiente energía térmica para escapar a la gravedad del planeta; esto es denominado escape hidrodinámico. Aunque actualmente este fenómeno no ocurre en ningún otro planeta, puede haber sido el responsable de la rápida pérdida del hidrógeno de la atmósfera terrestre durante las primeras etapas de la historia de nuestro planeta. Plutón es el único planeta del sistema solar donde este proceso puede ser estudiado en el presente.

Por último, otra importante conexión entre Plutón y el origen de la vida en la Tierra es la presencia de compuestos orgánicos, como metano congelado en la superficie de Plutón y hielo de agua en su interior. Observaciones recientes de algunos objetos del Cinturón de Kuiper muestran que probablemente éstos también contienen grandes cantidades de hielo y compuestos orgánicos. Hace miles de millones de años, estos cuerpos se introducían rutinariamente en el sistema solar interior, probablemente aportando a nuestro planeta los materiales básicos para el surgimiento de la vida.

Teniendo en cuenta tantas motivaciones científicas, creo que no resulta difícil comprender por qué la comunidad científica planetaria desea enviar una sonda espacial a Plutón y el Cinturón de Kuiper.

Si la New Horizons es lanzada en enero de 2006, la sonda efectuará un sobrevuelo cercano de Júpiter en marzo de 2007. ¿Piensan realizar observaciones científicas en Júpiter?

Se ha planificado un extenso programa de observaciones en Júpiter, del cual una gran parte estará dedicada a investigaciones meteorológicas de Júpiter usando espectroscopía infrarroja. También obtendremos bastantes imágenes y espectroscopía de sus satélites, observaremos la atmósfera de Júpiter mediante ocultaciones estelares y estudiaremos la distribución del polvo interplanetario en las cercanías de Júpiter. Además realizaremos una exploración de la cola magnetosférica que resultará completamente única, ya que ésta se extiende hacia Plutón y la New Horizons viajará a través de ella durante varias decenas de UA.

Un pequeño secreto de New Horizons es que nuestra sonda transmitirá un volumen mucho mayor de datos desde Júpiter que desde Plutón, fundamentalmente porque se encontrará mucho más cerca de nuestro planeta. También planeamos usar a Júpiter como un objetivo de calibración y para la práctica de nuestras operaciones en camino hacia Plutón.

Sin embargo, tenemos el problema bastante inusual de que nuestras cámaras están optimizadas para tomar imágenes a 30 UA del Sol, por lo cual en Júpiter, a sólo 5 UA del Sol, muchos de los objetos que fotografiaremos saturarán las cámaras aunque usemos el tiempo mínimo de exposición. De hecho, las mejores imágenes que obtendremos de las lunas de Júpiter seguramente serán aquellas en las cuales estén iluminadas por la luz reflejada por Júpiter, en lugar de aquellas donde estén iluminadas directamente por el Sol.

¿La New Horizons va a encontrar algún otro objeto en su viaje hacia Plutón?

Recientemente encontramos un asteroide Centauro que podremos estudiar, aunque a larga distancia, en el año 2010; el asteroide, designado 2002 GO, estará a 2,7 UA de la sonda. Será una buena práctica de navegación y operaciones, y una oportunidad de obtener una sólida curva de fase del asteroide, algo que no puede hacerse desde la Tierra; esto permitirá conocer la textura de su superficie y otras propiedades. Luego del lanzamiento de la sonda buscaremos otros candidatos mejores y más cercanos a lo largo de su trayectoria, pero las simulaciones de Monte Carlo que hemos realizado nos dicen que no encontraremos ningún otro objeto lo suficientemente cercano como para generar mapas reales de su superficie a menos que seamos increíblemente afortunados.

El año pasado, algunos problemas de seguridad en el Laboratorio Nacional de Los Alamos causaron importantes dificultades en la producción de plutonio 238 para el generador termoeléctrico de radioisótopos de la New Horizons. ¿Esto va a impactar los resultados finales o la duración de la misión?

Afortunadamente, el Departamento de Energía de los Estados Unidos resolvió esos problemas y finalmente New Horizons obtuvo el combustible nuclear suficiente para llevar a cabo la misión. Nuestro RTG ya está listo, y todo el plutonio está preparado.

Esperamos tener una generación de energía de cerca de 192 watts en Plutón a mediados de 2015; los sistemas de la New Horizons requieren alrededor de 165 watts para su funcionamiento, por lo cual tendremos un buen margen. La sonda contará con suficiente energía eléctrica para funcionar hasta el año 2025, ¡para entonces estará a una distancia de entre 50 y 60 UA si todo va bien!

¿Han seleccionado los objetos del Cinturón de Kuiper que la sonda sobrevolará luego de dejar atrás a Plutón y Caronte?

Hemos trabajado mucho en la planificación del sobrevuelo de objetos del Cinturón de Kuiper. Esperamos tener un encuentro cercano con al menos uno de ellos. Probablemente la New Horizons pueda visitar solamente uno o quizás dos objetos del Cinturón de Kuiper, y serán pequeños, aproximadamente del tamaño del asteroide Eros o un poco menores. Esto es porque tras pasar por Plutón y Caronte, podemos maniobrar solamente unos 100 metros por segundo fuera de nuestra trayectoria, lo cual se traduce en un cambio de dirección de solamente 0,1º. Los objetos más pequeños del Cinturón de Kuiper son más sencillos de alcanzar, sencillamente porque hay más de ellos y necesitamos una corrección muy pequeña del curso de la sonda para llegar al más cercano.

Actualmente estamos realizando una búsqueda de objetos del Cinturón de Kuiper que coincidan con la trayectoria de la sonda mediante el telescopio Subaru en Mauna Kea. Sin embargo, el encuentro con uno o más objetos del Cinturón de Kuiper depende de que tengamos suficiente hidrazina para efectuar las maniobras necesarias de corrección de la trayectoria de la sonda, y no sabremos hasta después del lanzamiento si tenemos el combustible necesario para hacerlas.

La clave está en ser capaces de acercarnos lo suficiente para un encuentro con el objetivo, a no más de diez mil kilómetros de distancia. Probablemente no podremos realizar ninguna observación útil de los mayores objetos del Cinturón de Kuiper, quizás con la única excepción de medir su brillo en altos ángulos de fase, simplemente porque hay pocos y están separados entre sí, por lo cual es muy probable que nuestro máximo acercamiento con cualquiera de ellos sea a una distancia de 1 UA o más. Aun así no podremos competir con los telescopios terrestres; el telescopio de la sonda, con una apertura de apenas unas pulgadas y a una distancia de 1 a varias UA, no puede competir con un telescopio terrestre de 10 metros de diámetro a unas 40 UA de distancia.

No elegiremos el primer objetivo de la New Horizons en el Cinturón de Kuiper hasta el año 2012, porque para entonces tendremos un conocimiento mucho mayor sobre los objetos del Cinturón de Kuiper en general, y sobre los posibles objetivos a lo largo de nuestra trayectoria en particular.

El sistema solar exterior esconde dos de los misterios científicos más grandes de la actualidad, la “anomalía Pioneer” y el denominado “acantilado de Kuiper”. ¿La New Horizons investigará alguno de ellos?

Sí, estaremos investigando la “anomalía Pioneer” mediante nuestro instrumento de radiociencia, REX; estudiaremos el “acantilado de Kuiper” trazando la distribución de polvo interplanetario más allá de 18 UA del Sol usando el instrumento Student Dust Counter (SDC).

Ahora que lo menciona, el SDC es un interesante experimento desarrollado por estudiantes que fue agregado a los instrumentos del paquete científico de la New Horizons. ¿Cómo funcionó esa experiencia?

El SDC fue desarrollado por estudiantes de la Universidad de Colorado, guiados en parte por gente experimentada de la Universidad de Colorado y otros expertos provenientes de todos los Estados Unidos. El instrumento fue diseñado para trazar la distribución de la densidad de polvo en el sistema solar, establecer la variación en la distribución de las partículas de polvo de diferentes tamaños, y determinar la tasa de producción de polvo en el Cinturón de Kuiper.

La idea es proveer de una experiencia sin precedentes a científicos e ingenieros jóvenes en el campo del vuelo espacial no tripulado. Esto nunca había sido realizado antes, y los estudiantes realmente hicieron un trabajo fantástico: fueron los primeros en enviar un instrumento para la sonda, ¡y por supuesto fue el menos costoso! Esperamos que varias generaciones de estudiantes se involucren en la operación del instrumento, que funcionará por más de una década en el espacio.

Cambiemos de tema. A la luz de los recientes descubrimientos de 2003 UB313 y otros objetos de tamaño similar a Plutón, ¿podría darnos su opinión personal al respecto? ¿Podemos considerar a 2003 UB313 como un planeta? ¿O incluso Plutón debería perder su status planetario?

¡Por supuesto que 2003 UB313 es un planeta! Orbita al Sol y es lo suficientemente grande para que su propia gravedad lo haya transformado en una esfera. ¡Lo mismo se aplica para Plutón!

Con respecto a esta controversia, ya en 1990 Ud. predijo la existencia de más de mil objetos similares a Plutón en el Cinturón de Kuiper. ¿Qué opina actualmente? ¿Todavía cree que encontraremos objetos del tamaño de Marte e incluso de la Tierra allá afuera?

Sí. La ciencia planetaria está despertándose a la certeza de que nuestro sistema solar contiene muchos planetas, más de los que cualquier libro de texto del siglo XX pueda haber previsto. En la actualidad está emergiendo una visión muy diferente de nuestro sistema solar, una visión que revela a Plutón en su contexto, como el ejemplo más cercano que tenemos de la que casi con seguridad es la clase más numerosa de planetas en nuestro sistema solar: los “enanos de hielo”.

Considere que menos del 2 por ciento del Cinturón de Kuiper ha sido catalogado completamente, y aun así ya hemos descubierto más de mil mundos allí. Entre aquellos que fueron catalogados hasta la fecha, sabemos que más de media docena, como Sedna y Quaoar, rivalizan, y en el caso del recién descubierto 2003 UB313, exceden el tamaño de Plutón. Además, la mayoría de estos nuevos mundos siguen órbitas tan raras como la de Plutón, o incluso más excéntricas.

Estamos llegando lenta pero seguramente a una nueva conclusión: que nuestro sistema solar formó no sólo los nueve planetas que nos enseñaron en la escuela, ¡sino muchas docenas e incluso centenares de ellos!

Las simulaciones modernas de formación planetaria, realizadas por diferentes grupos de investigación de todo el mundo, han llevado a un amplio consenso respecto a que durante el proceso de formación de los planetas gigantes, también se formaron cientos y hasta miles de mundos más pequeños, cuyo tamaño iba desde una fracción del diámetro de Plutón hasta por lo menos el tamaño de la Tierra. La mayoría de estos cuerpos eran planetas enanos, como Plutón; sólo se formaron unas pocas decenas de objetos del tamaño de la Tierra, dado que el número de cuerpos declinaba en forma inversamente proporcional a su tamaño. Estas simulaciones también muestran que la mayoría de estos cuerpos fueron eyectados de la región de los planetas gigantes, a medida que Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno alcanzaban sus tamaños actuales y “limpiaban” gravitacionalmente sus zonas de formación, hace cuatro mil millones de años.

¿Los investigadores han encontrado evidencias que apoyen los resultados de esas simulaciones de formación planetaria?

Sí, estos modelos numéricos están soportados por sólidas evidencias forenses que se encuentran dispersadas a lo largo del sistema solar exterior, y que nos llevan a conclusiones similares. Una de estas pistas es el hecho de que la luna de Plutón, Caronte, parece haber sido formada por el impacto del planeta con un cuerpo casi tan grande como el mismo Plutón. Lo más importante de este hallazgo es que, para que semejante colisión resulte probable, tienen que haber existido cientos o miles de cuerpos de más de mil kilómetros de diámetro en el antiguo sistema solar exterior.

Una segunda pista es Tritón, una luna de 2.700 kilómetros de diámetro, que orbita a Neptuno en forma retrógrada. Esto indica su captura gravitacional a partir de una órbita previa alrededor del Sol. En cuanto a su composición, Tritón es parecido a Plutón, pero algo más grande. Aparentemente, es uno de los “muchos Plutones” que se formaron alguna vez, y parece haber escapado de su eyección al Cinturón de Kuiper al haber quedado atrapado en una órbita duradera alrededor de Neptuno.

Otra evidencia más son las inclinaciones polares de Urano, 98º, y Neptuno, 30º. El único mecanismo viable conocido que podría generar semejante inclinación en estos enormes planetas de 15 masas terrestres, son las colisiones con objetos de una o más masas terrestres. Crucialmente, los cálculos revelan que para que tanto Urano como Neptuno tengan una probabilidad tan alta de sufrir semejantes colisiones, al menos varias docenas de estos objetos de masa superior a la terrestre tienen que haber orbitado en esa región del sistema solar.

Gracias a las capacidades de modelización que nos brindan las computadoras actuales, las evidencias observacionales forenses que acabo de mencionar, y ahora también los descubrimientos de rivales e incluso sucesores al trono de Plutón, estamos llegando lenta pero seguramente a una nueva conclusión: que nuestro sistema solar formó no sólo los nueve planetas que nos enseñaron en la escuela, ¡sino muchas docenas e incluso centenares de ellos!

Una pregunta más antes de terminar esta entrevista. Nuestros lectores están siguiendo con entusiasmo el desarrollo de la misión. Muchos de ellos han estado esperando con mucho interés las primeras imágenes de Plutón y Caronte durante toda su vida. ¿Qué les diría que podemos esperar de New Horizons, teniendo en cuenta su propia dedicación a la investigación de Plutón a lo largo de toda su carrera?

Les diría que esperen un mundo activo, ¡y que estén preparados para lo inesperado! Esto es todo lo que puedo decir realmente hasta que lleguemos allá, pero es mi predicción personal. ¡La mejor parte de la exploración es encontrar lo que uno no espera!

Dr. Stern, le agradecemos el haberse tomado este tiempo para contestar nuestras preguntas, algo que los lectores de AstronomíaOnline.com seguramente apreciarán. En nombre de todos, le deseamos mucha suerte con New Horizons.

Les agradezco su interés en la misión. Y quisiera recordarles a todos sus lectores la oportunidad de enviar su nombre a Plutón si se inscriben en http://pluto.jhuapl.edu antes del 15 de septiembre de 2005.

Alan Stern es un astrónomo planetario y el investigador principal de la misión New Horizons de la NASA. Anteriormente participó y dirigió numerosos experimentos espaciales, y voló a bordo de aviones F-18 de la NASA y otros de alta performance para realizar investigaciones astronómicas a gran altura.

Stern recibió su doctorado en ciencias planetarias y astrofísica de la Universidad de Colorado en 1989. Es el director ejecutivo de la División de Ciencia e Ingeniería Espacial del Southwest Research Institute; reside en Boulder, Colorado, Estados Unidos.

Ha efectuado observaciones en numerosos observatorios espaciales, incluyendo el Explorador Ultravioleta Internacional (IUE), el Telescopio Espacial Hubble (HST), el Observatorio Espacial Infrarrojo (ISO), y el Explorador del Ultravioleta Extremo (EUVE). También es un usuario frecuente de telescopios ópticos y radiotelescopios en longitudes de onda submilimétricas en nuestro planeta.

Sus trabajos de investigación han incluido el estudio del Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort en nuestro sistema solar, los satélites de los planetas del sistema solar exterior, Plutón, los cometas, y la búsqueda de sistemas planetarios en torno a otras estrellas. También ha trabajado en teoría de acoplamiento de naves espaciales, nubes mesosféricas polares en nuestro planeta, astrofísica galáctica, y el estudio de atmósferas tenues.

Acerca del autor
Ricardo J. Tohmé es periodista y divulgador científico. Amante de la astronomía, fundó Astronomía Online y es su editor desde el año 2002.