NASA Prepara Nuevos Instrumentos Para Estudiar las Atmósferas de Urano y Neptuno

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La nave espacial Voyager 2 de la NASA proporcionó la primera imagen de Neptuno y su luna, Tritón, en el verano de 1989. Image Credit: NASA
La nave espacial Voyager 2 de la NASA proporcionó la primera imagen de Neptuno y su luna, Tritón, en el verano de 1989. Image Credit: NASA

Mucho ha cambiado tecnológicamente desde que la misión Galileo de la NASA lanzó una sonda a la atmósfera de Júpiter para investigar, entre otras cosas, el motor térmico que impulsa la circulación atmosférica del gigante de gas.

Un científico de la NASA y su equipo en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland, están aprovechando esos avances para crear un radiómetro de flujo neto más pequeño y más capaz. Este tipo de instrumento les dice a los científicos dónde se produce el calentamiento y el enfriamiento en la atmósfera de un planeta y define las funciones de las fuentes de calor internas y solares que contribuyen a los movimientos atmosféricos. El radiómetro de próxima generación se está desarrollando específicamente para estudiar las atmósferas de Urano o Neptuno, pero podría usarse en cualquier objetivo con una atmósfera.

De todos los planetas en el sistema solar, solo Urano y Neptuno, llamados gigantes de hielo porque están compuestos principalmente de hielo, permanecen relativamente inexplorados. Mientras que la Voyager 2 tomó fotos de los planetas séptimo y octavo, no obtuvo los impresionantes detalles que las misiones Galileo y Cassini reunieron sobre Júpiter y Saturno. Incluso el lejano Plutón obtuvo una mirada de cerca con la misión New Horizons en 2015.

Queda mucho por descubrir, dijo Shahid Aslam, quien dirige el equipo que desarrolla el instrumento de próxima generación, un esfuerzo financiado por el programa Conceptos Planetarios de la NASA para el Avance de las Observaciones del Sistema Solar, del programa PICASSO.

Los científicos saben que tanto Urano como Neptuno albergan un manto de agua, amoníaco y metano helado, mientras que sus atmósferas se componen de hidrógeno molecular, helio y gas metano. Sin embargo, existen diferencias en estos fríos mundos jovianos externos.

Esta es una imagen del planeta Urano tomada por la nave espacial Voyager 2, que voló cerca de este planeta en Enero de 1986. Image Credit: NASA
Esta es una imagen del planeta Urano tomada por la nave espacial Voyager 2, que voló cerca de este planeta en Enero de 1986. Image Credit: NASA

A medida que las temperaturas caen por debajo de -333.7 grados Fahrenheit, el gas amoníaco se congela en cristales de hielo y cae fuera de las atmósferas de ambos planetas. El metano, un gas de color azul, se vuelve dominante. Si bien el contenido de metano en la atmósfera es similar en ambos planetas, se ven diferentes. Urano aparece como un azul verdoso nebuloso, mientras que Neptuno adquiere un color azul mucho más profundo. Se cree que algunos componentes atmosféricos desconocidos contribuyen al color azul más profundo de Neptuno, dijo Aslam.

Además, Urano carece de calor interno. En consecuencia, sus nubes son frías y no se ondulan por encima de la capa superior de neblina. Neptuno, por otro lado, irradia tanta energía como recibe del Sol. Esta energía interna le da a Neptuno una atmósfera activa y dinámica, que se distingue por cinturones oscuros y nubes brillantes de hielo de metano y tormentas ciclónicas.

Debido a que la NASA nunca ha realizado una misión dedicada a los gigantes de hielo, los detalles de la física que impulsan estas condiciones atmosféricas siguen siendo difíciles de alcanzar, dijo Aslam.

Él cree que el nuevo instrumento podría proporcionar respuestas.

Es un sucesor de un instrumento de tipo similar que recopiló datos sobre las condiciones atmosféricas de Júpiter antes de ser aplastado por la presión atmosférica de Júpiter en diciembre de 1995. Durante ese peligroso viaje de 58 minutos a las profundidades de la atmósfera del planeta, el radiómetro de flujo neto de Galileo, uno de varios instalados en el interior la sonda, midió la radiación que llegó al planeta desde el Sol, así como la radiación térmica o el calor generado por el propio planeta. Estas mediciones superiores e inferiores ayudaron a los científicos a calcular la diferencia entre las dos: una medición llamada flujo neto.

Además de proporcionar detalles sobre el calentamiento y enfriamiento atmosférico, los datos de flujo neto revelan información sobre las capas de nubes y su composición química. «En realidad, se puede aprender mucho de los datos de flujo neto, especialmente las fuentes y los sumideros de la radiación planetaria», dijo Aslam.

Al igual que su predecesor, el instrumento de Aslam se sumergiría de forma suicida en las atmósferas de Urano o Neptuno. Pero a medida que descendiese, recopilaría información sobre estas regiones poco comprendidas con mayor precisión y eficiencia, dijo Aslam. “Los materiales disponibles, los filtros, los detectores electrónicos, la computación de vuelo y el manejo y procesamiento de datos han mejorado. Francamente, tenemos una mejor tecnología en todos los sentidos. Está claro que ahora es el momento de desarrollar la próxima generación de este instrumento para futuras sondas de entrada a la atmósfera”, dijo.

Por ejemplo, en lugar de usar los detectores piroeléctricos empleados en Galileo, Aslam está considerando el uso de sensores de termopila, que convierten el calor o las longitudes de onda infrarrojas o el calor en señales eléctricas. La ventaja es que los circuitos de la termopila son menos susceptibles a las perturbaciones y al ruido eléctrico.

El equipo de Aslam también está agregando dos canales de infrarrojos adicionales para medir el calor, con lo que el total es de siete, y dos ángulos de visión adicionales con los que recopilar estas longitudes de onda y ayudar a modelar la dispersión de la luz. Cuando la luz se dispersa en un campo de visión debido a las interacciones con los aerosoles y las partículas de hielo, la dispersión puede contaminar las mediciones en otro campo de visión. Esto les da a los científicos una imagen sesgada de lo que está sucediendo cuando analizan los datos.

Además, el campo de visión más estrecho del instrumento revelará mayores detalles sobre las cubiertas de nubes y las capas atmosféricas del planeta a medida que el instrumento lo hace descender. Igual de importante es que el instrumento será más pequeño y sus sensores emplearán modernos circuitos integrados específicos que admiten el muestreo rápido de datos.