Crónica de un aterrizaje histórico

Esta semana hemos tenido la noticia del aterrizaje, por primera vez en la Historia, de una sonda sobre la superficie de un cometa. La sonda Rosetta, tras un largo viaje, llegó a las cercanías del cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko (67P para los amigos) en agosto de 2014. Después de varios meses y una vez se posicionó en una órbita estable y se estudió lo suficiente el cometa, se decidió lanzar el módulo Philae. Este módulo es el que finalmente descendería y se quedaría en la superficie del cometa, pudiendo estudiar por primera vez la misma.

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La física de las misiones espaciales

Interesante documental de media hora sobre las misiones espaciales de la ESA (Agencia Espacial Europea) y la física que hay en ellas, centrándose especialmente en el ATV, el carguero europeo que suele llevar provisiones a la Estación Espacial Internacional (ISS).
En concreto, explica la física que hay detrás de la propulsión de las naves en el espacio y en su lanzamiento (eyectar gas hacia atrás para avanzar hacia delante), la navegación automática del ATV en las aproximaciones a la ISS y el hecho de por qué se suelen lanzar todas las naves desde la Guayana Francesa, necesitándose un largo viaje a través del Atlántico, en lugar de lanzarse desde el propio continente europeo (¿la explicación rápida?, porque desde ahí cuesta mucho menos enviar una nave al espacio).

Visto en el blog de la ESA a través de @Eurekablog.

Lejanía relativa

Voyager 2

La sonda Voyager 1 es actualmente, y seguirá siendo así por mucho, mucho tiempo, el aparato que más se ha alejado de la Tierra. Fue lanzado hace ya 34 años, y ahora mismo se encuentra ya en la frontera donde se puede considerar que termina el Sistema Solar, donde el viento del Sol se ve frenado y choca con el viento de otras estrellas o del gas que hay en la galaxia. Es decir, a una distancia de unos 17.6 mil millones de kilómetros (unas 118 veces la distancia Tierra-Sol).
Para llegar hasta ahí, la sonda viaja a una velocidad de unos 17 km/s (unos 61.000 km/h, mucho mayor que la de cualquier R5 Turbo), una de las sondas más rápidas que hemos lanzado.

A pesar de esa lejanía, todavía se encuentra en medio de ninguna parte, encontrándose extremadamente lejana de cualquier cuerpo cercano al Sistema Solar, ya que todavía no ha recorrido ni la mitad de la milésima parte de la distancia que nos separa de la estrella más cercana al Sol, Próxima Centauri, a la cual a esa velocidad podría llegar dentro de… 73.600 años.
Pero la vista hacia atrás tampoco deja mucho ya, ya que el Sol desde ahí brilla casi un millón de veces menos de cómo lo vemos desde la Tierra. Lejano y tenue. En medio de ninguna parte.

Sin embargo, toda esta distancia que nuestra sonda ha recorrido en estos 34 años únicamente le lleva a la luz 16 horas 14 minutos y 18 segundos, una cifra increíblemente pequeña en comparación. Claro, que ella se mueve a 300.000 km/s, en lugar de a 17.

Dato visto por Microsiervos.

Lanzamiento del transbordador desde otra perspectiva

En los lanzamientos de los transbordadores espaciales de la NASA siempre hemos podido ver tres partes bien distinguibles: el propio transbordador, que está acoplado al tanque de combustible gigante, de color naranja, y los dos cohetes que hay a ambos costados, que sirven para propulsar la nave durante el despegue.

Pero de aquí, si bien el tanque y el transbordador permanecen juntos hasta que están ya en el espacio, los dos cohetes se separan una vez la nave tiene suficiente velocidad, momento en que se suelen olvidar puesto que las imágenes siempre se centran en la nave.
¿Qué les pasa a estos cohetes hasta que vuelven a caer a tierra?, porque éstos la ventaja que tienen, a diferencia del tanque de combustible externo, es que son reutilizables, y una vez se recuperan se vuelven a utilizar en futuros lanzamientos.

Aquí podemos ver su trayectoria, grabada por una de las cámaras que llevan a bordo y que muestra cómo después de separarse del tanque de combustible (hasta el minuto 1:50 no hay mucho que ver…) comienzan su caída libre que dura un buen rato, hasta que vuelven a entrar en la atmósfera terrestre y finalmente abren los paracaídas para caer al mar suavemente.

Gravedad en naves y efectos raros

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Nos encontramos en un futuro indeterminado, en el cual, por las razones que sean, estamos dentro de una nave espacial gigantesca, en forma de cilindro, pongamos de unos 8 km de radio, y unos 50 km de largo.

Además, con el fin de que dentro de dicha nave se tenga una gravedad similar a la de la Tierra, ésta gira en torno a su eje dando una revolución (vuelta) cada 3-4 minutos. De esta forma, toda persona que se encuentre sobre su superficie curva (por el lado interno a la nave, claro) experimentaría una fuerza, para ellos la gravedad, en dirección hacia fuera de la nave, por lo que toda la superficie cilíndrica actuaría de suelo.

Por último, pongamos que en el interior de dicha nave existe un paisaje similar al de la Tierra: un atmósfera parecida, y la superficie está recubierta de vegetación, ríos, montañas y ciudades (en total son unos 2.500 km2 de superficie, así que dan para mucho).

Ahora la pregunta es… ¿cambiarían muchas cosas por estar en una nave tubular, con una pseudogravedad?

Lo de pseudogravedad viene a que realmente la fuerza que experimentamos no es una gravedad propiamente dicha (i.e. la que crea un objeto como la Tierra debido a su masa), sino que es una fuerza debida a estar sobre un cuerpo que rota, idéntica a la que experimentamos al estar subidos a un tiovivo que gira muy rápido, y notamos una fuerza que nos tira “hacia afuera”, y a la que se suele llamar fuerza centrífuga.

Siguiendo con la visión que tendríamos en la nave, rápidamente nuestro cerebro intentaría transmitirnos la idea de que nos hemos vuelto locos y no sabemos qué estamos viendo, por varias razones.

Primero, hemos dicho que la nave es cilíndrica, y toda esa superficie es lo que podríamos llamar “suelo”. Pero esto hace que si estamos en un punto de la nave y miramos hacia arriba… ¡ vemos encima nuestro otra parte del mundo ! y no se cae sobre nuestras cabezas… si no que los árboles y ciudades que podamos ver están ahí… boca abajo.
Si miramos hacia los laterales veremos cómo nuestro suelo se curva hacia arriba cada vez más, hasta que se une con lo que tenemos inmediatamente encima nuestro… pero esta imagen es cierta, ya que para los que “están arriba”, la gravedad sigue siendo hacia fuera de la nave, luego ellos siguen “con los pies en la tierra”, de la misma forma que los de Australia no están “boca abajo” como parece de pequeños al ver un globo terráqueo.

Otra de las curiosas experiencias que veríamos, si nuestro cerebro soporta la de ver medio mundo boca abajo, es la de que si hubiera una cascada lo suficientemente grande (pongamos, desde el eje del cilindro), no la veríamos caer vertical, como sucede en la Tierra.
En lugar de esto, veríamos cómo al principio cae vertical pero cuanto más desciende, más se va curvando hacia uno de los costados (concretamente, hacia el sentido opuesto del que gira la nave), con lo que describe una trayectoria curva, sin que nuestro cerebro pueda entender cómo no cae vertical.

Esto no es más que un efecto de lo que hemos dicho antes: no estamos en un sistema normal donde actúa la gravedad, sino que estamos dentro de un cuerpo que gira, por lo que observamos pseudofuerzas (ya que solo son fuerzas como tales para alguien que esté dentro de la nave y se mueva con ésta).
En este caso, debido a que el agua se mueve a lo largo de la dirección radial de la nave (desde el eje hacia la superficie”), parece que se va “quedando atrás” mientras la nave gira, es la fuerza de coriolis, que causa que parezca que haya una fuerza en dirección lateral, hacia donde se curva la cascada.

Así que, recapitulando, estamos en una nave donde las cosas caen verticales pero si caen desde una altura suficientemente alta, vemos como esto no es exacto, sino que se tuercen hacia un costado. Y además tenemos de que si miramos hacia arriba vemos que todo está boca abajo.

Pero es que finalmente, aún hay otra “rareza”, que notaremos si nos elevamos hacia el eje del cilindro. Por ejemplo, supongamos que en lo que serían las “tapas” del cilindro hubiera una escalera hasta el eje.
Si vamos subiendo por la escalera, al poco tiempo notaremos cómo nos parece que la gravedad se va reduciendo. Cuando subamos más (recordando que la escalera tiene unos 7 km de altura, esto nos llevará bastante tiempo), ya no será una impresión, si no que ciertamente notaremos que la gravedad ahora es menor.

Y cuando llegamos al eje de giro de la nave, veremos cómo no notaremos ninguna gravedad. Estaremos igual que los astronautas cuando están en la nave, flotando.

Recorrido aéreo por Rama, aunque sustituyendo las ciudades del libro por ciudades americanas.

  • NOTA: para el que quiera leer toda la historia de qué pueden hacer unos astronautas a bordo de una nave de tales características, está el magnífico libro Cita con Rama, de Arthur C. Clarke, de donde he sacado la idea de la nave.
  • La imagen del inicio del blog ha sido realizada por Eric Bruneton.
  • Otro de los sitios donde se puede ver una nave utilizar dicho efecto como gravedad es en 2001 Odisea en el Espacio, donde en algunas escenas vemos al astronauta dar vueltas corriendo por todo el anillo (en este caso de proporciones normales).
  • II Carnaval de la Física: un paseo por Venus

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    Venus. Imagen de R. Nunes.

    Venus siempre ha sido uno de los objetos más fascinantes que se podía contemplar en el cielo desde la antigüedad, ya que a pesar de que no alcanzaba el brillo del Sol o la Luna, tampoco era una estrella típica, pues su brillo era muy superior al de éstas y se iba moviendo alrededor del Sol a lo largo del año (es el tercer cuerpo más brillante que vemos, por detrás del Sol y la Luna).

    Todo esto le daba un encanto especial, algo que seguramente contribuyó a que sea el único planeta que ha recibido un nombre femenino (ya sabéis, estos se guardan para cosas verdaderamente especiales… o catastróficas, como los huracanes. Para el resto de cosas mundanas ya están los nombres masculinos), en concreto, el de la diosa del amor y de la belleza.
    Su importancia causó también que algunos calendarios, como el de los Mayas, estuvieran basados en su movimiento, y no en el del Sol o la Luna, como normalmente se hacía.

    Debido al extraordinario brillo que presenta, y que únicamente se puede ver en los atardeceres y amaneceres (depende de la época del año), Venus suele ser blanco de numerosos “cazadores de OVNI’s” (no sabría qué nombre darles…) ya que se suele comenzar a ver cuando aún está el crepúsculo y no se ven el resto de estrellas.

    Venus a través del telescopio

    Conocemos a Venus desde la prehistoria, como un punto muy luminoso en el cielo, pero… ¿cómo lo vemos a través del telescopio?.

    Dicho de una forma simple: como la Luna pero sin cráteres.

    phases_of_venus.jpg

    Así es, en Venus observamos las mismas “fases” que vemos en la Luna: creciente, llena, menguante, nueva,… todo ello como consecuencia de que como es un planeta más cercano al Sol que el nuestro, por lo que podemos verle iluminado por el Sol desde todas las posiciones posibles (cuando se encuentra entre el Sol y la Tierra: “Venus nuevo”; cuando se encuentra en el otro extremo de la órbita: “Venus lleno”; y cuando se encuentra en algún punto de los lados: creciente o menguante, como podemos ver en la imagen).

    En cambio, guarda una importante diferencia con la Luna (a parte de las diferencias de tamaño de ambos cuerpos): no vemos ni un solo cráter.
    En Venus únicamente vemos un tono uniforme por todo el planeta, sin prácticamente ninguna diferencia de brillo.

    Dado que es prácticamente imposible que un cuerpo sea tan homogéneo, la respuesta era clara: está rodeado de una gran capa de nubes que cubren todo el planeta. Además, esto explicaba también que brillase tanto, ya que las nubes aumentan de una forma notable el albedo (cantidad de luz que el planeta refleja en lugar de absorber).

    Otra de las peculiaridades de este planeta es que su día (el tiempo que tarda en realizar una rotación) es mayor que su año (tiempo en dar una vuelta alrededor del Sol): unos 243 días terrestres frente a 225 (eso sí que es tener una jornada laboral agotadora). Además, en contra del resto de planetas, Venus rota en dirección contraria al resto. Es decir, el Sol en lugar de salir por el este (en el caso de que quitásemos las nubes…), sale por el oeste y hace el camino contrario hasta meterse por el este.

    Especulaciones y exploración

    Debido a que Venus tiene un tamaño prácticamente igual al de la Tierra, y que su distancia al Sol no es muy diferente (unas dos terceras partes de la distancia que nos separa a nosotros de éste), siempre ha sido considerado como el hermano gemelo de la Tierra, ya que si tienen unas condiciones bastante similares… es fácil suponer que sus evoluciones han debido de ser similares.

    Por este motivo, y basándose en que está recubierto por nubes y que al estar algo más cerca del Sol debe tener una temperatura algo más alta que la de la Tierra, se pensó rápidamente en que Venus debería ser similar a una selva tropical, donde habría fuertes lluvias (como consecuencia de tantas nubes) y reinaba una alta temperatura.

    venus-phases.jpg

    Así pues, se inició la exploración espacial de Venus con altas expectativas de encontrar un “lugar acogedor”, con quizá una gran cantidad de flora.
    El hecho de que estuviera totalmente cubierto de nubes obligaba a que para examinar su superficie hubiera que mandar sondas que descendieran al planeta.

    Así, la clásica guerra NASA – URSS siguió por la exploración de Venus. Principalmente la NASA con sus misiones Mariner y la URSS con las Venera (aunque también tuvieron otras misiones que fueron a Venus).

    Después de varias misiones con más o menos éxito (algunas llegaron, otras explotaron en el lanzamiento, muchas otras se averiaron por el camino…), llegaron, a partir del ’63, las Venera 3, 4, 5 y 6, con cápsulas que descendían a la superficie.
    Si algo suelen tener las naves rusas es que suelen ser más duras que el pecho de Superman (prueba de ello son las Soyuz, que ahí aguantan sin ningún problema), así que cuando todas estas naves llegaban a la atmósfera de Venus, entraban, y durante la caída dejaban de funcionar, algo malo pasaba.

    Por supuesto, salvo la 3, todas fueron enviando datos de la atmósfera, los cuales indicaban que más que tropical, el clima era infernal:
    una presión entre 70 y 100 atmósferas (70-100 veces la presión que tenemos nosotros aquí, aproximadamente la que hay en torno a 1 km de profundidad en el océano), temperaturas de más de 200ºC (y eso que descendían “por la noche”, en la zona no iluminada del planeta) y una atmósfera compuesta en su mayor parte (97%) de CO2.

    Así que con esa presión y temperatura, era lógico que dichas naves no aguantasen ni para llegar a tierra, las cuales literalmente se derretían. Adiós a la idea de junglas tropicales…

    Hubo que esperar a la llegada de la Venera 7 el 15 de diciembre del ’70 para tener una sonda en la superficie, la cual consiguió funcionar durante unos 40 minutos.
    Las posteriores misiones ya aterrizaron en la parte “de día” de Venus, por lo que ya se las equipó de cámaras fotográficas para retratar la superficie.

    Después de todo esto, se supo que la temperatura en la superficie del planeta era “acogedora”: casi 500ºC, y una presión de unas 90 atmósferas, suficientemente alta como para espachurrar cualquier turista que se pasara por ahí.
    Además, como cálida bienvenida nos encontramos la capa de nubes de unos 20 km de espesor formadas por ácido sulfúrico y otros elementos “ligeramente corrosivos”, las cuales son responsables del efecto invernadero “a lo bestia” que sufre el planeta.

    Finalmente, gracias a los mapas que realizó las misiones Magallanes con radar, conocemos cómo es la superficie total de Venus: con grandes llanuras, pocas montañas y una superficie muy reciente (en términos geológicos).

    image_color_venera.jpg

    Últimos apuntes

    Para finalizar, comentar que Venus, a pesar de su tamaño, no genera ningún campo magnético, como lo hace la Tierra, probablemente debido a la lenta rotación del planeta.
    A su vez, esta inédita rotación se piensa que es debida a algún impacto con algún gran objeto en los comienzos del Sistema Solar, lo que provocó que se “girase” casi 180º (de forma que inicialmente sí giraba como el resto, pero al darse media vuelta parece que gira al revés).
    Siendo bastante probable que aún sea geológicamente activo, es decir, que también hay grandes erupciones en la superficie del planeta.

    Y por último, decir que a partir de los meses de mayo-junio será cuando le volveremos a ver en todo su esplendor en los atardeceres, ya que actualmente se encuentra junto al Sol, desde nuestra perspectiva.

    Más información:

  • En Wikipedia (y en la versión inglesa, que tiene un gran número de referencias).
  • Exploración rusa de Venus, en espacial.org.
  • Página sobre Venus.
  • Imágenes de la NASA.
  • imágenes de las Venera.
  • Carnaval de la Física.
  • Cuando entra en juego el doblaje de los rovers

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    Más de 250 millones de kilómetros de distancia, un desierto árido con una presión mucho menor a la atmosférica. A su alrededor, únicamente rocas y arena, con un cielo con tonalidad rojiza, y, por supuesto, ni una gota de agua a su alrededor.

    Afortunadamente, tampoco lo necesitan. Sobre la superficie, y en lados opuestos del planeta, dos rovers de menos de 200 kg de peso y metro y medio de altura llevan ya más de 3 años de vida con muchos kilómetros a sus espaldas (la duración esperada de la misión era de 3 meses, lo que demuestra la resistencia de estas “criaturas” alimentadas por paneles solares).

    Pero la llegada hasta aquí ha sido dura, ya que después de pasar por un largo camino desde la Tierra hasta Marte, en donde son vulnerables al viento solar, estas dos sondas fueron soltadas sobre la atmósfera marciana.
    Durante la caída, el escudo térmico evitó que las sondas se achicharrasen por el calor producido por la fricción entre la atmósfera y la alta velocidad de la sonda, ya que aunque la atmósfera de Marte sea mucho más débil que la nuestra, es suficiente para abrasar la nave, a la vez que reduce su velocidad de los iniciales 19.000 km/h hasta “solo” 1.600 km/h en aproximadamente un minuto.

    Una vez el escudo térmico hizo su trabajo, fue soltado y pasó el relevo a los paracaídas y retrocohetes, que frenaron la nave lo suficiente para que a pocos metros de la superficie, dejasen caer ésta, y que fuera rebotando, gracias a los 7 airbags que la cubrían, por la superficie hasta que finalmente se paró, comunicando el éxito del descenso.

    A continuación, un duro trabajo de investigación recorriendo la superficie marciana y “curioseando” todas las rocas y accidentes geográficos que se encontraban.
    Dado la lejanía de las naves, sus comunicaciones tardan, en promedio, un cuarto de hora en venir, lo que hace que cualquier posible orden sea recibida en una media hora (nos envía la señal y nosotros le retornamos la orden), aunque en el peor de los casos esto puede ascender hasta una hora (o descender hasta unos 10 minutos). Por ello, y dado que no se puede realizar un control remoto de una nave con una hora de retraso, estas naves tienen una navegación autónoma, lo que les permite salvar la mayoría de los obstáculos ellas mismas.

    A pesar de esto, siempre hay ciertos encontronazos o decisiones que se deben de tomar desde Tierra, como cuando alguna de las naves queda atascada en alguna zona del desierto marciano.

    En estas ocasiones, la decisión de cómo liberar la nave debe tomarse considerando cualquier posible consecuencia, ya que puede que no haya una segunda oportunidad y no se puede corregir en directo, ya que cualquier orden tarda bastante tiempo en llegarle.

    Aquí es donde entra en juego el equipo práctico, con el objetivo de buscar la mejor forma de liberar la nave. Para ello, recrean lo más parecido posible el lugar donde se ha atascado la nave, usando arenas y sustancias lo más parecidas posibles a las presentes en Marte, y sitúan la réplica de la nave en la misma posición.
    A partir de aquí, un exhaustivo trabajo de observación y estudio hasta dar con la forma de liberarla.

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    La primera vez que entró en juego este equipo fue con la Opportunity en 2005, y ahora vuelven a ser el centro de atención con el bloqueo que ha sufrido la nave gemela, la Spirit, desde principios de mayo.
    Para ello, se siguen barajando varias alternativas (la más considerada quizá, la que se usaría el propio brazo de la nave para elevarla un poco y que las ruedas traccionen).

    Por supuesto, las posibles decisiones son estudiadas con detenimiento para que la nave pueda seguir su camino por la superficie marciana mientras sus paneles solares se lo sigan permitiendo, aunque de momento gozan de una buena salud.

    Más información:

  • Visto en Microsiervos.
  • Información sobre las MER (Mars Exploration Rovers) en Wikipedia.
  • Página oficial sobre las misiones de las MER. (en inglés)
  • El equipo de Free Spirit. (en inglés)