Curiosidades sobre los astros, propuestas de observaciones sencillas, aspectos cotidianos pero poco conocidos, todo ello con un enfoque didáctico.

Mostrando entradas con la etiqueta Astronaútica. Mostrar todas las entradas
Mostrando entradas con la etiqueta Astronaútica. Mostrar todas las entradas

viernes, 31 de julio de 2020

Para ir a Marte hay que tomar el camino más largo

Ahora mismo (escribo esto el 31 de julio de 2020), una nave espacial viaja a Marte a una velocidad de más de cien mil km/h que va reduciendo lentamente, y dirigiendo su trayectoria sin ninguna maniobra, automáticamente, gracias a un genio que en su confinamiento a causa de la pandemia pudo encontrar las claves para este viaje hace ya más de 3 siglos. Lo hace con calma, con los motores apagados, sin que nadie tenga la necesidad de estar controlando su velocidad o la dirección que va tomando(*).

Después de que ayer fuera el centro de las miradas de millones de personas que vieron en directo su lanzamiento, de las comprobaciones nerviosas de los ingenieros y la tensión de muchos científicos que cruzaban los dedos para que todo saliera bien y no se frustraran sus proyectos de años, ahora viaja solitaria y sin atraer la más mínima atención sobre su marcha rutinaria.

Tras el lanzamiento, y una vez Mars 2020 dirigido hacia su destino, los ingenieros de NASA se relajan, e incluso uno de ellos coge su mochila y se retira con prisa.

Si quieres revivir el momento, puedes ver aquí el vídeo de aquellos minutos cruciales: 

Si. Ayer fue un día muy especial en la historia de la exploración espacial porque se produjo, después de algunas dudas y dificultades, el lanzamiento por parte de la NASA de la misión Mars 2020, entre cuyos objetivos está el de analizar la posibilidad de existencia de vida en Marte en un pasado, y recoger muestras que serán enviadas a la Tierra en futuras misiones. Algo que no se había hecho nunca y supone un hito en la investigación del planeta rojo.

Selfie del rober Curiósity en Marte. El Mars 2020 es gemelo suyo en cuanto a estructura, pero más ambicioso en cuanto a objetivos y recursos.

Puedes encontrar mucha información de todo eso en diferentes lugares, pero hoy me voy a centrar en el viaje y la manera de realizarlo, que aunque no tiene nada de novedoso porque ya han sido muchos los ingenios espaciales que lo han llevado a cabo de forma similar, sigue siendo desconocido por mucha gente.

Aquí comenzó la aventura

MARS 2020 no es la única misión al cuarto planeta que se ha lanzado en este año tan especial para el tercero, porque además de un frustrado proyecto europeo (Las agencias espaciales rusa FKA y la europea ESA debieron retrasar el suyo hasta 2022 por diversos problemas) también China e incluso Emiratos Árabes han enviado una nave hacia Marte. Los primeros la Tianwen-1 y los segundos la Mars Hope.

Dos aspectos muy diferentes han "marcado" a este año 2020

Lo aparentemente curioso es que los tres lanzamientos han ocurrido con solo 9 días de diferencia

No es que quieran rivalizar o quitar protagonismo a los otros. Es por eso de las ventanas de lanzamiento: un periodo no muy amplio de fechas en que es posible lanzar. Si por problemas técnicos o las condiciones meteorológicas no puede hacerse entonces, habrá que esperar hasta la siguiente "ventana", en este caso dentro de un par de años

Hay una circunstancia que suele citarse en muchos lugares, y que también estos días se ha repetido pero que, sin ser falsa, induce a error a quien la oye: "Cada poco más de 2 años la Tierra y Marte se encuentran a su mínima distancia. Toca este año 2020 y es el momento de lanzar naves a Marte. Si no se hace ahora habrá que esperar a 2022" . Incluso en algún medio se cometía un claro error de fechas: "... se tiene previsto que para finales de julio Marte se ubique a unos 58 millones de kilómetros de distancia de la Tierra, siendo este el punto mas cercano entre ambos planetas". No. a finales de julio se producen los lanzamientos, pero hasta octubre no se ubicará Marte en el punto más cercano.

La distancia entre la Tierra y Marte puede variar, redondeando, entre los 60 y los 360 millones de kilómetros (aproximadamente, y según los lugares que ocupen ambos planetas en sus respectivas órbitas, al mismo lado del Sol -cuando se dice que Marte está en oposición-, o justo a la parte contraria -Marte en conjunción-).

Como esa distancia hasta el final del viaje es tan variable, por lógica parece que lo mejor es que la nave espacial recorra el camino más corto (el de la figura 1 del siguiente gráfico), y así llegaría antes y gastaría menos combustible. Pero NO es así.

Paradógicamente todas las naves lanzadas estos días recorrerán casi el camino más largo, el único posible con la tecnología actual, y así ahorrarán combustible.


Parece que el mejor itinerario es el de la figura 1, y sin embargo hacen como en la 2, o de manera muy similar. La situación está simplificada, con órbitas prácticamente circulares. En el anexo se detalla más.

En principio la lógica parece decir que hay que realizar el lanzamiento cuando los planetas están próximos. Bueno, en este supuesto (quien sabe si en un futuro será posible) en realidad habría que lanzar después de que la Tierra y Marte estuvieran en su punto de mayor proximidad (después de la oposición de Marte que será el 14 de este próximo octubre, como se muestra en la figura 1) para dar tiempo tanto a la nave como a Marte a coincidir en el punto de encuentro. Pero como digo esto es una lógica falsa y actualmente inviable

La prueba es que los lanzamientos se han producido casi 3 meses antes de la oposición marciana, según el esquema de la figura 2, cuando Marte todavía está más adelantado en su órbita que la Tierra, porque hay que darle ventaja de cara a que el planeta rojo, más lento, llegue al mismo punto y en el mismo momento que la nave. Esa "ventaja" debe ser la justa para que se encuentren (ya que la velocidad de la nave está determinada y apenas se puede modificar), y por eso la ventana de lanzamiento es estrecha.

Con la tecnología actual habría que cargar tanto combustible para ese corto viaje de la figura 1 de “solo” 60 millones de kilómetros, que el peso de la nave haría prácticamente imposible su despegue. Además hay otra circunstancia que desaconsejaría esta opción, porque el mayor impulso inicial que se le puede dar a una nave que abandone las proximidades de nuestro planeta ese el que le da la propia Tierra por su movimiento de traslación, y en ese supuesto lo haría en dirección perpendicular.

Pero... ¿Cómo puede hacer el trayecto más largo, hasta un lugar 6 veces más lejano? Porque durante el mismo no se consume energía. Va con los motores apagados, “empujada por Newton” como algunos dicen de manera figurada.

En realidad, usan la energía gravitatoria del Sol, lo mismo que todos los planetas, asteroides y cometas que se mueven alrededor de nuestra estrella y que tampoco tienen motores para recorrer sus órbitas.

La clave es que cuando la nave abandona la Tierra debe ser colocada en la dirección y velocidad precisa que tendría un supuesto asteroide (o un planeta) que tuviera una órbita elíptica con perihelio (mínima distancia al Sol) a 150 millones de km como la Tierra, y afelio (máxima distancia al Sol) 210 millones como Marte, como se recoge en el siguiente gráfico. 

La nave, después de recorrer la mitad de esa órbita, se debería encontrar con Marte, si el lanzamiento se ha realizado en la fecha adecuada. 


Un astro con una órbita de esas características tardaría unos 17 meses en completar su circunvalación al Sol, y como nuestras naves realizan solo la mitad del recorrido, llegarían en algo más de 8. Aunque esto, como todo lo anterior, se refiere a situaciones "medias" teóricas. De hecho las 3 naves ahora lanzadas tardarán algo menos en llegar. Si quieres más detalles, puedes seguir leyendo:

Los números que se han dado anteriormente son aproximados, y varían de una ventana de lanzamiento a otra. 

Por simplificar, hasta ahora se han supuesto órbitas circulares concéntricas. Pero la de Marte es algo excéntrica y aunque sigue teniendo un aspecto similar a una circunferencia, el Sol está claramente apartado del centro, con lo que al considerar las órbitas del tercero y cuarto planeta, dan la impresión de ser dos círculos no concéntricos. Ello hace que varias circunstancias relacionadas con nuestro tema, sean variables. Así mismo se han simplificado algunos aspectos, que quizás convenga precisar:

1- Concretamente las órbitas están colocadas como se indica en el siguiente gráfico, y en principio la longitud de la trayectoria que sigue la nave y la duración  teórica del viaje varían entre la dos que se han representado en él:


Por ello si se pudiera lanzar a finales de febrero el recorrido sería más corto. Pero las ventanas de lanzamiento están condicionadas por lo dicho antes respecto a la posición de Marte en cada fecha.

 Además hay que decir que éstas serían las órbitas de menor gasto energético (llamadas órbitas de transferencia de Hohmann) pero, como se aclara luego, en la práctica se modifican más o menos ligeramente.  

2- Aunque refiriéndose a los momentos de mayor proximidad de los dos planetas se suele hablar de dos años, en realidad la media son unos 780 días (poco menos de 2 años y 2 meses). En este tiempo la Tierra da  2.14 vueltas alrededor del Sol y Marte unas 1.14 vueltas. Por eso al cumplirse este periodo de tiempo las posiciones relativas se repiten, entre ellas el máximo acercamiento: aunque ésta es una clave errónea en el tema, tal como se ha dicho. En realidad para establecerse una nueva ventana de lanzamiento lo que debe repetirse es la elongación de Marte, que le dé la  "ventaja justa" para coincidir con la nave en el punto de encuentro, pero en ésto lógicamente el periodo entre una y otra es el mismo.
Recorrido aproximado de la Tierra y Marte en 780 días, entre dos oposiciones del planeta rojo intermedias entre su perihelio y su afelio.

Este periodo puede variar porque debido a la excentricidad de la órbita marciana no siempre las posiciones y las distancias son exactamente iguales, y oscila entre los 765 y 850 días.

3- Lógicamente en la práctica hay algunos detalles que se añaden a este viaje teórico, en diferentes momentos del mismo:

Después del lanzamiento de la Mars 2020 en el que se produjo el mayor gasto de energía para conseguir la velocidad de escape y salir al espacio, dio una órbita (bastante elíptica) alrededor de la Tierra acoplada aún al cuerpo del lanzador, durante la que se realizan comprobaciones y correcciones y en el momento en que, aproximadamente, sobrevuela el meridiano en el que sea medianoche un último impulso la coloca en la órbita adecuada alrededor del Sol.


¿Por qué deja la órbita terrestre en ese momento? Porque es cuando la dirección del movimiento es el adecuado, tangente a su nueva trayectoria elíptica alrededor del Sol, y cuando en el impulso se suman los efectos de la traslación terrestre y el que le da su dirección en la órbita.


De manera figurada podría decirse que ahí “Newton coge el relevo” y con la clave de la ley de la gravitación universal que descubrió durante su aislamiento en su pueblo rural de Woolsthorpe con motivo de la epidemia de peste bubónica de 1665, guía delicadamente la nave hacia Marte. Sin ruidos de motores, sin gasto de combustible, igual que nuestro planeta se mueve majestuosamente alrededor del Sol. 

(*) Bueno, ésto es la teoría que queda muy poética. En realidad los ingenieros controlan el viaje y le incordian a Newton de vez en cuando.

Lugar de Woolshhorpe donde Newton estuvo confinado y, según se dice, descubrió las claves que se utilizan en estos viajes.

Cuando en los primeros meses del próximo año estos viajeros interplanetarios lleguen a las proximidades de Marte deberán frenar para adecuarse a la velocidad del planeta rojo, y mediante diversas maniobras tomar tierra en su superficie o quedarse orbitándolo.

4- Durante el camino que yo lo he pintado plácido y perfecto, hay comprobaciones, pequeñas correcciones de rumbo, e incluso podría acelerarse la nave para que llegue antes, y esto se ha hecho algunas veces cuando éstas eran de pequeño tamaño. Pero con la envergadura (y por ello el peso) de MARS 2020 se requiere un gran gasto de energía y solo se utiliza en pequeña medida: Se puede programar en una órbita que se acerque a la posición de Marte algo antes, y con las maniobras de acercamiento necesarias pueda adecuarse a la dirección y velocidad del planeta rojo.

Así, aunque las 3 misiones citadas han sido lanzadas con muy pocos días de diferencia, las fechas de llegada están más distanciadas, y las trayectorias, que no se ajustan exactamente a la teoría de Hohmann, son ligeramente diferentes: 

Trayectorias que siguen las 3 misiones espaciales, con la fecha de lanzamiento y las posiciones de la Tierra y Marte en los momentos de comienzo y final del viaje. La que menos se desvía de la órbita de transferencia teórica (y por ello la menos complicada técnicamente) es la de Emiratos Árabes.


De todo esto, con más detalles y cálculos numéricos ya escribí otro artículo hace tiempo. Pero ahora, con los calores del verano, quizás sea más adecuado quedarse solo con la idea principal, algo aparentemente paradójico y que parece “casi mágico”, como tantas otras cosas relacionadas con los astros.

viernes, 29 de mayo de 2020

La ISS sigue de actualidad

Aunque muy recientemente he escrito sobre la Estación Espacial Internacional con motivo de los numerosos pasos que de manera continuada fueron visibles desde la península Ibérica hace justo dos semanas, estoy obligado a volver con ella a causa de dos viajes programados hasta allí con una diferencia de pocos días.

Uno porque es noticia a nivel mundial y otro por un tema personal.

Curiosamente en ambos casos los lanzamientos no se producen desde el cosmódromo de Baikonur, la mayor base espacial del mundo situada en la república ex soviética de Kazajistan, de donde parten la inmensa mayoría de los viajes (tripulados o no) a la ISS.

1- Desde Florida (USA)
Todo el mundo está pendiente estos días de la nave Crew Dragon, de la empresa SpaceX, en la que por primera vez van a viajar a la ISS dos astronautas gracias a la iniciativa del sector privado.  

Imagen simulada de como será el acople de la Crew Dragon con la  ISS

Ello hace posible que después de 9 años, y tras los gravísimos problemas que tuvieron los transbordadores espaciales, las tripulaciones de la Estación Espacial, o parte de ellas, puedan salir de suelo estadounidense y no dependan exclusivamente de las naves rusas Soyuz.
Los dos viajeros de la NASA, que no tendrán que orinar en la rueda antes del lanzamiento.

No me voy a extender en detalles porque mucho se ha publicado del tema, y solo enlazo este artículo de Daniel Marín, el mayor experto en astronaútica que yo conozco, donde se narra el proceso con profusión: "Así será el lanzamiento ..."

Todo estaba previsto para que los dos astronautas, Bob Behnken y Doug Hurley,  comenzaran su viaje el pasado miércoles día 27, pero las condiciones meteorológicas obligaron a aplazarlo hasta mañana sábado, siguiendo el mismo protocolo que se narra en el mencionado artículo.

Aunque la noticia es importante, para mí personalmente no lo era tanto como la otra que me tocaba de cerca, y de hecho no lo recogí en este blog. Y no lo habría sido si todo se hubiera producido como estaba previsto.

Pero con el cambio de planes mis expectativas y el interés por seguir los detalles mejoraron cuando mi colega Manu Arregi (autor del blog "El navegante", y quien me animó a abrir éste) se dio cuenta, y compartió, que  con la nueva fecha y si se cumplen todas las previsiones, tendremos un magnífico espectáculo desde toda la península Ibérica, pero especialmente aquí, en el norte de la misma, desde donde podrá verse el paso de la Crew Dragon, surcando los cielos mañana sábado en torno a las 23:17.

Pero eso no es todo.

- Solo 3 minutos antes (a las 23:14) la ISS tendrá un paso muy llamativo, casi con la misma trayectoria.

- Conviene seguir mirando el movimiento de ambas porque poco más de un minuto después de pasar por su punto más alto (en las horas indicadas) se eclipsarán al entrar en la sombra de la Tierra y desaparecerán como por arte de magia.

Incluso poco antes del eclipse de la ISS podrían verse las dos simultáneamente en nuestro cielo, aunque en zonas muy separadas. Yo no voy a mirar aún a la Crew para no perderme el eclipse de la ISS.

Si se volviese a suspender el lanzamiento o modificar la hora prevista, lo de la ISS se verá igual pero claro, nos quedaremos como bobos mirando al cielo esperando a la Crew Dragon, como me ocurrió el miércoles, cuando las previsiones eran de que con suerte la veríamos desde aquí muy muy débil junto al horizonte y desde el resto de la península no se hubiera visto nada.

La mejor situación la tenemos los del norte, donde los pasos serán casi cenitales, con la Crew Dragon brillando tanto como las estrellas más brillantes del cielo en esos momentos (Arturo o Vega), y la ISS ¡con magnitud -3.7! Por ejemplo, esta es la previsión de Heavens-Above.com para Bilbao:



Pongo a continuación los gráficos para otros lugares con títulos redundantes para una mejor comparación rápida.

Cuanto más al sur la altura y el brillo de ambas será menor. Por ejemplo en Madrid:


Desde el Este de la península, el eclipse de la Crew Dragon (y también de la ISS, pero ésta no es ahora la protagonista aunque brille mucho más) se producirá más cerca de la máxima elevación que alcance en su trayectoria, lo que, en mi opinión le dará una mayor espectacularidad. En Valencia por ejemplo:


O en Barcelona:


Resulta significativo que en Lleida, solo a unos 100 km al Oeste de Barcelona, el eclipse de la Crew Dragon se produce un poco más hacia el este en el cielo y por tanto un poco más alta (cerca de la estrella Dubhe de la Osa Mayor), pero lo suficiente para que se vea mucho más brillante (con magnitud 0.5),  

Aunque ahora no se puede viajar fuera de la provincia por la pandemia, ya le propondría un imaginario cambio a algún colega catalán, y sacrificaría un poco de brillo a costa de ver el eclipse algo más alto que en Bilbao y cuando está incrementándose el brillo.

Desde el sur de la península, la observación será más difícil porque ambas circularán a baja altura sobre el horizonte, aunque hay algunas buenas referencias que pueden ayudar. En Sevilla ésta será la situación:

Si desde allí la bruma del horizonte no impide ver la constelación de Casiopea (esa que tiene forma de doble uve y que estará situada justo sobre el horizonte norte), no habrá ningún problema en localizar a la Crew Dragon cuando pase por esa zona, pero un poco más alta, con un brillo similar a alguna de sus características 5 estrellas principales que forman la W. 

En caso de que Casiopea no se vea, será mucho más fácil localizar a Deneb de la constelación del Cisne (esa estrella que destaca sobre le horizonte NE), fijarse en la zona porque desde nuestra perspectiva hacia allí se dirigirá la nave y cuando esté a punto de llegar se producirá el eclipse.

Y si Deneb tampoco se localiza fácilmente, será mucho más fácil encontrar primero a la brillante Vega, como referencia, y luego a Deneb que está cerca. 

Trayectoria de la Crew Dragon sobre el horizonte de Sevilla, antes de eclipsarse


Apuntando con prismáticos primero hacia Casiopea (justo a las 23:17) y luego hacia Deneb (un minuto más tarde) no debería haber problema.

En todo caso, la trayectoria de la ISS tres minutos antes, mucho más brillante y muy similar (la Crew Dragon se moverá casi paralela pero un poco más baja) será de gran ayuda para fijar de manera precisa el escenario.

Bueno, pues eso, que aprovechando que parece que todavía no vienen las nubes, que con estas temperaturas elevadas apetecerá estar en la calle a esas horas y mucha gente estará mirando la Luna (e incluso Mercurio que se habrá visto hasta unos cuantos minutos antes, tal como cuento en el anterior post), puede ser un bonito espectáculo.

Lo único que falta es que también en la zona de lanzamiento, en Florida, la meteorología sea adecuada y no haya una nueva cancelación que modifique todas estas previsiones. 


----------------------

Actualización el 31-5

Hubo suerte y excepto en la zona más meridional, desde la mayoría de los lugares de la península pudieron verse ambos pasos.

Dos imágenes con parte de la trayectoria de la ISS y la Crew Dragon, sobre el fondo estrellado, desde el centro de Bilbao, con mucha contaminación lumínica. La diferencia de brillo entre las dos queda patente y las fotos sirven de comparación:

La Estación Espacial


La Crew Dragon casi en el mismo campo estelar. en la constelación de la Corona Boreal.
 A pesar de aumentar la exposición no es fácil distinguir la trayectoria al primer vistazo. Pero, como siempre que se obtienen estas imágenes con una única toma, hay que decir que el brillo del satélite respecto al de las estrellas que aparecen  en la foto fue mucho mayor que el que aquí se ve porque éstas acumulan luz durante los largos segundo de exposición y la Crew Dragon no.

Pongo también un vídeo de la ISS. Es la parte final del paso por el cielo de Bilbao, cuando ya estaba muy baja y débil, pero quise captar el eclipse. A la derecha, como referencia, aparece una palmera. 

La calidad no es buena y está grabado con mi móvil nuevo que todavía no controlo bien, pero es testimonial, incluso con algún diálogo que no viene a cuento con quien siempre está dispuesta a ayudarme en estas cosas, que fue quien realizó la tarea simultánea de obtener las imágenes anteriores.

Si quieres apreciar algo, debes ponerlo en pantalla completa.


Actualización 2-6

La ISS sigue pasando por delante de mis ventanas (hasta pasado mañana en que acaba este ciclo vespertino para Bilbao) y ahora estos pasos se me hacen mucho más atractivos después de que llegaran allí estas dos últimas misiones con sus preciadas cargas.

Anoche la ví pasar muy cerca de la estrella Spica de Virgo, y se me ocurrió fotografiarla de otra manera: exposiciones continuas de 0.5 segundos (tiempo que tengo intención de reducir en el paso de hoy) y un montaje GIF que da una imagen mucho más clara y espectacular que las anteriores. ¡Lástima que no se me ocurriera este pasado sábado!

 Spica está cerca del centro de la imagen, y al principio se la aprecia justo en el borde de la nube cuando se acerca la ISS, que a pesar de estar detrás brilla lo suficiente como para verse claramente. Mientras pasa la Estación Espacial la estrella queda oculta en gran medida por esa ligera nube.

----------------------


2- Desde Japón

He estado a punto de comenzar con este apartado porque, aunque es lo que a tí menos te importe, esto es un blog personal y para mí es mucho más interesante e incluso emotivo.  

El paso de la ISS del martes día 26 (que se aprecia justo, justo y en no muy buenas condiciones en este vídeo que tomé desde casa) aunque muy bajo y débil, para mí ha sido el más emocionante desde que la sigo, hace mucho tiempo, cuando en el camping poníamos las sillas en plan tribuna para verla toda la familia y esperábamos ansiosos hasta que aparecía.


Han pasado más de 20 años de aquello y desde el lunes la Estación Espacial lleva un accesorio nuevo, donde parte de la electrónica (la tarjeta de la foto) ha sido diseñada por David, mi hijo mayor.

La empresa Satlantis, ubicada en Leioa-Bizkaia, y dirigida por la ex ministra Cristina Garmendia ha fabricado una cámara de muy alta resolución y de peso muy inferior a otras de similares prestaciones, por lo que es ideal para observar la Tierra desde el espacio. Y parte de la electrónica la encargaron a SoCe, donde trabaja David.


El miércoles día 20 fue lanzada desde Japón por la agencia espacial JAXA y ya se encuentra en la ISS a la espera de que sea colocada en el módulo nipón Kibo. 
El cohete lanzador, con su carga en la zona superior, poco antes del despegue

La empresaria Garmendia presume diciendo que "hemos vendido una cámara a los del país de las cámaras", aunque a mí lo que me motiva es que parte de ella la ha diseñado mi hijo.

miércoles, 13 de mayo de 2020

La Estación Espacial en sesión continua

El mejor escenario, CÁCERES.

Este artículo es bastante más técnico de lo habitual, incluso el segundo anexo puede ser “repelente” para quien odie las matemáticas o no le apetezca seguir razonamientos geométricos y además no viva en Cáceres. En cualquier caso, la primera parte sigue siendo adecuada “para todos los públicos” y propone unas observaciones atractivas y muy sencillas incluso desde las ventanas.

Seguro que a algunos de nosotros nos ha ocurrido en alguna ocasión: Estamos mirando al cielo estrellado y vemos un punto muy brillante que se mueve. No parece un avión porque se ve solo una luz blanca, fija, y no el característico par de luces intermitentes roja y verde.

Como muchos ya sabéis, se trata de la Estación Espacial Internacional (ISS según las siglas en inglés) el satélite artificial de mayor tamaño con diferencia (nada menos que unos 100 metros), y el único que está habitado de manera continua desde noviembre de 2000 por varios astronautas. (La estación rusa MIR ya reentró y se desintegró en la atmósfera hace años igual que la china Tiangong-1, mientras la Tiangong-2 y otras estaciones anteriores solo han sido vistadas por astronautas durante breves periodos)

La Estación Espacial Internacional, y las trayectorias de sus 5 pasos visibles en la noche del próximo viernes al sábado en 39.5N 7W

Ver un paso de la ISS cerca del cenit es impresionante. Tanto por su rápido desplazamiento como porque en ocasiones llega a alcanzar la magnitud -4, y por ello en muchos de los pasos será el objeto celeste más brillante del cielo si no está la Luna ni Venus en su máximo brillo, sobre todo una vez que recientemente la flotilla de satélites Iridium que emitían breves destellos hasta la magnitud -8 han sido sustituidos por otros menos reflectantes.

En Bilbao el pasado 5 de abril la ISS deja un trazo luminoso atravesando la constelación de Géminis, cerca de la brillante estrella Proción, durante unos segundos que estuvo abierto el obturador de la cámara.
Incluso desde el centro de una gran ciudad, y a pesar de la contaminación lumínica y la neblina se aprecia perfectamente.

Incluso en ocasiones cuando estamos siguiendo su majestuoso movimiento, casi de repente desaparece como por arte de magia al entrar en la sombra de la Tierra y dejar de recibir (y por tanto de reflejar) la luz del Sol, aumentando la espectacularidad de la situación.

Eclipse de la ISS cerca de la estrella Vega el 7-8-16 desde Araúzo de Torre. En un cielo oscuro es impresionante.

Ya me referí a estos temas en “Mi primer OVNI”, pero hoy quiero recoger una situación, en cierta manera excepcional que se va a producir estos días.

Porque habitualmente, en latitudes medias, en las fechas en que puede verse la ISS suelen apreciarse uno o dos pasos, bien al principio o al final de la noche pero, precisamente ahora, durante unos pocos días el número de pases visibles va a aumentar notablemente.


Este fin de semana de mediados de mayo de 2020, sesión continua.

Durante las noches entre el viernes 15 y el lunes 18 de mayo casi desde cualquier lugar de la península Ibérica podrán verse 5 (o incluso 6) pasos consecutivos con el clásico intervalo de poco más de 90 minutos de diferencia de uno a otro.

Como consecuencia de ello, también de manera excepcional, podrá verse la ISS en una misma noche tanto al principio como al final de la misma.

 Lógicamente en fechas próximas a estas también se verán varios pasos.

Tabla tomada de Heavens-above.com con los pasos para el centro de la península Ibérica (latitud 40º)

Ello es debido al acople entre la órbita del satélite y la línea día-noche, en fechas no muy lejanas al solsticio de verano en el hemisferio Norte, lo que hace que no entre en la sombra de la Tierra en ningún momento, ni siquiera en el paso más próximo a la media noche. Esto se repetirá a mediados de julio, y el hecho de que ocurra dos veces en un año es también excepcional. Como es un tema bastante técnico, lo explico en el anexo.

Se pueden encontrar todos los detalles de los pasos de la ISS desde cada localidad en heavens-above.com, (así como los datos actuales y exactos de la órbita), pero voy a recoger las situaciones especiales de este próximo fin de semana desde la península Ibérica, cuyo cielo es ahora el escenario del espectáculo.

Quienes viváis en el hemisferio Sur deberéis esperar hasta mediados de diciembre para encontrar una situación similar, aunque solo será visible el paso de medianoche desde latitudes entre 39ºS y 63ºS.

Antes de pasar a detalles más técnicos, quizás áridos, y para evitar que algún “afortunado” se lo pierda por dejar de leer ahora, voy a recoger la mejor situación que he encontrado rastreando diversas condiciones y lugares:

 Si vives cerca de Cáceres la noche del sábado 17 al domingo 18 será el “no va más” con 6 pasos visibles. Y la anterior casi mejor, con 5 pasos pero dos de ellos cenitales, con la ISS cruzando todo el cielo y pasando por tu vertical en su actuación más impresionante, como he dicho antes. Desde toda la península se verán buenos pasos, y desde varios lugares alguno cenital, pero dos y además en una misma noche, solo en esa zona privilegiada.

Allí el comienzo de los espectáculos cenitales es a las 23h y a las 5:30h, prácticamente en punto, que hasta en eso ha salido clavado. Vamos, que si uno creyese que “alguien” caprichoso controla estas cosas, ya sabría dónde ir a buscarlo.

Aunque desde toda la península se verán al menos 5 pasos durante las noches del fin de semana, este puede ser el mejor observatorio.

Al final del artículo vuelvo a Extremadura con más detalles.


Visibilidad de la ISS en general.

Para que la Estación Espacial Internacional pueda ser observada tiene que ocurrir que pase por la porción de cielo que se ve desde el lugar en que esté el observador de noche, pero de manera que le siga dando el Sol y pueda así reflejar luz, tal como se recoge en el gráfico que aparece un poco más abajo.

Por eso lo habitual es que se vea solo al principio o al final de la noche, ya que en las horas centrales de la noche (para el observador), cuando pase sobre la zona normalmente estará en la sombra de la Tierra

Debido a su movimiento de Oeste hacia el Este, mucho más rápido que la rotación de la Tierra, en los pasos vespertinos puede eclipsarse al entrar en la sombra terrestre y dejará de verse, mientras que el los matutinos puede acabar el eclipse estando sobre nuestro cielo con lo que se vería como “apareciendo de la nada” y luego seguiría su trayectoria hasta ocultarse por el horizonte. En el siguiente gráfico la ISS, que es visible tanto desde los puntos B, C o D, está a punto de eclipsarse:

Tanto en el punto B, como en C o D ya se ha puesto el Sol y en ese momento se ve la ISS, aunque en B con cierta dificultad por ser aún el crepúsculo. En el punto A no se verá porque es de día. Desde el punto C se verá la ISS en el cenit en ese momento.

Precisamente una de las claves para que este fin de semana se vean tantos pasos es que se dan ciertas condiciones para que no llegue a eclipsarse durante el recorrido que es visible desde determinados lugares, o en realidad durante toda su trayectoria por encima del ecuador.

En cada paso de la ISS su magnitud (el brillo) con que la vemos varía mucho según la altura que vaya alcanzando. Por un lado debido al fenómeno de extinción que sufren todos los astros cerca del horizonte por el efecto del mayor espesor de la capa de atmósfera que debe atravesar la luz y su consecuente debilitamiento.

Además en este caso su distancia cambia enormemente desde poco más de 400 kilómetros cuando pase por el cenit justo encima nuestro (punto C del gráfico anterior), hasta más de mil kilómetros cuando la vemos cerca del horizonte (punto D del gráfico anterior).

Por ello suele considerarse visible solo si al menos parte de su trayectoria se sitúa por encima de los 10º de altura sobre el horizonte, lo que da un campo de visibilidad en un círculo de radio ligeramente superior a los 1300 kilómetros alrededor del punto de la Tierra que en ese momento tiene a la ISS en su vertical, tal como se deduce en este gráfico:


Esto da un círculo de visibilidad de más de 2650 km de diámetro que, para hacerse una idea de su tamaño, incluiría toda la península Ibérica y la Gran Bretaña, de manera que podría verse la ISS tanto desde el peñón de Gibraltar como desde la costa norte de Escocia en el momento en que sobrevolara el punto medio entre ambos lugares. 

Además, aunque el Sol esté bajo el horizonte, en la fase del crepúsculo en que el cielo está suficientemente brillante tampoco se verá. Suelen considerarse visibles los pasos que ocurren cuando el Sol está por lo menos 5º por debajo del horizonte.

Aunque estos criterios pueden ser relativos, son los que actualmente maneja de manera rigurosa el citado programa Heavens-Above, que es la referencia más utilizada en estos temas, si bien es posible que en otras aplicaciones varíe algo porque a veces habría que matizar y tener en cuenta conjuntamente los dos criterios ya que, por ejemplo, un paso con el Sol a -4º que transcurra cerca del cénit es muchísimo más fácil de apreciar que otro en que el Sol esté a 6º pero la ISS pase a solo 15º de altura. Pero en la lista de pasos visibles aparecerá solo el segundo de ellos. 

 

Situaciones generales según la latitud

Como la órbita de la ISS tiene una inclinación de 51.4º nunca se verá en latitudes superiores 63.6º tanto Sur como Norte, ya que los citados 1333 km corresponden a 12º.

Las zonas de no visibilidad son ligeramente mayores que los círculos polares (solo 3º más) pero no tienen nada que ver con ellos, y cuando hace años el brillo de la ISS era menor antes de completarse su montaje, se consideraban estas zonas mucho más amplias ya que se tomaba una altura mínima de 20º

Sobre un gráfico de Heavens-Above.com con la órbita de la ISS, se han añadido algunas indicaciones.

La forma de la línea día-noche varía mucho según la estación, y la del gráfico corresponde a mediados de agosto o finales de abril. También su posición relativa respecto a la órbita de la ISS va cambiando, y ambos factores son la clave para la situación excepcional de este próximo fin de semana.

En la situación del gráfico, por ejemplo, a pesar de que Irlanda está dentro de la zona en que la ISS aparecería por encima del horizonte, en ningún lugar de esa la isla es visible porque es de día, o es el comienzo del crepúsculo y el cielo está aún muy brillante.

Sí sería visible desde el Noroeste de la península Ibérica, porque allí ya es noche cerrada.

Aún dentro de la amplia zona donde la ISS puede ser visible en alguna ocasión, las condiciones son muy variables y dependen de la proximidad al solsticio o equinoccio y de la latitud.

A- Una situación habitual (pero no siempre) para latitudes medias (40º o 45º) sería ver uno o dos pasos al principio de la noche durante unos 20 o 25 días seguidos, luego unos días en que no es visible y luego otro periodo similar en que se ve de madrugada.

El ciclo completo actualmente dura aproximadamente 2 meses y como referencia, cuando en ocasiones se adecua al comienzo de los meses podría decirse que durante unas 3 semanas de un mes concreto (por ejemplo un mes par) se ve por la mañana y en el siguiente mes (los impares) por la tarde. Pero esto va cambiando y en la actualidad los periodos de visibilidad están acaballo en dos meses.

Según se acerca el solsticio de verano los pasos se hacen más numerosos, se verán 3, 4, o hasta 5 o 6, como ahora en que cubren toda la noche. Paradójicamente esto ocurre en el intervalo de fechas intermedias entre los periodos matutinos a los vespertino, y que en otra época del año no se ve ningún paso. De esta manera enlazan o se solapan ambos periodos, y este año 2020 desde mi localidad a 43ºN 3ºW ha habido pasos visibles todos los días desde el 28 de abril y se seguirán viendo hasta el 4 de junio, aunque quienes no hayan madrugado no los verán hasta el 15 de mayo.

De todas formas, como luego se explica, esta época fructífera con 5 o 6 pasos seguidos no tiene por qué producirse exactamente en el solsticio de verano, sino en fechas relativamente próximas a él con algo más de un mes de margen, como ocurre este año.

B- En general desde las latitudes más extremas de la zona de visibilidad (por ejemplo los 60º de latitud Sur o Norte) se ve durante menos días habiendo largos periodos de hasta un mes en que no se ve ningún paso y la situación de este próximo fin de semana (que se explica en el último anexo) también allí es favorable pero ninguna noche hay más de 3 pasos.

Lógicamente se la verá por la zona sur del cielo (en latitudes norte) o por el norte (en latitudes sur)

Desde latitud 60º N. Las alturas son todas muy pequeñas siempre, lo que unido a que en esta época el cielo está brillante toda la noche, no será fácil apreciarla

C- Aunque parezca paradójico, en las cercanías al ecuador los pasos son mucho más escasos, nunca se ve más de uno en un mismo día e incluso dentro de un periodo en que se vea por las tardes (por ejemplo), puede haber algún día intercalado en que no sea visible.

Además los pasos de los ciclos vespertinos a los matutinos son muy rápidos mientras que los contrarios son extraordinariamente largos.

Allí no importa la época del año, como es lógico porque no hay estaciones.




Antes de entrar en detalle, es conveniente hacer una aclaración para la mejor comprensión de los gráficos: En todas las imágenes en que se representan las órbitas de la ISS se hace sobre un mapamundi clásico, centrado en el meridiano cero, y sobre él se van moviendo tanto las sucesivas órbitas como la línea día noche. 

El hecho de que en los gráficos que proporciona Heavens-above aparezcan dos tramos de órbitas discontinuas (como en la cuarta imagen a partir de aquí) se debe a que durante los 93 minutos que han transcurrido de una órbita a otra la Tierra ha rotado. Como se deja fijo el mapa, hay que desplazar la posición de la siguiente órbita y surge la discontinuidad.

Otra opción más acorde con la realidad, que sería el dejar fija la órbita e ir desplazando el mapa, no es viable porque superponer dos mapas daría una imagen muy confusa, y solo sería posible mediante un vídeo.

Todos los pasos nocturnos visibles

Como dije al principio, el motivo de que estos próximos días se produzca una situación excepcional siendo visibles todos los pasos durante la noche, se debe a que la ISS no entra en la sombra de la Tierra durante toda su órbita. Para ello deben coincidir dos circunstancias y en ambas la clave está en las posiciones de la órbita de la ISS y la línea día-noche.

1- Sombra de la Tierra de altura inferior a la de la ISS por donde ésta transita, durante toda su órbita.

Dibujando ambas líneas en un mapamundi, la órbita siempre tiene la misma forma: una sinusoide centrada en el ecuador con valor máximo 51.6º que es la inclinación del plano orbital de dicha órbita y su periodo es 93 minutos. Pero la línea día-noche cambia mucho con las estaciones:

La órbita de la ISS y la línea día-noche en equinoccios, en plena primavera y en solsticio de verano (h.n.)
La posición relativa entre ambas se ha tomado al azar, y va cambiando como se explica en el siguiente apartado (2 . Así  también su posición respecto al mapa.

En los equinoccios la línea día-noche son dos rectas verticales y evidentemente en cada órbita la ISS la atraviesa, cada 46.5 min. entrando y saliendo de la sombra.

En primavera y verano en el hemisferio correspondiente es una curva, similar a un arco de sinusoide, dejando la zona polar por encima del máximo de la sinusoide por ser día perpetuo, mientras que en el otro hemisferio las zonas próximas al polo permanecen en sombra las 24 horas, con la llamada noche perpetua.

En el solsticio el máximo de la línea día-noche alcanza su valor más pequeño (66.5º) y llega justo al límite del círculo polar. En esas fechas es cuando la ISS tiene la mayor posibilidad de no entrar en la sombra. 

En superficie esto parece imposible porque su máximo (51.6º) es menor, pero a la altura de unos 400 km a la que viaja, la situación es diferente:

GRAFICO CLAVE: Situación en el solsticio de Verano con la órbita de la ISS en posición simétrica (acoplada) con la línea día-noche. 
En todos los casos la representación corresponde a una proyección perpendicular a la superficie terrestre.

En este otro gráfico recojo el cálculo de la altura de la sombra en esa situación, en el momento en que la ISS está sobre el punto de máxima latitud (51.6º)

Como la altura de la sombra en el máximo de la trayectoria de la ISS en el solsticio (220 km) es bastante menor que la altura del satélite (que actualmente, y concretando más, es de 418 km) no es necesario que el acoplamiento de las dos líneas (que se explica en el apartado 2) ocurra precisamente en esa fecha, sino que sería suficiente con que la declinación del Sol fuese mayor de 18.15º porque a partir de ese valor, DB es superior a esos 418 km, (como se obtiene con los mismos cálculos en sentido inverso), y ello ocurre entre el 13 de mayo y el 31 de lulio en el hemisferio norte, y en el sur del 15 de noviembre al 28 de enero. En esos intervalos de fechas podrá ocurrir que la ISS no entre en la sombra.

Estas fechas podrían variar un poco si cambia la altura de la ISS, que sufre continuas y lentas disminuciones por el rozamiento con la alta atmósfera y periódicamente encienden un motor y la vuelven a subir. Hace 12 años la altura era bastante inferior, del orden de los 350 kilómetros con lo cual el intervalo de fechas era más reducido

2- Coincidencia del máximo de la curva de la trayectoria orbital con el máximo de la línea día-noche sobre una misma abcisa (tanto en el tramo ascendente como en el descendente ambas líneas se cortan en el ecuador, como en el GRAFICO CLAVE): Lo que he llamado "acople". 

La posición relativa de ambas líneas no cambia casi nada de un paso a otro (La Tierra va rotando y respecto a un punto de la superficie terrestre ambas líneas se desplazarían casi a la vez). 

Pero, además, de un día a otro la órbita se desplaza unos 6º hacia el Oeste respecto a la línea día-noche: Aproximadamente 1º  por la traslación de la Tierra que desplazaría el plano que contiene la línea día-noche (360º en 365.25 días) y 5º porque la orientación del plano de la órbita de los satélites artificiales no se mantiene constante debido a que la Tierra no es totalmente esférica. En los satélites de órbitas altas esta “precesión nodal” es muy pequeña, pero en la ISS es exactamente de 4.942º cada día, hacia el Oeste.

Esta precesión nodal es el elemento clave de toda esta historia. Yo desconocía sus causas y su valor exacto, y me las ha proporcionado @itzalpean, un joven experto en el tema, a quien debo dedicarle el post.

Por ello las dos líneas se van desplazando poco a poco una respecto a otra y coinciden casi exactamente cada 2 meses (6º x 60 días = 360º)

 Desplazamiento de la órbita de la ISS hacia el Oeste respecto a la línea día-noche, en una semana.
Se han marcado como referencias los puntos de corte de ambas líneas con el ecuador. 
Elaborado con gráficos de Heavens-above.com

El "acople" entre las órbitas, y con ello el cumplimiento de la condición 2, ocurre precisamente este 17 de mayo, que está dentro del margen marcado por la condición anterior:  del 13-5 al 31-7.

Como este intervalo es algo superior a dos meses, que es el periodo al cabo del cual se vuelve a producir el “acople” de las órbitas, todos los años se dará esta circunstancia de no eclipsarse la ISS.

¡Pero este año 2020 al ocurrir ahora al principio del intervalo, ocurrirá dos veces! Concretamente el 17 de julio se repetirán las funciones. Aunque las localidades con mejor visión del espectáculo cambiarán.

Si la precesión nodal no existiese (si la Tierra fuese realmente esférica) el acople entre las dos líneas ocurriría siempre en la misma época del año, y como la probabilidad de que fuese cerca del solsticio de verano es pequeña, seguramente nunca se producirían las "sesiones continuas" como las de este fin de semana.


En la situación contraria a la actual, cuando las dos líneas están muy desacopladas como en la siguiente figura, es cuando se producen los periodos de varios días seguidos en que no se ve ningún paso, en todas las latitudes no muy cercanas al ecuador. 



El mejor lugar, Cáceres (39.5N 7W).

La visibilidad del paso más cercano a la medianoche solo es posible en una latitud superior a 38.64ºN (51.64º-12º), y si se apura apenas podrá observarse muy bajo en el horizonte. En localidades del Sur de la península la noche del 17 al 18 es visible un sexto paso, ya en el crepúsculo matutino, pero no en todas las longitudes porque en las zonas más orientales a esa hora ya es casi de día y no se verá. 

Moviéndonos más hacia el Sur podríamos ver un paso más porque la noche es más larga. Precisamente Cáceres entra justo en el norte de esa zona donde pueden verse 6 pasos, y en el Sur de la zona donde se ve el de medianoche.

Más de 6 pasos no pueden ver ahora desde ningún lugar, por esos motivos. Tampoco en otras fechas más alejadas del solsticio de verano en que la noche sea más larga, porque nos salimos del intervalo en que la ISS no entra en sombra. Las coincidencias, ahora y en esta zona han sido determinantes.

Ya me hubiera gustado hacer una escapada y realizar una visita “interesada” a algún amigo que vive por allí,

Por lo tanto al estar limitada la latitud por el Sur (para ver el paso de medianoche) y por el Norte (para poder ver 6 pasos) y el Este para que incluya el paso del alba, queda una estrecha franja con 6 pasos visibles. Recorriéndola y analizando todos los pasos de estos días, hay una zona reducida (en la provincia de Cáceres) donde casualmente se da la circunstancia de que dos de los pasos de la noche anterior serán prácticamente cenitales, lo cual también es excepcional.

Datos para la ciudad de Cáceres.
Moviéndose hacia el Oeste, a mitad de camino con la frontera con Portugal, los dos pasos son de 90º

Esta circunstancia de dos espectaculares pasos cenitales en una noche puede darse solo cuando (como ahora) son visibles pasos vespertinos y matutinos.

El primero de ellos ocurre al principio de la noche cuando la ISS está subiendo de SW hacia NE y otro al final cuando va bajando de NW hacia el SE, dejando tres pasos entre ellos de los que el central, el que tiene la clave en toda esta historia por pasar sobre el punto de máxima latitud a mediodía sin sumergirse, lógicamente aparecerá cerca del horizonte norte.

Dos pasos cenitales solo ocurrirán en un determinado lugar, donde se crucen la vertical de dos trayectorias de diferentes pasos de la ISS tomando como referencia la posición de nuestro planeta en movimiento. Por ello el ámbito geográfico donde pueden verse dos de estos pasos se reduce a una zona muy pequeña (teóricamente a un punto, que en este caso está situado entre las localidades cacereñas de Herreruela y Salorino). 

Podría buscarse otro lugar desde donde fueran cenitales otros dos pasos, (por ejemplo dos pasos contiguos o separados solo por uno o dos de ellos) pero no se verían tantos pasos porque tendríamos que viajar a latitudes muy septentrionales, donde la noche ahora es más breve. 

El tema de la coincidencia con las horas redondas (a "en punto" y a "y media" clavadas) en que aparece la ISS en ambos pasos cenitales, eso ya es una tremenda casualidad que buscando un motivo habría que recurrir “en broma” a la magia de esa zona llena de reminiscencias históricas y cerezos.