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

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lunes, 10 de enero de 2022

Lucy y los asteroides troyanos

Continuando con el tema del post anterior que recogía la visita de un ingenio espacial a puntos de equilibrio gravitatorio, hoy es el turno de la sonda Lucy, lanzada el pasado mes de octubre y cuyo objetivo es visitar 6 asteroides (dos de ellos binarios) y 5 de los cuales son muy especiales no solo porque parecen ser de diferentes tipos y procedencia sino por su ubicación también en torno a dos puntos de equilibrio gravitatorio a causa de lo cual se les llama troyanos.

Lanzamiento de Lucy y recreación de su llegada a uno de los asteroides binarios (NASA)

Se trata de unos asteroides que se encuentran en la misma órbita de Júpiter, moviéndose casi al unísono con el quinto planeta, aproximadamente 60º por delante y por detrás de él en las cercanías de los denominados puntos de Lagrange L4 y L5, lugares de estabilidad gravitatoria de manera que un objeto o astro pequeño que se ubiqué allí, permanecerá en ese mismo lugar debido a la atracción gravitatoria conjunta del Sol y el planeta. A diferencia de los otros 3 puntos de Lagrange, de los que trata el post anterior, en este caso si por cualquier otra interacción se desplazase de ese punto, nunca se alejará demasiado y quedará en sus inmediaciones circunvalando dicho punto

Situación de los puntos de Lagrange L4 y L5, en cuyos alrededores se encuentran los asteroides troyanos.

En 1906 el astrónomo alemán Max Wolf descubrió el primero de ellos. Era el asteroide nº 588 y se movía muy lento, más que ningún otro asteroide conocido, por lo que en aquel momento era el más lejano; y cuando se calculó su órbita se comprobó que estaba a la misma distancia del Sol que Júpiter y se movía 60º por delante de él, formando los tres astros un triángulo equilátero, en el mencionado punto L4. Se le llamó Aquiles, un nombre masculino como correspondía por tradición a los asteroides de órbita extraña o fuera del cinturón principal (por ejemplo al 433 se le había llamado Eros porque se salía del cinturón de asteroides, en ese caso por dentro)

Aunque la situación pudiera parecer sorprendente, compartiendo órbita con Júpiter, ya un siglo antes Lagrange había calculado esos puntos como lugares de estabilidad gravitatoria

El mismo año del descubrimiento de Aquiles se encontró otro asteroide que se movía también en una órbita muy similar a la de Júpiter pero 60º por detrás (en L5) al que se le llamó Patroclo, el amigo de Aquiles en la guerra de Troya.

Representación de Aquiles y Patroclo, sobre los que hay una curiosa controversia (aunque no venga a cuento) respecto a que si eran amigos o amantes. Como en la Iliada solo hay indicios de una u otra situación, no creo que tenga sentido el debate porque son personajes imaginarios.

En los años siguientes se descubrieron otros dos asteroides situados en lugares próximos a Aquiles, que fueron nombrados Héctor (del bando troyano) y Néstor (del bando griego de Aquiles y Patroclo). Actualmente se conocen muchos más y se piensa que quizás pudiera haber cerca de un millón, tantos como en el cinturón principal entre Marte y Júpiter, siendo los que preceden a Júpiter (en L4) casi el triple que los que le siguen. (En L5)

Para los mayores, a los que se les ha dado nombre propio, se han elegido personajes de la guerra de Troya, de donde les viene el nombre genérico: los que están en las proximidades de L4 se designan con nombres de personajes griegos que participaron en aquella guerra, mientras que los que están en L5 con personajes troyanos. Patroclo y Héctor nombrados previamente a establecerse este criterio suponen las únicas excepciones de infiltrados, y casualmente en el relato de la Iliada los cuerpos de ambos personajes quedaron en el bando contrario después de morir.

La entrada del caballo a Troya (G. D. Tiepolo). Los personajes de la guerra de Troya, al igual que los de muchos otros relatos de la Grecia clásica, han servido para nombrar numerosos astros.
En cuanto al origen de los asteroides troyanos de Júpiter, según unos recientes estudios sobre la densidad de Patroclo y otro asteroide satélite suyo, parece ser que no son rocosos como los del cinturón principal, sino núcleos cometarios de hielo procedentes del cinturón de Kuiper que han quedado capturados en los puntos de Lagrange, y se especula con que éste sea el origen de todos o la mayoría de los troyanos de Júpiter. Lucy ayudará a saberlo.

- La configuración troyana en los puntos L4 y L5 no es exclusiva del sistema Sol-Júpiter, y desde hace unos años se conocen otros casos, entre los que se pueden citar:

- Dos satélites de Saturno tienen troyanos: Los también satélites Calipso y Telesto giran en la órbita de Tetis en sus puntos L4 y L5, y en esos mismos puntos de la órbita de Dione se encuentran el satélite Helene y Polydeuces (o Polux)

Montaje con las imágenes de Saturno, Tetis, Calipso y Telesto

- Marte tiene varios, siendo 5261 Eureka el más destacado.

- También en la órbita de Urano se han descubierto varios troyanos: 2001 QR322,  2011 QF99,..

- También la Tierra tiene al menos un troyano: 2010 TK7  

Si curiosa es la norma utilizada en el nombramiento de los troyanos de Júpiter y las excepciones casuales de Patroclo y Héctor, no lo es menos otra circunstancia, también totalmente casual, que se da considerando los últimos descubrimientos; y es que el primer astro diferente de Júpiter al que se le descubrieron troyanos es Tetis, que en la Iliada era precisamente la madre de Aquiles, el primer troyano descubierto. Esto es también una pura casualidad ya que Tetis fue nombrado mucho antes de descubrirse Aquiles, y éste fue nombrado mucho antes de descubrirse los “troyanos” de Tetis.

Tetis entrega a su hijo Aquiles una armadura

Volviendo a la misión Lucy, es curioso constatar su recorrido: tras el lanzamiento volverá a aproximarse en dos ocasiones a la Tierra para ganar energía en sendas asistencias gravitatorias y se dirigirá luego hacia L4, acercándose durante el camino al asteroide del cinturón principal Donaldjohanson. Después visitará a los griegos Eurybates, Polymele, Leucus y Orus durante 2027 y 2028, volverá luego a la órbita terrestre y en 2033 se dirigirá a L5 para visitar a Patroclo

Recorrido de Lucy en su visita a  los asteroides troyanos. Las diversas posiciones de Júpiter corresponden a la situación del planeta cuando Lucy llega a cada uno de ellos.

A pesar de que los dos grupos de asteroides están separados por 120º, debido al intervalo de 5 años entre las dos visitas, Patroclo ocupará, cuando sea visitado, la misma zona en que estaban antes los otros, y en ambos viajes Lucy se dirigirá a la misma zona. Es imposible, pero si pudiera quedarse allí esperando, se ahorraría mucho camino.

 


ORBITAS TROYANAS EN FORMA DE GOTA


Aunque se dice en general que estos asteroides troyanos están en los puntos L4 y L5, lógicamente no pueden estar todos apelotonados situados exactamente en esos puntos, sino que oscilan en torno a ellos siguiendo unas trayectorias relativas en forma de gota o de lágrima como las de la siguiente figura, aunque con diversa amplitud y tamaño:

A diferencia de los puntos L1, L2 y L3 que aparecieron en el artículo anterior, L4 y L5 son estables y aunque un asteroide aparezca separado de uno de esos puntos, trazará trayectorias en torno a él, en principio sin alejarse definitivamente.

Hay que insistir en que estas trayectorias, que tienen forma de gota o de lágrima, son relativas a la posición de Júpiter parando el movimiento del planeta alrededor del Sol, y que en realidad cada asteroide troyano tiene su órbita elíptica habitual en torno al Sol, que va modificándose ligeramente por la influencia gravitatoria del planeta. Estas modificaciones van trazando la trayectoria de gota.

Las flechas azules en las dos trayectorias de gota no indican la dirección del asteroide alrededor del Sol, sino la evolución de su órbita y posición respecto a Júpiter y al punto de Lagrange.

 ¿Por qué realizan esos extraños recorridos?


Si un asteroide está en las proximidades de L4 se mueve delante de Júpiter. Si a causa de una interacción gravitatoria pasara a una órbita ligeramente exterior (posición A) o simplemente partiendo de esta posición inicial, al estar más alejado del Sol que Júpiter se moverá más despacio por lo que poco a poco se irá acercando al planeta hasta la posición B. Allí Júpiter lo atrae con lo que lo frena y le hace caer a una órbita más interior que es más rápida y por ello paradógicamente se volverá a alejar de Júpiter pasando al punto C junto a L4. Pero una vez sobrepasado L4 (donde con un ángulo de 60º habría estabilidad gravitatoria) la atracción conjunta de Júpiter y el Sol le hace ir aumentando su distancia al Sol de manera que al pasar por D y alejarse más que la órbita de Júpiter, vuelve a moverse más lento que éste y llega nuevamente al punto A, completando la trayectoria de gota y repitiéndose el proceso que puede durar unos 150 o 200 años, según la posición de partida o el tamaño de “la gota”

De manera similar ocurre con un asteroide cercano a L5, que se encuentre por ejemplo en el punto E: se acerca por detrás a Júpiter, éste lo acelera en F haciéndolo salir a una órbita más externa que será más lenta y lo hará pasar por G y H hasta completar el recorrido en E.

Analizada en detalle la situación es más compleja:

Estas trayectorias de gota son solo una primera aproximación sin entrar en detalle. En realidad las órbitas de los troyanos difieren de la de Júpiter, tanto en su excentricidad como en la posición de los nodos o inclinación del plano orbital. El semieje mayor (el tamaño de la órbita) ya se ha visto que va cambiando, siendo inferior al de Júpiter durante un largo periodo (de B a D pasando por C) y luego es mayor (de D a B pasando por A), todo ello si está en las cercanías de L4.

Teniendo en cuenta estas órbitas, durante los casi 12 años que tardan en completarlas, la posición respecto a Júpiter también va cambiando; y dejando al planeta en una posición fija, el asteroide trazará un bucle:

En el siguiente ejemplo un asteroide cercano a L4 estaría en el punto 1, siendo el semieje mayor del asteroide (el tamaño de su órbita)  algo más grande que el de Júpiter y por ello será algo más lento, completando su vuelta después que Júpiter:


En 1 está cerca del afelio, por fuera de la órbita joviana. De 1 a 2 va más lento y por eso en la órbita relativa se mueve hacia atrás. De 2 a 3 atraviesa la órbita de Júpiter y se vuelve más rápido que el planeta: en la representación relativa cambia de sentido y atraviesa la órbita. En los alrededores de 3 alcanza su máxima velocidad al pasar por su perihelio, mayor que la del planeta y así en la representación relativa realiza un bucle. En 4 atraviesa la órbita hacia fuera y a partir de ahí volverá a moverse más lento. En 5 Júpiter ha completado su órbita pero el asteroide no, acabando el bucle más atrás que al comienzo, más cerca de Júpiter.

Se han representado de color amarillo y azul los siguientes bucles, cada uno de ellos de casi 12 años, y son consecuencia de la excentricidad de la órbita del troyano.

Cada uno de estos bucles comienza más cerca de Júpiter, hasta que se aproximan suficientemente, Júpiter le reduce la órbita, y se vuelve más rápido que el propio planeta, volviendo a separarse.

Lógicamente en un momento el tamaño de las órbitas y por tanto el periodo serán similares.

Una vez que el asteroide se va separando de Júpiter por ir más rápido, se produce la siguiente situación, razonando de manera similar al caso anterior:


Y cuando ya se ha alejado lo suficiente vuelve a salir a una órbita más externa como se dijo, y se completa el itinerario con forma de gota, que en realidad está formada por unos cuantos bucles.


Conviene recalcar que mientras que la trayectoria de gota es debido a las interacciones gravitatorias y como consecuencia las modificaciones de las órbitas de los asteroides, las que tienen forma de lazo se deben únicamente a posiciones geométricas derivadas de la segunda ley de Kepler.

martes, 4 de enero de 2022

El telescopio James Webb y los puntos de Lagrange

Casualmente dos de las misiones espaciales más destacadas lanzadas en el último trimestre de 2021 tienen algo en común: Los llamados puntos de equilibrio de Lagrange, conocidos por L1, L2, L3, L4 y L5.


La sonda Lucy, que fue lanzada el 13 de octubre, visitará asteroides situados en L4 y L5 de la órbita de Júpiter y el telescopio espacial James Webb que el día de navidad salió rumbo a los alrededores del punto L2 de la Tierra.

Situación de los puntos de Lagrange. Habitualmente se representan los 5 con un único astro, pero en este caso he utilizado los dos planetas para recoger la situación real en las dos misiones, aunque las órbitas no están proporcionadas, como tampoco la situación de los 3 primeros puntos en cuanto a su distancia a la Tierra, siendo solamente un esquema.


De las dos misiones citadas, hoy me voy a referir a la segunda que en orden de importancia y eco mediático debe ser la primera, y próximamente escribiré sobre Lucy y sus objetivos.

El telescopio espacial listo para su lanzamiento, junto a científicos y operarios que lo han hecho posible, y dan una idea de su envergadura. a pesar de tener el gran escudo térmico plegado, que por cierto hoy mismo, en el espacio, se ha extendido.

El James Webb es el telescopio espacial más ambicioso, que sustituirá al ya añoso Hubble, tiene una gran sensibilidad y resolución, observará en el infrarrojo y su capacidad será tal que podrá observar más lejos que ningún otro, lo que significará captar las primeras estrellas que se formaron en el universo y las primeras galaxias. La luz de los objetos más lejanos tarda mucho en llegar, por lo que es equivalente mirar lejos a mirar atrás en el tiempo.

Tiene otros muchos objetivos, que puedes encontrar en numerosos artículos o reseñas en la red y que junto a las vicisitudes del lanzamiento y otros temas técnicos mejor que yo lo puede contar el experto en astronáutica Daniel Marín en su blog Eureka, pero antes de nada hay que decir que el lanzamiento ha sufrido numerosos aplazamientos y se ha encarecido. Inicialmente se pensó en lanzarlo en 2007 y se hizo una estimación de un coste de 1600 millones de dólares, pero finalmente se ha lanzado 15 años más tarde habiendo sobrepasado los 9500 millones.

Lanzamiento del telescopio espacial por medio de un Ariane 5

Cuando llegue al punto L2 de la Tierra (un mes después del lanzamiento) no se quedará exactamente allí porque es inestable, sino que lo orbitará según una trayectoria contenida en un plano inclinado respecto a a la eclíptica.






Puntos de equilibrio de Lagrange

El lanzamiento de estas dos misiones son una buena excusa para hablar de los puntos de Lagrange:

Si tenemos dos astros el de menor masa girará alrededor del mayor siguiendo una elipse o, mejor dicho, ambos girarán alrededor del centro de masas. Pero si hay más de dos que interaccionen gravitatoriamente la órbita es muy complicada. En el caso de que sus masas sean muy diferentes, las órbitas casi circulares y el más pequeño gire también alrededor del mayor, el matemático franco-italiano Lagrange dedujo que existen 5 puntos donde se compensaban las atracciones de los dos mayores sobre el tercero, con la fuerza centrífuga de éste considerando un sistema de referencia que gire a la vez que los dos cuerpos mayores, de manera que se moverá alrededor del primero con la misma velocidad angular que el segundo, solidariamente con él.

Los 5 puntos de Lagrange

Para entender más fácilmente la mecánica de estos puntos en el sistema Sol-Tierra conviene recordar que prescindiendo de la atracción de la Tierra:

- Un objeto situado en órbita alrededor del Sol a una distancia del mismo igual a la de la Tierra, se movería a su misma velocidad.

- Si estuviera en una órbita más externa se movería más despacio, y si se ubicara en una órbita más interna lo haría más deprisa


Prescindiendo nuevamente de la atracción de la Tierra:

- Para que un objeto situado en una órbita más externa que el planeta se moviese a su misma velocidad angular, la masa del Sol debería ser mayor, y si está en una órbita más interna la masa debería ser menor:


Sin embargo, un objeto situado en los puntos L1, L2 o L3 se movería alrededor del Sol a la misma velocidad angular que la Tierra, a pesar de que están a distinta distancia de la estrella que nuestro planeta, porque influye también la atracción de la Tierra:

¿Por qué se equilibran las fuerzas? Todo es cuestión de la atracción gravitatoria del Sol y de la Tierra y la fuerza centrífuga del objeto, pero para no utilizar una terminología rigurosa y complicada, de una manera coloquial puede decirse que:

- Un objeto situado en L1 debería moverse alrededor del Sol más deprisa que la Tierra por tener una órbita más interna. Pero, se movería a esa velocidad si el Sol tuviese menos masa, y por ello su fuerza de atracción fuese menor. Al estar situada la Tierra en la parte opuesta, realiza una atracción al objeto que contrarresta parte de la fuerza que realiza el Sol, como si éste tuviera menos masa. La distancia desde la Tierra para que eso ocurra es de 1.48 millones de km.

- Un objeto situado en L2 se debería mover más lento que la Tierra, a no ser que la masa del Sol fuera mayor. En este caso la atracción de la Tierra se suma a la del Sol porque están en la misma dirección y el efecto es como si el Sol tuviera más masa. Dicho punto está a 1.51 millones de km de la Tierra.

Estos puntos de Lagrange, o mejor dicho sus proximidades, son adecuados para colocar satélites artificiales, y actualmente ya hay varios funcionando por allí. Entre otros en las cercanías de L1 fueron colocados el SOHO y Génesis y en L2 WMAP o GAIA  

- Teóricamente un objeto en L3 soportaría una situación similar a L2, ya que también aquí la atracción del Sol y de la Tierra tienen la misma dirección, pero hay una diferencia, y es que la Tierra está mucho más lejos y apenas aporta casi nada a la suma con la atracción del Sol. Eso lo mantendría prácticamente en la misma órbita terrestre, pero en realidad el objeto se mueve no alrededor del centro del Sol, sino del centro de masas del sistema Tierra-Sol por lo que está ligerísimamente más cerca del Sol que la Tierra, a 1.495 millones de km.

El centro de la órbita es el centro de masas del Sol y el planeta, y el punto L3 está un poco más cerca del centro del Sol que del centro de la órbita del planeta.

El punto L3 en el sistema Sol-Tierra fue un lugar popular utilizado para ubicar una "Contra-Tierra", en libros de ciencia ficción. Si allí hubiera algo, no podríamos verlo desde aquí.

Estos 3 puntos son inestables, de manera que aunque en teoría un objeto colocado allí se mantendría teniendo en cuenta solo la atracción de la Tierra y del Sol, con una mínima perturbación producida por la atracción de otro astro saldrían de ese lugar definitivamente. Por eso el telescopio James Webb no quedará exactamente en L2, sino que se moverá a su alrededor en una órbita de halo como otros ingenios astronómicos, que no es totalmente estable y hay que gastar energía para mantenerse en ella:

Si se coloca una nave en órbita alrededor del Sol más lejos de esos 1.51 millones de km desde la Tierra  donde está L2, se moverá más lenta que nuestro planeta (hacia atrás respecto a L2) y curiosamente si se coloca más cerca que L2 aunque esté en una órbita más grande que la de la Tierra, en principio se movería más rápida que ella. Esto puede ser utilizado para describir órbitas en torno a L2, aunque como se ha dicho, no serían totalmente estables.


Dejo para un próximo artículo (ya está publicado)  a la sonda Lucy y la explicación de los puntos L4 y L5, que sin duda son más interesantes que estos de hoy.

martes, 7 de diciembre de 2021

¿Impactos cósmicos?... 1- SI, GRACIAS.

Hace dos semanas, el 24 de noviembre, se realizó el lanzamiento de la nave DART cuyo objetivo es impactar contra un pequeño asteroide y comprobar luego el efecto que produzca, de cara a estudiar la viabilidad de un posible desvío en un futuro de algún asteroide de mayor tamaño que pudiera impactar con la Tierra.

La misión DART inmediatamente después del lanzamiento

Con esta excusa voy a recoger en 3 capítulos el contenido de una charla sobre el tema de los impactos cósmicos que he dado en varias ocasiones.

La segunda parte será “¿Impactos cósmicos? No, por favor”, y la coletilla de la tercera “No es para tanto”

Pero primero habrá que hablar sobre esta misión de la NASA y la ESA, en la que la respuesta a la pregunta del título, si queremos que tenga éxito, deberá ser un “Si, gracias”.

La nave DART viajará durante 10 meses casi acompañando a la Tierra pero cada vez a mayor velocidad gracias a su motor iónico hasta los últimos días de septiembre de 2022 en que tiene previsto impactar con el asteroide Dimorphos, que es un satélite de otro de mayor tamaño llamado Didymos. El impacto será frontal según el movimiento de Dimorphos alrededor de Didymos y se espera que lo frene, reduciendo su periodo, que luego se cuantificaría y así se evaluaría el efecto del impacto.


El choque será grabado por un pequeño satélite de fabricación italiana al que han llamado LICIAcube que va adosado a la nave y se separará de ella un poco antes, pero las medidas precisas de los efectos se obtendrán por medio de la misión europea Hera, que se lanzará en 2024 y dos años más tarde llegará a la pareja de asteroides y estudiará con detalle las consecuencias del impacto. Pero incluso también desde la Tierra podría medirse el esperado cambio en el periodo de Dimorphos.

El asteroide Didymos tiene una órbita bastante elíptica con un perihelio a 1.02 unidades astronómicas del Sol y una inclinación de solo 3.4º, por lo que en ocasiones se aproxima mucho a la órbita terrestre y precisamente en septiembre y octubre de 2022 ambos astros estarán muy cerca. 

No deja de ser curioso el recorrido de la nave, porque según la referencia que se tome puede parecer muy diferente: Se ha dicho que recorrerá 11 millones de kilómetros hasta impactar. Pero eso es respecto a la Tierra. Respecto al Sol serán casi 800 millones de kilómetros, y ese es el recorrido verdadero tomando como referencia el Sistema Solar

En realidad en el momento del lanzamiento el asteroide y la Tierra estaban a casi 500  millones de kilómetros entre ellos, pero ambos se dirigen hacia una misma zona, DART un poco más rápida que la Tierra. Como en casi todos los casos, el mayor impulso es el que le da la Tierra en el lanzamiento pero una vez lanzada y fuera de la atracción terrestre, viajará aumentando su velocidad poco a poco, pero la componente principal de su trayectoria se deberá a la atracción gravitatoria del Sol.


En definitiva, se trata de una misión espacial novedosa por varios motivos. Si quieres saber más sobre ella, puedes leer el anexo final, que contiene una animación del recorrido, o como en cualquier tema de astronáutica, te recomiendo consultar el blog EUREKA de Daniel Marín que siempre aporta información muy completa.

 

Ahora continúo con la idea inicial de que, aunque eso del impacto de un asteroide con la Tierra suena terrible, debemos estar agradecidos a varios impactos cósmicos de un pasado remoto, que han determinado en gran medida la vida en nuestro planeta.

 Sí, gracias.

Porque aunque pueda parecer absurdo, estamos aquí gracias a varios impactos cósmicos:

- Nuestro planeta se formó gracias a multitud de impactos, en un fenómeno de acreción de pequeños cuerpos.

Un masivo bombardeo de objetos más pequeños formaron la Tierra por acreción

- El agua, imprescindible para la vida, proviene de cometas o asteroides que impactaron con la Tierra. Aunque originariamente habría habido agua, esta debió volver al espacio cuando la Tierra estuvo incandescente, y lo que hay actualmente o la mayor parte de ella, tuvo que venir de cometas o asteroides que chocaron después con la Tierra. En principio se pensó en cometas, debido a que estos astros en su mayor parte están constituidos por hielo de agua, pero una vez que la sonda Rosetta analizó el cometa  Churiumov-Gerasimenco en 2014, se comprobó que la proporción de isótopos no era igual a la de la Tierra y ahora se piensa en un origen asteroidal.


- Según algunas teorías, la vida incluso pudo venir del espacio. Es lo que propugna la panspermia. Que quizás la vida no surgió aquí, sino en otros lugares y los cometas o asteroides la trajeron.

Esta teoría no es muy aceptada por la mayoría de los científicos, pero lo que sí parece cierto es que en estos astros hay moléculas orgánicas que quizás podrían haber sido los componentes de los primeros seres vivos.

Los cuerpos celestes que han impactado con la Tierra han aportado material orgánico que podría haber facilitado el surgimiento de la vida

- La Luna se formó gracias a un gran impacto de un cuerpo de tamaño casi el de Marte. En el choque gran cantidad de materiales salieron despedidos  y con el tiempo se agruparon formando nuestro satélite.


Y ¿Por qué es importante la Luna?

A causa de las enormes mareas que producía la Luna primitiva, mucho más cercana que actualmente, la vida salió del mar donde había surgido. Muchos animales quedaban varados durante la bajamar, y algunos pudieron adaptarse a vivir fuera del agua, y de su evolución viene el género humano.

La Luna condiciona la vida en la Tierra. Antes del impacto que la originó, la rotación terrestre duraba solo 6 horas, y el ritmo de vida se habría adaptado a 3 horas de día y 3 horas de noche que se han ido alargando hasta las 24 horas actuales, debido a las mareas. Además los ciclos de las fases lunares ayudaron a medir el tiempo en la antigüedad, y según algunas opiniones estos ciclos repetitivos pudieron ser el germen del desarrollo del cálculo.

La Luna hizo posible que la humanidad trascendiera la Tierra y conquistara el espacio. Hoy en día el desarrollo de la tecnología espacial es creciente y tiene incluso gran importancia en nuestras vidas. Según algunas opiniones el impulso que lo hizo posible fue la carrera espacial por llegar a la Luna.

 - Gracias al asteroide que impactó hace 65 millones de años, estamos nosotros aquí:

En aquella época los dinosaurios dominaban el planeta, y apenas unos pequeños mamíferos sobrevivían escondidos en madrigueras. Con la desaparición de los grandes saurios, estos pudieron ocupar sus nichos ecológicos y evolucionar. ¿Quizás los dinosaurios podrían haber llegado a desarrollar algún tipo de inteligencia con el paso del tiempo? No lo podemos saber, pero desde luego nosotros no estaríamos aquí.

- Los impactos cósmicos en ocasiones nos proporcionan información de las características de otros astros, sin necesidad de tener que ir hasta allí. Por ejemplo algunos meteoritos  que provienen de Marte. Gracias a un doble impacto (el que lo arrancó del planeta y el que lo ha hecho caer aquí) se han podido estudiar algunas características del lugar de origen.

Meteorito caído en la Antártida, lugar donde no es difícil encontrarlos y donde también cayó uno procedente de Marte con supuestos fósiles.

- Las lluvias de meteoros, esos espectáculos que a veces son tan llamativos, en realidad son también choques cósmicos, aunque los impactores no tengan más de unos pocos milímetros.


Una vez visto el lado positivo de los impactos cósmicos en el siguiente post se analizarán los peligros, y ahora en el anexo, más detalles sobre la misión DART y el asteroide Didymos.

 

La misión DART es un proyecto de bajo presupuesto con el que se ha dicho que se da comienzo a la "defensa planetaria". Como su objetivo es impactar y estrellarse no tiene más que el sistema que le guía, el motor iónico y los paneles solares, para alejarse 11 millones de kilómetros de la Tierra.

En cuanto a su destino, Dimorphos es un pequeño satélite, de solo 160 metros, de otro asteroide mucho más grande que él: Didymos de casi 800, y tarda poco menos de 12 horas en dar una vuelta a su alrededor, a 1.8 km de distancia, y con el que está previsto que Dart impacte a una velocidad de unos 6 metros por segundo, de frente considerando ese movimiento, con lo que se espera frenarlo y aumentar en unos 10 minutos su periodo actual.

Datos del asteroide doble. Las longitudes están en proporción

El lanzamiento de la misión DART se ha producido cuando el asteroide estaba en la parte opuesta de su órbita a casi 500 millones de km de distancia, con la intención de que se encuentren dentro de unos 10 meses. Aunque en realidad la nave no se separará demasiado de la Tierra, y junto a ella dará casi una vuelta alrededor del Sol.



Se ha elegido este asteroide por varios motivos:

- Por un lado al ser un asteroide binario el cambio en el periodo de traslación de Dimorphos alrededor de Didymos tras el choque es mucho más fácil y rápido de medir que si se moviera alrededor del Sol. Es más evidente, y mucho más rápido porque la variación de la órbita alrededor del Sol necesitaría de varios meses de mediciones, pero así serán apenas 12 horas. Además el cambio relativo en el periodo será más evidente.

- Además su órbita, aunque mucho mayor, se acerca bastante a la de la Tierra y casualmente pasarán muy próximos menos de un año después del lanzamiento. Así el recorrido de la nave respecto a la Tierra será relativamente pequeño. El sistema Didymos y la Tierra no volverán a estar tan cerca hasta el año 2100

¿Por qué se lanza ahora?

Con el impulso inicial que le da la propia Tierra le hace seguir una órbita similar alrededor del Sol. Solamente hay que añadir la mencionada propulsión iónica para que se vaya separando aún más de la Tierra y aumentando su velocidad para conseguir un impacto más fuerte, y hay que darle tiempo a la propulsión.

También debe ir separándose del plano de la eclíptica hacia el Sur porque en el momento del impacto el asteroide se encontrará a unos 8 millones de kilómetros bajo ese plano, además de casi otros 8 millones en distancia horizontal,

Representación en planta y perfil de la situación de la Tierra y el asteroide cuando impacte la nave. Se aprecia que la distancia "vertical" es incluso algo superior a la horizontal. La escala de distancias es la misma en los distintos elementos.

También es curioso el tema del motor iónico que la propulsará: Estos motores tienen un empuje pequeño pero constante con lo que van incrementando poco a poco la velocidad. Por ello se dice que en un viaje interplanetario la primera mitad del camino iría acelerando y la segunda mitad frenando para adecuarse a la velocidad del destino, ya que no puede parar en poco tiempo. Sin embargo DART en este caso irá acelerando continuamente hasta el final, porque lo que interesa es la máxima velocidad en el momento del impacto.

Esquema de un motor iónico. Tomado de Wikipedia. Teóricamente este tipo de motores tendrían a la larga mucha más eficacia que los convencionales, aunque producen aceleraciones continuas pero muy bajas.

viernes, 14 de mayo de 2021

Desfile de estaciones espaciales

La noche del sábado 15 al domingo 16 (de mayo de 2021) será especial en los cielos de la península Ibérica.

Desde gran parte de la misma se verán nada menos que ¡6 pasos! de la Estación Espacial Internacional (ISS), y un bonito paso del módulo Tianhe-1 de la estación china recientemente puesto en órbita, con eclipse incluido.

La ISS

Con un brillo mayor que el de cualquier estrella, será fácilmente reconocible moviéndose majestuosamente en el cielo.

Las circunstancias de esa noche son excepcionales: Desde nuestras latitudes no todas las noches se ve la ISS, pero cuando lo hace suelen verse solo uno o dos pasos separados por poco más de hora y media, bien al principio de la noche o al final de la misma. Aunque puede seguir pasando a esos intervalos durante el resto de la noche, no es visible porque entra en la sombra de la Tierra, no refleja la luz del Sol y no la vemos. 

Sin embargo en esta ocasión desde algunos lugares se verá hasta en 6 ocasiones,  ¡incluso en los pasos cercanos a medianoche!,  lo que es muy poco frecuente. El motivo principal es que no llega a entrar en la sombra de la Tierra ni aún en esos pasos.

Zona desde donde se verán los 6 pasos de la ISS durante la noche del 15 al 16 de mayo. Más adelante detallo las circunstancias de las zonas aledañas.


Horarios de los pasos, desde Bilbao. En otros lugares de la península no son muy diferentes, y pueden obtenerse en https://heavens-above.com/ , de donde he sacado esta tabla y otros gráficos de este post.

Aunque la situación es poco habitual, no es nueva. Ocurrió algo parecido el año pasado el 17 de mayo, pero no en mi ciudad, y expliqué los detalles del tema en un amplio artículo que puedes ver aquí: “La estación espacial en sesión continua” 

Únicamente para aclarar la "extraña" circunstancia de la visibilidad de los pasos cercanos a medianoche, tal como detallé en ese artículo, recojo aquí también un gráfico de la situación que explica esa visibilidad en fechas no demasiado lejanas al solsticio de verano, y cuando además la trayectoria orbital de la ISS está acoplada con la línea día-noche, que son las claves del asunto.

Situación en el solsticio de verano del hemisferio norte con la órbita de la ISS en posición adecuada.

La estación china

Desde hace unos pocos días tenemos una nueva estación espacial cuyos pasos podemos observar: la estación china, de momento con su primer módulo Tianhe-1. Su brillo es muy inferior al de la ISS, pero puede llegar a rondar la magnitud 1 y es perfectamente visible moviéndose en el cielo.

Precisamente fue el cohete que la puso en órbita, el que fue noticia la semana pasada porque, descontrolado, realizó su reentrada en la atmósfera terrestre el pasado domingo después de una gran incertidumbre sobre el lugar en que podría caer.

El paso de la Tianhe-1 es una novedad porque desde que ha sido lanzada el pasado 29 de julio solo se había visto desde aquí de madrugada. Se ha empezado a ver por la tarde el día 13 y 14 pero en la mayoría de los lugares de la península a muy baja altura, y ahora tendremos la oportunidad de ver su paso, probablemente por primera vez desde muchos sitios.

Además el paso de esa noche será especial porque podrá verse su eclipse cuando entre en la sombra de la Tierra, que será más espectacular desde la zona central de la península porque desaparecerá de la vista del observador cuando pase casi por el cenit.

La coincidencia o cercanía del momento del “Punto más alto” y el “Fin de visibilidad” indica que el eclipse se producirá precisamente en los momentos en que alcanza la mayor altura en su trayectoria y el máximo brillo.

Para ilustrar el fenómeno, pongo una imagen de un eclipse de la ISS.

Rastro dejado por la Estación Internacional en una foto de varios segundos de exposición antes de entrar en la sombra de la Tierra y producirse un eclipse. La Tianhe-1 brillará mucho menos, pero incluyo esto aquí para ilustrar el fenómeno, porque evidentemente no tengo ninguna imagen suya.

Pero hay que estar atentos para localizar la estación china porque, como se ha dicho, su brillo es muy inferior al de la ISS, solo cuando alcanza buena altura superior al de las estrellas del carro de la Osa Mayor. Una vez localizada podremos seguir su trayectoria y ver como desaparece como por arte de magia a las 23:25. Aquí pongo un mapa de la trayectoria, para 3 ciudades de muy diferente latitud, elaborado también a partir de https://heavens-above.com/

Aunque las trayectorias por el cielo entre las constelaciones y el punto en que ocurre el eclipse son diferentes según el lugar de observación por la distinta perspectiva, éste se produce simultáneamente visto desde cualquier sitio ya que el hecho de dejar de recibir la luz solar es algo objetivo, lo mismo que ocurre en los eclipses de Luna.

Los próximos días habrá más situaciones similares, pero esta es la primera. ¡Precisamente el día de los 6 pasos de la ISS!

¿Desde dónde se verá?

El eclipse de la estación china podrá observarse desde toda la península y Baleares. En Canarias no, pero allí ayer día 13 se vieron 3 pasos y en el último hubo eclipse, aunque a baja altura y el brillo fue pequeño.

Respecto a la ISS, la habitual referencia de Heavens Above (auténtica autoridad en el tema), considera visibles los pasos en que adquiere una altura de más de 10º sobre el horizonte y el Sol está por debajo de los 6º bajo el mismo (límite del crepúsculo civil) para que el cielo esté lo suficientemente oscuro como para distinguir a la Estación Espacial. 

Según esos criterios serán visibles los 6 pasos anunciados, aproximadamente desde la zona remarcada en este mapa cuya parte central ya he puesto antes, y ahora explico:


- A la izquierda de la línea verde no se verá el primero de los 6 pasos porque el Sol se puso poco antes y aún no ha oscurecido.

- A la derecha de línea roja no se verá el último porque ocurrirá próximo en amanecer y el cielo está ya brillante.

- Por debajo de la línea azul no será visible el tercer paso, porque está cercano a la medianoche, cuando la ISS está sobrevolando una zona de latitud muy alta, y desde aquí alcanza una altura inferior a 10º sobre el horizonte norte.

- Por debajo de la línea negra no será visible el cuarto paso, por motivo análogo al anterior.

- ¿Por qué cuanto más al norte la zona de visibilidad de los 6 pasos es más estrecha? Porque en estas fechas ya relativamente cercanas al solsticio de verano, la noche es breve, más corta cuanto más al norte, y no hay tiempo de recoger tantos pasos.

Por ello nunca podrán verse tantos pasos por encima de la latitud 45º en estas fechas. Ni tampoco en otras desde ningún lugar, tal como se explicó en el artículo mencionado antes, por el estrecho margen de fechas en que esto se puede producir. 

Desde donde yo vivo, en la latitud 43º 20´ el que se vean 6 pasos es algo muy poco frecuente. 

Solo queda esperar que tengamos cielos sin demasiadas nubes (aunque haya algunas podría verse porque las trayectorias son muy amplias), y aunque no intentemos ver todos los pasos, ¡quién sabe! Que ahora una vez terminado el toque de queda, puede ser una buena excusa para pasar la noche fuera de casa, quizás volviendo a retomar nuestras observaciones del cielo, por supuesto sin aglomeraciones y, si no estamos solos, con la mascarilla puesta.




Desde otros lugares de la Tierra

Por supuesto, la zona de la península Ibérica no es la única en que pueden verse esa noche los 6 pasos de la ISS. Como cada órbita dura una hora y 33 minutos (*) y en ese tiempo la Tierra ha girado casi 23.5º, moviéndonos hacia el este o al oeste en intervalos de esa amplitud la situación es similar.

No exactamente igual, y todas las zonas no tienen la misma extensión porque con el paso de las horas se va desajustando la línea día-noche respeto a la órbita, que es el motivo por el que ocurre esta curiosa circunstancia, y que se explicó en el mencionado artículo del pasado año.

Incluso en la noche siguiente, del domingo 16 al lunes 17, volverá a ocurrir en otras zonas, aunque ya de tamaño más reducido. Por lo que respecta a Europa, se recoge en el siguiente mapa.

Zonas desde las que pueden verse 6 pasos de la ISS


No es posible ver 6 pasos fuera de la franja comprendida entre los 38º y 45º de latitud, y nunca se verán más de 6 desde ningún lugar.

- Tal como se calculó en el mencionado artículo del año pasado, desde latitudes inferiores a 38º nunca se verán los pasos cercanos a la medianoche porque la ISS no alcanzará una altura suficiente sobre el horizonte.

- Como también se indicó, el hecho de poder ver tantos pasos seguidos, todos los que dé tiempo durante toda la noche incluidos los cercanos a la medianoche, solo se puede producir con una diferencia máxima de 40 días respecto al del solsticio de verano (cuando la declinación solar es superior a 18.15º),  y si la órbita de la ISS está en una determinada orientación, lo que ocurre anualmente una vez en cada hemisferio (o excepcionalmente dos, como este y el pasado año).

En esas fechas en la latitud 45º la noche dura 8 horas y 3 minutos como mucho, considerando el periodo en que el Sol está por debajo de los 6º respecto al horizonte para que el cielo esté lo suficientemente oscuro, y en ese tiempo por muy poco ya no pueden verse 6 pasos porque se necesitarían 8h 5m. (*)

(*) Aunque la ISS tarda 1 hora y 33 minutos en completar una órbita, de un paso a otro visible en estas latitudes transcurren 4 minutos más porque no está en el mismo lugar de su órbita.

Para latitudes mayores de 45º, por lo tanto, nunca se verán tantos y los 6 pasos en una sola noche solo se pueden ver en las dos franjas que recoge este mapa:


Pero este límite de los 45º queda determinado en las fechas más favorables, cuando casualmente el acople adecuado de las órbitas ocurra el 13 de mayo o el 31 de julio. Si ocurriese el día del solsticio, no se verían 6 pasos desde ningún lugar ya que la latitud en que la noche dura las 8 horas y 5 minutos necesarios, casi coincide con el límite inferior de la franja, cerca de los 38º. 

- Nunca se verán más de 6 pasos porque para ver 7  se necesitarían 9h 42m, y en la latitud y fecha más favorable (38º y 13-5) la duración de la noche desde el límite del crepúsculo civil, con el Sol a -6º, es de 8h 49m.