viernes, 27 de noviembre de 2015

El día que perdimos Marte (50 aniversario de la Mariner 4)

El día que perdimos Marte (50 aniversario de la Mariner 4)

¿Cuál ha sido el momento más decisivo en la historia de la exploración de Marte? Sin duda alguna, la visita de la sonda Mariner 4 de la NASA en julio 1965. Gracias a esta pequeña nave la humanidad pudo contemplar por primera vez de cerca la superficie del planeta rojo. Pero para decepción de todos, las 21 fotografías que envió la sonda no mostraron hombrecillos verdes ni canales rebosantes de agua construidos por una civilización exótica. Lo único que se veían en las imágenes eran cráteres y más cráteres. Marte resultó ser un mundo tan muerto como la Luna. De repente, el interés por llevar a cabo un viaje tripulado hasta el planeta vecino disminuyó muchos enteros. ¿Para qué gastarse miles de millones de dólares o rublos en visitar otra roca sin vida? Pero las imágenes de la Mariner 4 solo mostraron el peor lado de Marte, literalmente. La historia podría haber sido muy distinta si la sonda hubiera fotografiado otras zonas del planeta.
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Imagen de Marte (centrada en el cráter Mariner) tomada por la Mariner 4 el 15 de julio de 1965 desde 13 000 kilómetros de distancia. Se aprecian multitud de cráteres de impacto (NASA/JPL).
La Mariner 4 nació en 1962 como un proyecto del laboratorio JPL de la NASA conocido como Mariner C (mariner significa ‘navegante’ en inglés). De acuerdo con el plan original, estaba previsto que se mandasen dos Mariner C a Marte en la ventana de lanzamiento de 1964. Estas sondas fueron concebidas como misiones de sobrevuelo de bajo coste para obtener información sobre la superficie de Marte antes que las sondas soviéticas 2MV y 3MV. Las Mariner C estarían basadas en la serie Mariner B para explorar Venus, pero debían ser más ligeras y baratas. Su masa sería de apenas 261 kg, de los cuales 15,5 kg estarían dedicados a instrumentos científicos. Usarían la misma estructura octogonal de 1,38 metros de ancho por 0,46 metros de alto de las anteriores Mariner, pero con un motor dotado de un empuje de 225 newton capaz de realizar varias igniciones para corregir la trayectoria.
La Mariner 4 lista para el lanzamiento (NASA/JPL).
La Mariner 4 lista para el lanzamiento (NASA/JPL).
Diseño de las sondas Mariner 3 y 4 (NASA/JPL).
Diseño de las sondas Mariner 3 y 4 (NASA/JPL).
En vez de dos paneles solares como las Mariner B, las Mariner C llevarían cuatro paneles de 176 x 90 centímetros cada uno para compensar la mayor lejanía del Sol (los paneles eran capaces de generar hasta 700 vatios en las cercanías de la Tierra y 310 vatios en la órbita de Marte). En el extremo de cada panel se añadieron cuatro pequeñas extensiones de 0,16 metros cuadrados servirían como velas solares para estabilizar el vehículo durante la fase de crucero (sin mucho éxito, la verdad). Con los paneles desplegados, la sonda alcanzaba los 6,88 metros de envergadura. Para comunicarse con la Tierra, es emplearía una antena de alta ganancia de forma elíptica con unas dimensiones de 1,17 x 0,53 metros. Una antena omnidireccional de baja ganancia estaba situada junto a la antena principal en un mástil de 223,5 centímetros de longitud. El ordenador de abordo operaba a una frecuencia de 38,4 kHz.
Montando la estructura octogonal de la sonda (NASA/JPL).
Montando la estructura octogonal de la sonda (NASA/JPL).
La Mariner 4 durante las pruebas en Tierra (NASA/JPL).
La Mariner 4 durante las pruebas en Tierra (NASA/JPL).
Otra vista de la sonda antes del lanzamiento (NASA/JPL).
Otra vista de la sonda antes del lanzamiento (NASA/JPL).
El instrumento principal era una cámara de televisión con un tubo vidicón de 5,1 kg dotado de una apertura de 3,8 centímetros y una distancia focal de 30,5 centímetros. La cámara estaba situada en una plataforma móvil localizada en la parte inferior de la nave. La sonda tardaba 48 segundos tomar cada imagen usando tres filtros y tenía una resolución de 200 x 200 pixeles con 64 niveles de gris. Debido a las limitaciones en la potencia de la transmisión, las imágenes no podían ser enviadas sobre la marcha y se grababan en una cinta magnética con capacidad para 22 fotografías (5,24 Mbits) para ser transmitidas posteriormente a la Tierra a una velocidad de 8,33 bps con una potencia de 10 vatios, por lo que se tardaba unas diez horas en mandar cada fotografía. El sistema de transmisión de imágenes digitales era revolucionario para su época y, aunque no ofrecía la resolución de los sistemas de escaneado de película fotográfica usadas por otras sondas norteamericanas (Lunar Orbiter) y soviéticas- era más compacto y robusto. Además de la cámara, la sonda llevaba otros instrumentos para estudiar el medio interplanetario y el -hipotético- campo magnético marciano (un magnetómetro, un detector de polvo, un sensor de rayos cósmicos, una cámara de iones -que fallaría camino a Marte-, un sensor de plasma y el experimento de ocultación de radio).
La plataforma de la Mariner 4 con la cámara de televisión (NASA/JPL).
La plataforma de la Mariner 4 con la cámara de televisión (NASA/JPL).
Esquema de la cámara de la Mariner 4 (NASA/JPL).
Esquema de la cámara de la Mariner 4 (NASA/JPL).
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La cinta magnética con capacidad para 5,24 Mbits de la Mariner 4 (NASA/JPL).
Pruebas de la Mariner 4 en Tierra (NASA/JPL).
Pruebas de la Mariner 4 en Tierra (NASA/JPL).
Se construyeron tres Mariner C idénticas, que serían denominadas Mariner 3 (MC-2) y Mariner 4 (MC-3), mientras que la tercera unidad quedaría como reserva. Llegarían a Cabo Cañaveral el 11 de septiembre de 1964 y la Mariner 3 sería lanzada primero, el 5 de noviembre, mediante un cohete Atlas-Agena D un día después de que se abriese la ventana de lanzamiento hacia Marte. Desgraciadamente, la cofia protectora no se desprendió durante el lanzamiento y la sonda quedó atrapada dentro de la misma. Al no poder desplegar los paneles solares, la sonda agotaría poco tiempo después sus baterías y se permanecería inerte en una órbita solar que no la llevaría cerca de Marte por culpa del peso extra de la cofia.
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Vista superior de la Mariner 4 (NASA).
Vista lateral de la Mariner 4 en configuración de lanzamiento (NASA).
Vista lateral de la Mariner 4 en configuración de lanzamiento (NASA).
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Parte superior e inferior de la sonda (NASA).
Finalmente, el 28 de noviembre a las 19:22 UTC despegó la Mariner 4. En esta ocasión la sonda viajaba dentro de una nueva cofia de magnesio para evitar sorpresas desagradables. Poco después la etapa superior Agena situaba la sonda en una trayectoria de escape con respecto a la Tierra. Era la primera vez que los Estados Unidos lanzaban con éxito una sonda hacia Marte. La órbita inicial situó la nave en una trayectoria que pasaba a 246 000 kilómetros del planeta rojo, una distancia que sería reducida a 9846 kilómetros por una maniobra llevada a cabo el 5 de diciembre. El 27 de marzo la Mariner 4 superó el récord de 129 días de funcionamiento en espacio profundo que había establecido su antecesora Mariner 2. El vuelo hasta Marte no transcurrió sin incidentes, ya que el sensor de Canopus dio varios problemas y el experimento para detectar iones dejó de funcionar.
Integración de la Mariner 4 con su lanzador Atlas-Agena (NASA/JPL).
Integración de la Mariner 4 con su lanzador Atlas-Agena (NASA/JPL).
Lanzamiento de la Mariner 4 (NASA/JPL).
Lanzamiento de la Mariner 4 (NASA/JPL).
El encuentro con Marte había sido planificado con sumo cuidado para que la sonda no atravesase la sombra del planeta con el objetivo de que los paneles no dejasen de proporcionar energía eléctrica. Durante la fase de crucero la sonda se estabilizaría mediante giro, pero en el sobrevuelo la nave debería controlar cuidadosamente su posición en tres ejes para poder fotografiar la superficie marciana. Para ello se le dotó de un sensor solar y un sensor estelar que usaba la estrella Canopus -la segunda más brillante del cielo- como referencia. Por este motivo, el disco de Marte tampoco podía bloquear dicha estrella durante el encuentro. Otros requisitos a tener en cuenta eran la posición de la antena de Goldstone con respecto a Marte el día del encuentro y que la sonda no se aproximase a menos de seis mil kilómetros del planeta rojo para evitar que los sensores fuesen confundidos por el brillo de Fobos y Deimos. No obstante, la nave pasó por detrás de Marte visto desde la Tierra para llevar a cabo el típico experimento de ocultación con el objetivo de estudiar la atmósfera del planeta, aunque en aquella época esto tenía poco de ‘típico’.
Geometría del encuentro (NASA/JPL).
Geometría del encuentro (NASA/JPL).
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Trayectoria de la Mariner 4 y fotografías obtenidas (NASA/A. Tayfun).
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La trayectoria de la Mariner 4 y las fotografías proyectadas en un disco con las características de Marte de la época de Percivall Lowell (NASA/space.io9.com).
El encuentro dio comienzo el 14 de julio. La primera imagen de Marte por la Mariner 4 fue tomada el 15 de julio de 1964 a las 00:18 UTC a través de un filtro rojo y cubría el borde del disco de Marte en la región de Phlegra. El punto de máximo acercamiento, 9846 kilómetros, se alcanzaría el 15 de julio a las 01:01 UTC. En total la sonda realizó 21 fotografías, además de un fragmento parcial de otra. Se tardarían nueve días en enviar todas las imágenes, hasta el 3 de agosto, momento en el cual la nave volvió a la fase de crucero. La sonda seguiría transmitiendo datos de forma intermitente hasta el 21 de diciembre de 1967, cuando se recibió su última señal. Las fotografías eran enviadas a Tierra a una velocidad increíblemente lenta y cada línea que formaba la imagen tardaba unos dos minutos y medio en ser recibida. Cada fotografía se mandaba dos veces para asegurarse de que no se producía ninguna pérdida de información. Los miembros del equipo de la misión, impacientes por ver el verdadero aspecto de Marte, no esperaron a tratar las imágenes por ordenador y pintaron las imágenes ‘a mano’ -sí, como suena- para poder contemplarlas lo antes posible interpretando sobre la marcha los datos digitales enviados por la sonda. Normal si tenemos en cuenta que se trataban de las primeras fotografías tomadas de la superficie de otro planeta.
Imagen pintada a mano de la primera fotografía tomada por la Mariner 4 (NASA/JPL).
Imagen pintada a mano a partir de los datos de la primera fotografía tomada por la Mariner 4 (NASA/space.io9.com).
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Primera imagen de Marte de la Mariner 4, tomada a 17 000 kilómetros de distancia. A la izquierda, la imagen original. A la derecha, la imagen procesada (NASA/JPL).
La imagen anterior tratada para destacar elementos de la superficie (NASA/JPL).
La imagen anterior tratada para destacar elementos de la superficie (NASA/JPL).
Los resultados de la Mariner 4 fueron simplemente devastadores para la exploración espacial. La sonda fotografió apenas el 1% de la superficie marciana, pero era más que suficiente. Marte era un mundo muerto, frío, seco y lleno de cráteres, sin rastro no ya de vida, sino de agua líquida o hielo. Mientras que los modelos teóricos predecían una presión superficial de entre 25 y 200 milibares, la Mariner 4 descubrió que la atmósfera marciana a duras penas alcanzaba entre 4 y 7 milibares (la Tierra tiene 1013 milibares), insuficiente para permitir la existencia de agua líquida. Por si fuera poco, la temperatura superficial era de unos -100º C. El planeta carecía además de un campo magnético global que lo protegiese de la radiación proveniente del viento solar y los rayos cósmicos, por lo que la escasa atmósfera se perdía constantemente al espacio. La evidencia era aplastante: ninguna forma de vida terrestre pluricelular sería capaz de sobrevivir en la superficie de Marte.
Mosaico de la superficie de Marte a partir de las imágenes de la Mariner 4 (NASA/JPL).
Mosaico de la superficie de Marte a partir de las imágenes de la Mariner 4 (NASA/JPL).
Las 22 imágenes de Marte tomadas por la Mariner 4 procesadas pro Ted Stryk (NASA/JPL).
Las 21 imágenes de Marte tomadas por la Mariner 4 procesadas pro Ted Stryk (NASA/JPL/Ted Stryk).
Hoy sabemos que Marte tiene, además de cráteres, los mayores volcanes del sistema solar, así como enormes canales resultados de inundaciones masivas y abundante hielo subterráneo, evidencias de que el planeta tuvo en el pasado un clima mucho más húmedo y benigno. Sin embargo, la Mariner 4 solo fotografió el hemisferio sur del planeta rojo, el más antiguo con diferencia, y su resolución no era suficiente para distinguir las características geológicas asociadas con antiguos glaciares o barrancos excavados por la lluvia.
Hasta ese momento Marte había sido considerado como el objetivo prioritario para una misión tripulada después de la Luna. Pero las imágenes de la Mariner 4 supusieron un golpe brutal. Aunque Venus y Mercurio resultaron ser mucho más hostiles que el planeta rojo, Marte distaba de ser un lugar atrayente. Precisamente, entre el sobrevuelo de la Mariner 4 en 1965 y 1969, la NASA intentó promover una misión tripulada a Marte como el siguiente paso tras el Apolo. Los críticos de esta propuesta esgrimieron, además de factores económicos y políticos, las imágenes con cráteres de la Mariner 4 como un ejemplo de la futilidad de esta empresa.
Imagen de Marte tomada por la sonda india Mangalyaan en la que se ven los Valles Marineris y los volcanes de Tharsis (ISRO).
Imagen de Marte tomada por la sonda india Mangalyaan en la que se ven los Valles Marineris y los volcanes de Tharsis. Si la Mariner 4 hubiese enviado imágenes de estas regiones la historia podría haber sido diferente (ISRO).
Pero, ¿podía haber sido distinto?¿Y si la Mariner 4 hubiese mostrado en 1965 los gigantescos volcanes de la meseta de Tharsis, el complejo de cañones de los Valles del Mariner o algunos de los canales gigantes que cubren su superficie? Sin duda, la historia podría haber seguido un rumbo diferente. Sin embargo, un análisis detallado de las posibles trayectorias que podía haber seguido la Mariner 4 en la ventana de lanzamiento de 1964 demuestra que la mayoría de ellas habrían ofrecido un conjunto de imágenes del ‘aburrido’ hemisferio sur más o menos similar por culpa de los requisitos más arriba mencionados.
¿Y qué hay de la Mariner 3? Curiosamente, más de lo mismo. La malograda sonda hubiera sufrido las mismas restricciones que su hermana durante el encuentro y, de hecho, debía haber llegado a Marte dos días después de la Mariner 4 a pesar de haber despegado antes. Pero como el día marciano tiene una duración de 38 minutos superior al terrestre, la trayectoria de la Mariner 3 podría haber pasado 20º más al este y, con suerte, algunas de las imágenes quizá hubieran cubierto la zona de Olympus Mons, el mayor volcán del sistema solar. En este caso la historia de la exploración del espacio bien podría haber tomado otro rumbo, aunque la mayoría de imágenes hubieran mostrado igualmente las regiones con mayor densidad de cráteres propias del hemisferio sur.
Paradójicamente, la única posibilidad de cambiar la historia hubiera sido que la Mariner 4 fracasase como su hermana Mariner 3. En ese caso el interés por Marte quizá se hubiera mantenido hasta 1969, cuando la NASA debía decidir el futuro de una expedición tripulada al planeta rojo. Bien es cierto que en el verano de ese mismo año las sondas Mariner 6 y 7 sobrevolaron Marte, enviando 199 fotografías que cubrían el 10% de su superficie. Una vez más, la suerte no estuvo con la NASA, ya que la mayoría de imágenes mostraron los cráteres del hemisferio sur. Pero también captaron extrañas características del terreno que años después serían identificadas como los Valles Marineris o los gigantescos volcanes de Tharsis. Habría que esperar a 1971 a que la Mariner 9 revelase al fin la verdadera riqueza paisajística del planeta rojo. Para entonces la NASA había sustituido el viaje tripulado a Marte por el proyecto del transbordador espacial.
La Mariner 4 nos mostró por primera vez la verdadera naturaleza de Marte, pero al mismo tiempo acabó con las ilusiones de encontrar un planeta parecido al nuestro. Curiosamente, actualmente sabemos que Marte fue muy similar a la Tierra en el pasado lejano. La lección de la Mariner 4 está clara: a la hora de explorar el sistema solar no hay que dejarse llevar por las primera impresión.
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La familia de sondas Mariner (NASA).
Vídeos sobre la Mariner 4:
Referencias:
  • http://space.io9.com/this-paint-by-numbers-drawing-was-the-very-first-image-1687904838
  • http://www.drewexmachina.com/2015/07/17/what-if-mariner-3-had-reached-mars/
  • http://nssdc.gsfc.nasa.gov/imgcat/html/mission_page/MR_Mariner_4_page1.html
  • http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1964-077A
  • http://planetimages.blogspot.com.es/2012/12/mars-from-mariner-4.html
http://danielmarin.naukas.com/2015/07/29/el-dia-que-perdimos-marte-50-aniversario-de-la-mariner-4/ H
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Daniel Marín
Daniel Marín es astrofísico y divulgador científico. Ha recibido el Premio Bitácoras 2012 al mejor blog en lengua hispana en la categoría de ciencia (Eureka) y el Premio Naukas 2013 al mejor blog de divulgación científica. Colaborador de la revista Astronomía, es miembro de la AAGC (Agrupación Astronómica de Gran Canaria) , Observatorio Astronómico de Temisas y Mars Society España. De vez en cuando suele asistir al lanzamiento de alguna nave espacial.
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