Los planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, son algunos de los más imponentes de nuestro Sistema Solar y tienen una gran importancia para la investigación espacial y nuestra comprensión del gran universo.
Sin embargo, siguen siendo los menos explorados, especialmente los «gigantes de hielo» Urano y Neptuno, debido a su distancia de la Tierra y las condiciones extremas que las naves espaciales deben sobrevivir para ingresar a sus atmósferas. Como tales, también son los planetas menos comprendidos del Sistema Solar.
Nuestro en curso investigación analiza cómo superar las duras condiciones de entrada experimentadas durante las misiones de planetas gigantes. Mientras esperamos futuras misiones potenciales, esto es lo que podemos esperar.
Pero primero, ¿qué son los planetas gigantes?
A diferencia de los planetas rocosos, los planetas gigantes no tienen una superficie para aterrizar. Incluso en sus atmósferas más bajas, permanecen gaseosos, alcanzando presiones extremadamente altas que aplastarían cualquier nave espacial mucho antes de que pudiera aterrizar en algo sólido.
Hay dos tipos de planetas gigantes: gigantes gaseosos y gigantes de hielo.
Los más grandes Júpiter y Saturno son gigantes gaseosos. Estos están hechos principalmente de hidrógeno y helio, con una capa gaseosa exterior y una capa «metálica» parcialmente líquida debajo. También se cree que tienen un pequeño núcleo rocoso.
Urano y Neptuno tienen atmósferas exteriores y núcleos rocosos similares, pero su capa interna está formada por un 65% de agua y otros llamados «hielos» (aunque técnicamente permanecen líquidos) como metano y amoníaco.
Tirachinas al borde del Sistema Solar
Cualquier misión a un planeta gigante es extremadamente difícil. Aún así, ha habido algunas misiones pasadas enviadas a los gigantes gaseosos.
La misión Galileo de la NASA de 1989 tuvo que girar alrededor de Venus y la Tierra para darle suficiente impulso para llegar a Júpiter, que orbitó durante ocho años. el 2011 misión juno pasó cinco años en tránsito, utilizando un sobrevuelo alrededor de la Tierra para llegar a Júpiter (que todavía orbita).
Asimismo, la misión Cassini-Huygens de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) tomó siete años llegar a Saturno. La nave espacial pasó 13 años explorando el planeta y sus alrededores y lanzó una sonda para explorar la luna de Saturno, Titán.
Los tiempos de vuelo se vuelven aún más largos para los dos gigantes de hielo, que están mucho más lejos del Sol. Ninguno ha tenido una misión dedicada hasta ahora.
Un viaje complejo
La última y única nave espacial que visitó los gigantes de hielo fue viajero 2que pasó por Urano en 1986 y Neptuno en 1989.
Si bien se está generando un impulso para un regreso, no será simple. Si lanzamos durante el próximo conveniente iniciar ventanas de 2030–34 para Urano y 2029–30 para Neptuno, los tiempos de vuelo variarían de 11 a 15 años.
Un problema importante es el poder. La nave espacial Juno es el objeto más distante del Sol que ha tenido paneles solares usados. Gira alrededor de Júpiter, que es cinco veces más lejos del Sol que la Tierra. Sin embargo, donde las celdas solares de Juno generarían 14 kilovatios de energía continua en la Tierra, solo generar 0.5kW en Júpiter.
Mientras tanto, Urano y Neptuno están 20 y 30 veces más lejos, respectivamente, del Sol que la Tierra. La energía para estas misiones tendría que generarse a partir de la energía radiactiva. descomposición del plutonio (la fuente de energía para las misiones Galileo y Cassini).
Esta descomposición radiactiva puede dañar e interferir con los instrumentos. Por lo tanto, está reservado para las naves espaciales que realmente lo necesitan, como las misiones que operan lejos del Sol.
luchando contra el calor
La escala masiva de los planetas gigantes significa que las velocidades de órbita de las naves espaciales entrantes son increíblemente rápidas. Y estas velocidades calientan mucho la nave espacial.
La sonda Galileo entró en la atmósfera de Júpiter en 47,5 kilómetros por segundo, sobreviviendo a las condiciones de entrada más duras jamás experimentadas por una sonda de entrada. La capa de choque que se formó en la parte delantera de la nave espacial durante la entrada alcanzó una temperatura de 16.000 ℃, alrededor de tres veces la temperatura de la superficie del Sol.
Aun así, la distribución de los escudo térmico Se descubrió que la masa era ineficiente, lo que demuestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo ingresar a planetas gigantes.
Las futuras misiones de sonda propuestas a Urano y Neptuno ocurrirían a velocidades de entrada más lentas de 22 km/s y 26 km/srespectivamente.
Para ello, la NASA ha desarrollado un material resistente pero relativamente ligero tejido a partir de fibra de carbono, llamado HEEE (Heatshield for Extreme Entry Environment Technology), diseñado específicamente para sobrevivir a un planeta gigante y a la entrada de Venus.
Si bien el material ha sido probado con un prototipo a gran escalatodavía tiene que volar en una misión.
Los siguientes pasos
En 2024, la misión Europa Clipper de la NASA pondrá en marcha para investigar la luna Europa de Júpiter, que se cree que alberga un océano de agua líquida debajo de su superficie helada, donde se pueden encontrar signos de vida. los Libélula La misión, cuyo lanzamiento está previsto para 2026, tendrá como objetivo buscar signos de vida en la luna Titán de Saturno.
Hay planes para un conjunto Misión NASA-ESA para visitar uno de los gigantes de hielo dentro de la próxima ventana de lanzamiento. Pero mientras ha habido extenso preparaciónaún no se ha decidido qué gigante de hielo se visitará.
Se está considerando una sola misión a ambos planetas. También se planea una sonda de entrada. Pero si la misión visita ambos planetas, no se ha decidido de qué planeta atmósfera que exploraría la sonda.
Si queremos cumplir con la próxima ventana de lanzamiento, los conceptos de misión esperados deberán finalizarse. para 2025, a más tardar. En otras palabras, se acerca el momento crucial.
Si una misión sigue adelante, los dos más importantes objetivos para los científicos de la NASA será determinar la composición interior de los gigantes de hielo (exactamente de qué están hechos) y su composición (cómo se forman).
Otros objetivos incluirán el estudio de sus campos magnéticos, que son muy diferente de los gigantes gaseosos y todos los demás tipos de planetas.
También querrán estudiar el calor liberado por Urano y Neptuno, que tienen temperaturas promedio de alrededor de -200 ℃. Todos los planetas gigantes están destinados a enfriarse muy lentamente, ya que liberan la energía obtenida durante su formación.
Esta liberación de calor se puede detectar en Júpiter, Saturno y Neptuno. Sin embargo, Urano no parece liberar calor, y los científicos no saben por qué.
Artículo de cris jamesARC DECRA Fellow, Centro de Hipersónicos, Escuela de Ingeniería Mecánica y Minera, la universidad de queensland y yu liuMiembro Honorario, la universidad de queensland
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