Los secretos de la sonda solar Parker, el prodigio de la ingeniería que “tocó” el Sol sin derretirse

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Los secretos de la sonda solar Parker, el prodigio de la ingeniería que “tocó” el Sol sin derretirse

Cuando se trata de resolver los misterios del universo, los seres humanos tenemos una impresionante capacidad para intentar conseguirlo. Los orígenes de la astronomía son casi tan antiguos como nuestra historia. Y, cuando ya no nos bastaba con mirar hacia arriba, decidimos acercarnos a las estrellas. ‘Ad astra per aspera’ dice una placa ubicada en el Complejo de Lanzamiento 34 de la NASA que rinde tributo a los astronautas del Apolo 1 y nos recuerda nuestra insaciable sed de perseguir lo desconocido.

Desde los inicios de la exploración espacial lanzamos satélites, construimos estaciones espaciales, caminamos por la Luna y hasta enviamos sondas a lo más profundo de nuestro sistema solar. En 1957, el Grupo de Campos y Partículas de la Academia Nacional de Ciencias propuso una misión con una sonda solar “para estudiar las partículas y campos en la vecindad del Sol”. Sin embargo, no fue hasta 2018 que esta idea finalmente se materializó con el lanzamiento de la ambiciosa sonda solar Parker.

La sonda de “solo” 1.500 millones de dólares

El presupuesto de la NASA para explorar el Sol no ha sido tan abultado como los 10.000 millones de dólares destinados al James Webb o los 35.000 millones de dólares del Programa Artemis. La sonda solar Parker ha conseguido “tocar” el astro rey con la módica cantidad de 1.500 millones de dólares. Esta abismal diferencia en el presupuesto no quiere decir que la misión haya sido fácil. Al contrario, se han tenido que superar obstáculos que, hasta hace poco, parecían imposibles.

Uno de los desafíos que estaba sobre la mesa era hacer que la sonda alcanzara el Sol. Decirlo puede parecer fácil, pero hacerlo es demasiado complejo. Después de mucho tiempo de investigación, los ingenieros trazaron un plan que funcionó a la perfección. El 12 de agosto 2018 lanzaron la sonda a bordo de un cohete Delta IV Heavy de United Launch Alliance y utilizaron la asistencia planetaria de la gravedad de Venus para hacer que esta complete varias pasadas sobre nuestra estrella.

Ahora bien, no tenía sentido mandar una sonda al Sol sin tener en cuenta sus extremas temperaturas. Ciertamente, los equipos responsables de la sonda solar Parker también pensaron en esto así que desarrollaron un escudo térmico capaz de reflejar el calor en la parte frontal de la nave y mantener los equipos a temperaturas razonables en la parte posterior. El escudo y cómo interactúa con el ambiente es una de las cosas más sorprendentes de este proyecto. Veamos.

Sonda Parker Nasa Sol Escudo Termico 1

El escudo térmico de la sonda está compuesto por capas de diferentes materiales. El corazón de esta pieza es de espuma de carbono con un 97% de aire, muy similar a la utilizada en el ámbito médico para el reemplazo óseo. La espuma, como si se tratara de un sandwich, está rodeada de láminas de carbono compuesto con propiedades aislantes. Por último, se aplicó una capa de pintura cerámica en la parte del escudo que apunta hacia el Sol para reflejar la mayor cantidad de calor posible.

Sonda Parker 12

Como hemos dicho, esta nave espacial ha sido diseñada para “tocar” el Sol, lo que equivale a adentrarse en su atmósfera exterior, también conocida como corona, que se encuentra a más de un millón de grados Celsius. Sí, has leído bien, se encuentra a una temperatura increíblemente elevada. Puede que te preguntes, entonces, cómo un dispositivo fabricado en la Tierra es capaz de funcionar en una atmósfera con un millón de grados Celsius. La respuesta está en la termodinámica.

Repasemos algunos conceptos. El segundo principio de la termodinámica, a grandes rasgos, nos dice que el calor siempre fluye de los cuerpos más calientes a los más fríos. Teniendo en cuenta esto, entendemos al calor como la transferencia de energía térmica entre las moléculas de un sistema y a la temperatura como una propiedad física medible en Celsius, Kelvin, Fahrenheit o Rankine. Es decir, calor no es lo mismo calor que temperatura, y aquí veremos por qué esto es importante.

Calor no es lo mismo calor que temperatura.

Si bien la corona del Sol tiene una temperatura muy alta (más de un millón de grados Celsius), las partículas del plasma que la conforman están bastante dispersas, por lo que la transferencia de calor (energía térmica) es baja. Esto quiere decir que la baja densidad de la atmósfera exterior de nuestra estrella hace que la sonda Parker solo deba soportar unos 1.377 grados Celsius y que el hardware que se encuentra dentro de la nave pueda funcionar a unos 28 grados Celsius.

Como podemos ver, solo una parte de la nave está protegida del Sol. En este sentido, la sonda solar Parker debe asegurarse de tener siempre la dirección correcta para evitar que el exceso de calor pueda dañar sus componentes. Para ello ha sido equipada con una serie de sensores que sobresalen del escudo de protección. Si estos se iluminan por la luz del Sol, la sonda corrige automáticamente su trayectoria para mantenerse a salvo.

Sonda Parker 14

Pero el sistema de protección no es todo en la sonda solar Parker. Los instrumentos que le acompañan nos están permitiendo comprender mejor el Sol. Los principales objetivos científicos de la misión son rastrear cómo la energía y el calor se mueven a través de la corona solar y explorar cuál es el origen de la aceleración del viento solar y las partículas energéticas solares.  Veamos cuáles son esos instrumentos.

La sonda solar Parker lleva cuatro conjuntos de instrumentos.

FIELDS. Un trío de magnetómetros se encarga de capturar la escala y la forma de los campos eléctricos y magnéticos de la atmósfera del Sol. Aquí nos encontramos en primer lugar con un magnetómetro de búsqueda de bobina que mide cómo cambia el campo magnético con el tiempo. Su funcionamiento es muy sencillo. Puesto que los campos magnéticos inducen un voltaje en la bobina, los científicos miden ese voltaje para obtener datos sobre las variaciones del campo magnético.

También tenemos dos magnetómetros de saturación (fluxgate), uno interno (MAGi) y otro externo (MAGo). Estos tienen la capacidad de medir el campo magnético más lejano del nuestra estrella, donde varía a un ritmo más lento. Para eliminar cualquier tipo de error en las mediciones, el equipo encargado de diseñar y construir este instrumento, el Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, utilizó antenas para situar a los sensores a 190 y 272 cm de distancia de la sonda.

WISPR. Aunque la sonda tiene que soportar condiciones extremas al visitar la atmósfera del Sol, puede capturar imágenes gracias a un conjunto de instrumentos sofisticados que se esconden detrás del escudo térmico para bloquear la mayor parte de la luz del Sol. Se trata de dos cámaras con detectores CMOS Active Pixel Sensor reforzados para soportar la radiación. Las lentes están hechas de BK7, un vidrio óptico resistente a la radiación que también hemos visto en el Telescopio Espacial Hubble.

Sweap Suite Solar Probe 1

SWEAP. El objetivo de este conjunto de instrumentos es estudiar las partículas más abundantes en el viento solar (electrones, iones de helio y protones) y medir propiedades como la velocidad, la densidad y la temperatura. Para conseguirlo, los científicos recurrieron al Solar Probe Cup (SPC), un dispositivo metálico conocido como copa de Faraday que puede atrapar partículas cargadas en el vacío, y a los Solar Probe Analyzers (SPAN-Ai y SPAN-B) que utilizan placas curvas para medir la distribución de partículas.

ISʘIS. Este es uno de los conjuntos de instrumentos científicos más ambiciosos del programa. Su misión es medir electrones, iones y protones de la atmósfera del Sol y comprender una amplia gama de interrogantes detrás de estas partículas. Las preguntas que intentan responder los científicos son de dónde provienen, cómo se aceleran y de qué forma se alejan del sol hacia el espacio interplanetario. Para avanzar en esta investigación, hay instrumentos que son clave.

Estamos hablando de dos dispositivos que han sido diseñados y construidos por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins. Por un lado, tenemos EPI-Lo que mide los espectros de iones y electrones e identifica carbono, oxígeno, neón, magnesio, silicio, hierro y dos isótopos de helio, He-3 y He-4. Por otro lado, tenemos a EPI-Hi, que utiliza tres sensores de partículas compuestos por capas apiladas de detectores para medir partículas con energías superiores a las medidas por EPI-Lo.

Imágenes: Universidad Johns Hopkins | NASA | Universidad de Harvard

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Xataka

por
Javier Marquez

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