La intensa radiación alrededor de Júpiter ha moldeado todos los aspectos de la misión de Juno, especialmente la órbita de Juno. Los datos muestran que hay una brecha entre los cinturones de radiación que rodean a Júpiter y las nubes de Júpiter. Juno tendrá que "enhebrar la aguja" y viajar a través de esta brecha, para minimizar su exposición a la radiación y cumplir sus objetivos científicos. Además de la complejidad de la misión Juno, está el hecho de que el diseño de la nave espacial, los objetivos científicos y los requisitos orbitales se formaron entre sí.
No estaba seguro de con qué pregunta comenzar esta entrevista: ¿Cómo afectaron las condiciones alrededor de Júpiter, especialmente su radiación extrema, la órbita de Juno? O, ¿cómo la órbita necesaria para que Juno sobreviva a la radiación extrema de Júpiter da forma a los objetivos científicos de Juno? O, finalmente, ¿cómo los objetivos científicos dieron forma a la órbita de Juno?
Scott Bolton, investigador principal de la NASA para la misión Juno a Júpiter. Crédito de imagen: NASA
Como puede ver, la misión Juno parece un nudo gordiano. Las tres preguntas, estoy seguro, tuvieron que hacerse y contestarse varias veces, y las respuestas conformaron las otras preguntas. Para ayudar a desenredar este nudo, hablé con Scott Bolton, investigador principal de la NASA para la misión Juno. Como la persona responsable de toda la misión de Juno, Scott tiene una comprensión completa de los objetivos científicos de Juno, el diseño de Juno y el camino orbital que Juno seguirá alrededor de Júpiter.
P.EJ: Hola scott Gracias por tomarse el tiempo de hablar conmigo hoy. La radiación de Júpiter es un gran peligro con el que Juno tiene que lidiar, y la bóveda de titanio de Juno está diseñada para proteger la electrónica de Juno. Pero la órbita de Juno está parcialmente formada por la radiación alrededor de Júpiter. ¿Cómo ha formado la radiación alrededor de Júpiter la órbita de Juno?
"... sabíamos que la región alrededor de Júpiter es realmente mala, peligrosa y dura con la radiación ..."
SB: Bueno, limitó nuestras opciones, digamos. La órbita de Juno fue elegida a través de una combinación de oportunidades para mediciones científicas, que necesitaban un cierto tipo de geometría o ubicación de la nave espacial para realizar, y el hecho de que teníamos que evitar lo mejor que pudiéramos, la región más peligrosa, básicamente, en el sistema solar. Esto requería que estuviéramos muy cerca de Júpiter, y de orientación polar. Repasamos los polos de Júpiter. Y sabíamos que la región alrededor de Júpiter es realmente mala, peligrosa y severa con la radiación, pero nunca habíamos entrado allí con una nave espacial. Por lo tanto, no estamos muy seguros de qué tan duro es, o exactamente cómo se forma. Solo tenemos algunas ideas.
Pero a través de analogías con la Tierra, y a través del modelado, pudimos encontrar una manera de lograr los objetivos científicos que queríamos y aún así permanecer fuera de las peores regiones. Juno entra por los polos y se hundirá muy cerca de Júpiter de una manera que creemos que estará entre los cinturones de radiación y la atmósfera de Júpiter.
En la Tierra hay una pequeña ventana entre nuestros propios cinturones de radiación, que no son tan peligrosos como los de Júpiter, pero tienen una forma similar, y la atmósfera de la Tierra. Hay una brecha allí, y tenemos evidencia de que también hay una brecha en Júpiter, y estamos enhebrando esa aguja.
P.EJ: ¿De dónde provienen las pruebas de esa brecha, aparte de solo mirar los cinturones Van Allen de la Tierra? ¿Hubo alguna observación de alguno de los observatorios de la NASA que mostrara que habría una brecha similar alrededor de Júpiter?
SB: Utilizamos radiotelescopios como el VLS (Very Large Array) y otros radiotelescopios de todo el mundo que pueden mirar a Júpiter, y en ciertas frecuencias están viendo lo que se llama radiación sincrotrón. La radiación sincrotrón son electrones de muy alta energía que se mueven cerca de la velocidad de la luz y emiten emisiones de radio. Lo emiten en una geometría muy específica basada en la física relativista. Podemos ver eso, y nos dice algo sobre cómo se forma la radiación y cómo se distribuye la población de electrones de alta energía. Eso se usa en modelos, y podemos indicar que debería haber un pequeño espacio, en parte porque cuando miramos esa radiación, parece que se desvanece a medida que se acerca mucho a Júpiter. Pero tenemos una resolución limitada, por lo que si bien hay una indicación de que existe una brecha entre Júpiter y sus cinturones de radiación, no hay pruebas positivas.
P.EJ: Entonces, ¿Juno será la prueba positiva de que hay una brecha entre Júpiter y sus cinturones de radiación?
SB: Si. Y luego tenemos otra medida que nos ayuda a entender esto. La nave espacial Galileo que orbitaba Júpiter a mediados de los 90 contenía una sonda que entró en la atmósfera de Júpiter para descubrir de qué estaba hecha. Esa sonda tomó algunas medidas con algunos instrumentos muy burdos, casi como los contadores Geiger, y los datos de esas mediciones indicaron un pico de radiación y luego un espacio cercano a Júpiter. Entonces eso nos dio más evidencia de que existe una brecha. Aunque es un conjunto de datos muy limitado, es consistente con los modelos de los radiotelescopios.
P.EJ: Debes haber tenido en mente ciertos objetivos científicos para la misión Juno, entonces, ¿cómo esta comprensión de los cinturones de radiación de Júpiter y la órbita requerida para evitarlos configuran los objetivos científicos de la misión Juno? ¿Obligó a algún objetivo a ser abandonado por completo?
"De hecho, fueron los objetivos científicos los que básicamente impulsaron la órbita".
SB: No, en absoluto. De hecho, fueron los objetivos científicos los que básicamente impulsaron la órbita. Eso es lo que nos llevó a querer acercarnos realmente. La pregunta era ¿qué tan cerca podemos llegar de eso es seguro y cuántas veces podemos orbitar? Entonces, diría que lo que hace la radiación es que no cambió nuestra órbita tanto como limitó la cantidad de veces que podemos orbitar. Así que tuvimos un tiempo de vida limitado, y debido a ese tiempo de vida limitado, entramos en una órbita que nos permitió mapear el planeta lo más rápido posible. Queremos volar muy de cerca, a muchas longitudes diferentes que están uniformemente espaciadas.
Los objetivos científicos y las limitaciones de los cinturones de radiación nos dijeron que Juno solo durará tanto tiempo, por lo que debes hacer el mapa en un tiempo limitado. Entonces hay un poco de compensación. Tal vez había una manera de proteger a Juno por más tiempo con más titanio, más blindaje, para durar un poco más, pero al final se vuelve tan malo que no estoy seguro de si lo protegimos más de lo que duraría más.
"Si hubiera podido poner suficiente combustible a bordo, podría haber cambiado la órbita en medio de la misión ..."
P.EJ: Disminución de los rendimientos, supongo.
SB: Derecha. Entonces, las limitaciones de la ingeniería y los aspectos prácticos de lo que podemos lanzar en un cohete son realmente lo que nos limita. Si hubiera podido poner suficiente combustible a bordo, podría haber cambiado la órbita en medio de la misión para permitirnos durar más. Sin embargo, eso requeriría una enorme cantidad de combustible. Lo que sucede es que, cuando estás cerca de Júpiter, no es perfectamente simétrico, por lo que comienza a cambiar la forma de la órbita de Juno.
P.EJ: ¿Entonces tendrías que hacer correcciones para mantener la órbita?
SB: Sí, pero no podemos. No tenemos suficiente combustible para hacer algo así, así que tienes que vivir con lo que Júpiter le hace a la órbita. Entonces comienza a girar la órbita, y cada vez que nos encontramos con Júpiter, comienza a girar la órbita un poco más. Usamos eso científicamente un poco, pero la realidad es que es algo con lo que tenemos que vivir. Para la primera mitad de la misión, si los modos son correctos, no tendremos que lidiar con la cantidad máxima de radiación, pero hacia la segunda mitad de la misión comienza a empeorar. No podemos evitar los cinturones de radiación tanto como pudimos al principio. Eso es básicamente lo que limita el tiempo de vida de la misión Juno.
P.EJ: Entonces, ¿Júpiter está afectando constantemente la órbita de Juno y usted tiene una capacidad limitada para lidiar con eso?
SB: Eso es correcto. Es porque Júpiter no es una esfera perfecta.
P.EJ: ¿Y uno de los objetivos es mapear la gravedad de Júpiter?
SB: Sí, para descubrir qué tan exactamente imperfecta es una esfera [risas] y luego aprender de eso cómo es su estructura interior y, por lo tanto, cómo se formó.
P.EJ: Este parece ser un buen momento para preguntar cuál es la forma de la órbita de Juno. ¿Qué tan cerca estará de Júpiter y qué tan lejos llegará durante su órbita?
"... estamos cerca de las lunas exteriores, cerca de Calisto más o menos".
SB: Es una elipse, como la mayoría de las órbitas, y su punto de aproximación más cercano está a unos 5,000 km (3100 millas) por encima de la cima de las nubes, y eso se llama perijove. Por otro lado, estamos cerca de las lunas exteriores, cerca de Calisto más o menos.
P.EJ: Muy lejos, entonces.
SB: Sí, está bastante lejos. A Juno le tomará aproximadamente 14 días completar una órbita. Y luego la otra orientación está justo sobre los polos. Justo sobre los polos norte y sur. Pero no estamos entrando en esa órbita de inmediato. Primero tenemos que disparar nuestros cohetes y llegamos a una órbita mucho más grande que tarda unos 53 días en recorrer, y la distancia que nos alejamos de Júpiter es mucho más. En el transcurso de los primeros meses, tenemos suficiente combustible para modificar la órbita para obtener lo que finalmente queremos, y eso lleva unos meses.
P.EJ:Entonces Juno también funciona con energía solar, aparte de su combustible para cambiar su órbita. Tienes que mantenerte expuesto al sol, por lo que debe haber sido un elemento adicional al diseñar tu órbita.
"... en general, evitamos las sombras u ocultaciones de Júpiter".
SB: Sí, esa era una restricción adicional en el sentido de que quiero evitar entrar en la sombra de Júpiter. Quiero que los paneles solares siempre vean el sol. Podemos pasar cortos períodos de tiempo sin eso, pero en general evitamos las sombras u ocultaciones de Júpiter.
P.EJ: ¿Es esa una de las razones por las que la órbita te lleva tan lejos de Júpiter? ¿Para evitar entrar en la sombra de Júpiter?
SB: Sí es cierto. Aunque podría evitarlo incluso si estuviera tan cerca, si orbitara de lado. No tengo que ir detrás de Júpiter, incluso si la órbita era pequeña. Pero tienes que calcular todo eso y asegurarte.
P.EJ: ¿Todos los instrumentos de Juno estarán activos en todas sus órbitas? ¿O algunas de las órbitas están dedicadas a ciertos sensores e instrumentos?
SB: En general, todos los instrumentos están activos. Pero tenemos órbitas que se centran en ciertas cosas según los requisitos de apuntado. Por ejemplo, la medición de la gravedad. Cuando queremos medir el campo de gravedad, tenemos que asegurarnos de que la antena apunte a la Tierra tanto como sea posible. Así es como mides el campo de gravedad, observas la señal que Juno envía de vuelta a la Tierra, y mides el desplazamiento Doppler de la señal de radio y eso te dice cómo el campo de gravedad ha empujado y arrastrado a Juno.
Cuando no estamos midiendo el campo de gravedad, tenemos otros instrumentos que preferirían apuntar directamente a Júpiter. Todavía pueden tomar los datos mientras medimos el campo de gravedad, pero es mejor si apuntan directamente a Júpiter. Podemos tolerar eso porque los paneles solares todavía apuntan al sol, y todavía podemos mantenernos en comunicación con la nave espacial, simplemente no podemos obtener la medición completa del campo de gravedad.
"... al final de la misión, no se espera que las células solares funcionen tan bien como al principio".
Entonces tenemos algunas órbitas dedicadas a esa geometría. Por supuesto, cuando estamos dedicados a eso solía ser que simplemente podríamos apagar el sistema de gravedad si no lo estuviéramos usando. Pero creo que nuestras estimaciones son ahora que nuestro poder es suficiente para que podamos mantener ambos encendidos al mismo tiempo. Ya sea que lo hagamos o no, no es obligatorio, pero al final de la misión no se espera que las células solares funcionen tan bien como al principio.
P.EJ: ¿Eso es por la radiación? ¿Por la misma razón por la que la electrónica es sensible, las células solares se degradarán con el tiempo?
SB: Así es. Así que los tenemos protegidos, pero no sabemos qué tan bien funcionará exactamente. No lo tenemos en nuestros planes, pero podemos acomodarlo con la idea de que al final de la misión, si no tenemos suficiente poder para ejecutar todo, podemos comenzar a apagar algunos de los instrumentos que tienen hecho la mayor parte de la ciencia que queríamos que hicieran. Podemos tomar turnos para saber qué instrumentos están encendidos y cuáles no.
P.EJ: Entonces, ¿eso te da cierta flexibilidad de misión si la radiación es más severa de lo que sugiere el modelado? ¿Tendrá alguna flexibilidad para priorizar cerca del final?
SB: Eso es correcto. En este momento, nuestros modelos sugieren que no tendremos que hacer eso, pero podemos girar ese dial si es necesario.
P.EJ: Me pregunto sobre el modelado detallado que ha realizado para la radiación de Júpiter y la misión Juno, y mirando la información disponible en los sitios web de la NASA y otras fuentes. Se sugiere que no se espera que todos los instrumentos de Juno sobrevivan a las 33 órbitas, ¿no es así? ¿Existe algún tipo de mejor escenario para la supervivencia del instrumento? He leído que JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) y tal vez Junocam solo podría durar hasta la octava órbita, y el Radiómetro de microondas solo podría durar hasta la órbita 11. ¿Es ese el mejor de los casos? ¿O más a la mitad del modelo de carretera que estás siguiendo esos números de órbita?
SB: Esperamos que sea el peor de los casos. Están diseñados para sobrevivir a eso con un factor de 2 márgenes de radiación. Probablemente sea un poco mayor que un factor de dos. Por lo tanto, deberían poder hacerlo sin ningún problema. Sería una sorpresa si no duraran tanto. Nuestra expectativa es que probablemente irán al final de la misión. Pero no cuento con eso, y no lo requiero. Proviene del hecho de que un par de esos instrumentos no tienen su electrónica dentro de la bóveda <titanium>.
P.EJ: ¿Es porque no requieren las 33 órbitas para cumplir su misión? ¿Se da prioridad a los instrumentos para estar dentro de la bóveda de titanio en función de cuántas órbitas requieren para completar su misión?
"En la bóveda con toda la electrónica puede ser un lugar bastante cálido, y algunos instrumentos están un poco mejor cuando hace frío".
SB: Así es. Así es como tomamos esa decisión. Obviamente necesitaban algo de protección contra la radiación de Júpiter, por lo que hay pequeñas cajas a su alrededor, pero no como la bóveda gigante. También hay otras razones por las que no están en la bóveda. Hay algunos beneficios para mudarse. En la bóveda con toda la electrónica puede ser un lugar bastante cálido, y algunos instrumentos están un poco mejor cuando hace frío. Así que hay diferentes oficios que han continuado. Pero lo has caracterizado bien en el sentido de que no estamos obligados a cumplir los objetivos científicos para que duren toda la misión. Pero mi expectativa es que hay beneficios si duran más, así que tenemos la esperanza cuando los diseñamos de que durarían más.
P.EJ: Scott, ¿cuál es tu título formal en la NASA?
SB: Oficialmente se llama Investigador Principal. Así que soy el investigador principal de la misión Juno. Ese es un título oficial que solo significa algo para la gente de la NASA.
P.EJ: Entonces, ¿has estado en el diseño de la misión desde el comienzo de Juno?
SB: Oh si. En cierto modo, creé todo o todo el proceso. Lo que el investigador principal significa para la persona promedio es que soy responsable de Juno. Para todo lo relacionado con Juno, soy responsable de su éxito. Ya sea el diseño, la ingeniería, la ciencia, construirlo a tiempo, gastar demasiado dinero, el calendario, todo ese tipo de cosas. Otra forma de decir eso es que si algo sale mal, yo soy el culpable [risas].
P.EJ: Bueno, creo que mucho de eso va a salir bien [risas]. Así que, como yo, debes estar esperando ansiosamente la llegada de Juno a Júpiter. ¿Cuál es la parte más interesante y emocionante de la misión de Juno, si tuvieras que elegir una cosa? Estoy seguro de que es casi imposible de responder. ¿Y qué podría ser una sorpresa para ti? Cuando miramos la llegada de New Horizon a Plutón y las cosas sorprendentes que encontramos allí, o Cassini encontrando géiseres de hielo, siempre parece haber una sorpresa esperándonos. ¿Qué crees que es más emocionante de Juno, o qué crees que podría ser un hallazgo sorprendente?
"... la parte emocionante de Juno es que vamos a un lugar al que nadie ha ido antes".
SB: Bueno, por la definición de sorpresa, no puedo adivinar. Ninguna de esas cosas podría haber sido anticipada, por eso fueron sorpresas. Pero ya sabes, la parte emocionante de Juno es que vamos a un lugar al que nadie ha ido antes. Vamos a hacer mediciones que nunca se han hecho. Tenemos instrumentos que nunca antes se habían creado, y mucho menos los incorporamos a esta geometría orbital única donde puede realizar mediciones especiales. Así que creo que la anticipación de aprender algo nuevo que nos sorprenderá es la parte emocionante.
¿Qué vamos a aprender realmente que va a cambiar nuestras ideas de dónde surgimos y cómo llegamos aquí? ¿Cómo es realmente Júpiter? Hay tantos acertijos al respecto, y es muy importante. Incluso hoy, las cosas que hemos aprendido sobre nuestro propio sistema solar, y las cosas que hemos aprendido sobre otros sistemas solares a medida que hemos podido comenzar a ver exoplanetas, solo han hecho que Júpiter sea aún más importante para nosotros. Realmente tiene la llave, y creo que la parte emocionante es que finalmente vamos a desbloquear una de las puertas a esos secretos. Estamos ayudando a hacer el camino para futuras misiones para aprender aún más.
La otra cosa que encuentro emocionante es que aunque soy lo que se llama el investigador principal, y si le preguntas a la NASA qué significa eso y te dicen que soy responsable de todo, la verdad es que no es una sola persona. Es un equipo enorme que hizo que esto sucediera. Eso ayudó a diseñarlo, creó una forma de hacerlo, entendió las limitaciones, entendió cómo podría funcionar, descubrió las tecnologías que necesitábamos para que sucediera, y que básicamente tenía la visión de crearlo, y tenía capacidad para implementarlo y llevar esa visión a la realidad. Estoy emocionado de ser parte de este equipo de personas que están logrando esto, y de que ese equipo es en realidad solo parte de nuestra sociedad y humanidad, que está tratando de resolver las cosas. Cosas como cómo encajamos en la naturaleza y cómo funciona el universo. En general, estoy emocionado de ser parte de algo que está tratando de hacer algo así.
P.EJ: Es increíble y estoy completamente de acuerdo con tus palabras, y creo que es emocionante para mí y para los lectores de la revista Space. Es una misión enorme, y no podemos esperar para comenzar a obtener algunos resultados. Y alguna foto. Es súper emocionante.
SB: Yo también. [la risa]
P.EJ: Gracias por tomarte el tiempo de hablar conmigo hoy, Scott. Ojalá podamos volver a hablar. Sé que la gente está muy interesada en la misión Juno.
SB: De nada. Tenga un buen día.
