Ilustración NASARepresentación artística de la sonda New Horizons, que alcanzará la órbita de Plutón en 2015Ilustración NASA
El grupo liderado por la investigadora Silvia Giuliatti Winter, de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) con sede en la localidad de Guaratinguetá, se encuentra analizando mediante simulaciones computacionales cada vez más minuciosas la posibilidad de que haya despojos ‒desde granos de polvo hasta guijarros‒ que se acumulen en ciertas regiones del espacio en las cercanías de Plutón y de sus lunas por donde pasará la sonda espacial New Horizons, proyectada para explorar los confines del Sistema Solar. El trabajo de los físicos brasileños fue el primero que alertó sobre el riesgo que la New Horizons, lanzada en 2006 por la agencia espacial estadounidense (NASA) puede correr al atravesar una de esas regiones en 2015. Sucede que la sonda se desplaza a 14 kilómetros por segundo y su instrumental podría dañarse o destruirse incluso ante la mera colisión con un grano de arena.
“El trabajo de los brasileños ha sido extremadamente relevante”, sostiene el astrónomo Harold Weaver, del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, en Estados Unidos, uno de los líderes del proyecto de la New Horizons. “Hemos seguido de cerca sus publicaciones”.
A partir de 2010, el grupo de la Unesp ha publicado sus conclusiones mediante una serie de artículos en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Los resultados más recientes, también remitidos a la MNRAS, fueron presentados en julio, en el marco de la Conferencia Plutón, en Estados Unidos, organizada por el equipo de la New Horizons.
Ilustración NASA / Infografía Ana Paula CamposTodo parecía bajo control en enero de 2006, cuando la NASA envió al espacio esa sonda rumbo a su periplo de nueve años con destino a Plutón, reclasificado aquél año como un planeta enano. En enero de 2015, la sonda activará sus ocho instrumentos científicos, entre ellos un detector de polvo interplanetario y un telescopio ultrasensible, apropiado para la oscuridad que reina en esa región del espacio, 40 veces más lejos del Sol de lo que se encuentra la Tierra. El 14 de julio de 2015, la New Horizons realizará su máxima aproximación a Plutón. Pasará entre el planeta enano y su mayor luna, Caronte, registrando imágenes con una resolución de hasta 100 metros de las superficies desconocidas de ambos cuerpos celestes. Al menos, ése era el plan original.
Órbitas estables
El panorama empezó a complicarse cuando la vicejefa científica de la misión New Horizons, la astrónoma Lesley Young, del Instituto de Investigaciones Southwest, en el estado de Colorado, supo del trabajo del equipo de la Unesp, presentado en 2009 en la reunión anual de la Unión Astronómica Internacional, llevada a cabo en Río de Janeiro. El estudio revelaba por primera vez que, entre Plutón y Caronte, existe lo que los expertos en dinámica planetaria denominan regiones con órbitas estables. Son zonas del espacio en donde los cuerpos celestes menores pueden permanecer orbitando a cuerpos mayores indefinidamente. Las regiones estables tienden a acumular material, llegando a veces a albergar lunas y anillos.
Y material interplanetario no escasea en el cinturón de Kuiper, la región del Sistema Solar donde se encuentran Plutón y, posiblemente, miles de otros planetas enanos, además de otros cuerpos menores. El cinturón de Kuiper resguarda el sobrante de los primeros bloques de roca y hielo que se formaron alrededor del Sol hace miles de millones de años.
Giuliatti y sus colaboradores en la Unesp son expertos en determinación del movimiento de cuerpos celestes interactuando simultáneamente bajo el efecto de la fuerza de gravedad. Ellos lograron predecir las trayectorias de esos cuerpos por medio de simulaciones computacionales que tardan semanas en realizarse. El par Plutón-Caronte representó un desafío único. La diferencia de tamaño entre el planeta enano y su mayor luna es exigua: el diámetro de Plutón es de 2.300 kilómetros, y el de Caronte, 1.200 kilómetros. Al contar con dimensiones similares, se comportan de manera distinta que otros pares del Sistema Solar, tales como la Tierra y la Luna.
ILUSTRACIÓN NASA / INFOGRAFÍA ANA PAULA CAMPOSLa búsqueda de regiones estables se realiza determinando la trayectoria de partículas hipotéticas con masas pequeñas comparadas con las de Caronte y Plutón, situadas en variadas condiciones iniciales en cuanto a su posición y velocidad. “Obtuvimos una noción de dónde se encuentran las regiones estables y del volumen que ocupan al observar la órbita de tales partículas”, explica Giuliatti.
En noviembre de 2011, ella y el investigador Othon Winter, su marido, fueron invitados a participar en un evento especial del equipo de la New Horizons, en Boulder, Colorado. Se trataba de un workshop dedicado a debatir el riesgo de que la sonda colisionara con objetos en las cercanías de Plutón. El jefe científico de la misión, Alan Stem, les pidió entonces que estudiaran mejor las regiones estables. En el primer artículo, en 2010, los brasileños habían buscado regiones con órbitas estables en el plano formado por las órbitas de Plutón y Caronte. En el trabajo posterior, que apareció este año, eanalizaron también las órbitas fuera de ese plano y lograron una idea mejor al respecto de su forma y localización.
Las órbitas estables se concentran en algunas franjas cercanas a Plutón y otras de Caronte, y en una región entre ambos astros bautizada con el nombre de región velero, porque su formato se asemeja a un barco de vela, por donde podría cruzar la New Horizons. Los cálculos iniciales sugieren que el riesgo de colisión no es despreciable, aunque resta cuantficarlo.
Nuevas lunas
Más allá de los estudios teóricos de la dinámica orbital, la preocupación por lo que la New Horizons podría encontrar en su trayectoria intensificó las observaciones de Plutón, de Caronte y de sus lunas más lejanas, las pequeñas Nix e Hidra, cada una con 150 kilómetros de diámetro, descubiertas en 2005 mediante el telescopio espacial Hubble. El astrónomo Mark Showalter, del Instituto Seti, en Estados Unidos, experto en trabajar al límite de la resolución de imágenes obtenidas por medio de sondas espaciales y telescopios, dirigió en 2011 una campaña de observaciones con el Hubble en busca de anillos en Plutón. Los análisis de las imágenes no revelaron indicios de anillos, pero condujeron al descubrimiento de otras dos lunas, bautizadas este año: Cerbero y Estigia.
La ausencia de anillos corrobora el resultado de un estudio publicado por el grupo de Giuliatti este año en la revista MNRAS. Su alumna de doctorado Pryscilla dos Santos simuló la formación de anillos en torno a Plutón, que estarían constituidos por partículas rocosas y de hielo eyectadas desde Nix e Hidra al colisionar con meteoritos. Ellas descubrieron que a pesar de que Plutón y sus lunas se encuentren tan lejos del Sol, la presión de la radiación solar sería suficiente como para diseminar las partículas, prácticamente impidiendo la formación de anillos, que, de existir, serían tan poco densos que no podrían detectarse. No obstante, Giuliatti resalta que otros mecanismos no estudiados, tales como la existencia de otros satélites naturales alrededor de Plutón, podrían formar anillos demasiado tenues como para ser detectados por el Hubble, pero sí por la New Horizons.
El descubrimiento de Cerbero fue una sorpresa aún más agradable. Esa luna, con un diámetro estimado entre 5 y 15 kilómetros, orbita a Plutón en una de las regiones de estabilidad que el equipo de la Unesp preveía que existiera para cuerpos con ese tamaño, entre las órbitas de Nix e Hidra. Este resultado, que fue presentado en 2011, sugería que podrían descubrirse otras lunas entre Nix e Hidra. Pero la luna que se descubrió más recientemente, la quinta, no se encuentra ahí. Orbita en una trayectoria más interna, cercana a Caronte. La órbita de la pequeña Estigia, que cuenta entre 4 y 12 kilómetros de diámetro, aún es un misterio. Según Giuliatti, hay gran incertidumbre con respecto a la masa de esa luna como para determinar su trayectoria. En todo caso, el descubrimiento de Estigia indica problemas para la New Horizons. Las colisiones de objetos interplanetarios con Estigia y lunas menores aún no descubiertas podrían esparcir despojos entre Plutón y Caronte.
Es posible que en los próximos meses haya que revisar el plan de atenuación de daños para la New Horizons aprobado en junio. Weaver explica que, luego de analizar toda la información relevante, él y sus colegas arribaron a la conclusión de que la probabilidad de un impacto capaz de abortar la misión en su trayectoria original es menor que un 0,3%. Sucede que la sonda debe atravesar una región inestable cercana a Caronte. De no surgir nuevas evidencias de peligro, la sonda proseguirá su camino establecido antes de que el riesgo de choques sea advertido por el grupo de la Unesp. De cualquier modo, el equipo de la NASA cuenta con dos planes de emergencia. Uno consiste en reorientarla para utilizar su antena de comunicación como un escudo contra los fragmentos. El otro radica en acercarla todavía más hacia Plutón, haciéndola pasar a 2.200 kilómetros de su superficie, como una manera de utilizar la atmósfera del planeta enano como protección contra las partículas. “La trayectoria original fue planificada para optimizar el provecho científico y cualquier modificación se traducirá en pérdidas”, explica Weaver. “Aunque hubiera pérdidas, la misión revolucionará nuestro conocimiento acerca de Plutón y del cinturón de Kuiper”.
Proyectos
1. Dinámica de pequeños cuerpos (nº 2011/08171-3); Modalidad Proyecto Temático; Coord. Othon Cabo Winter/Unesp; Inversión R$ 560.886,80 (FAPESP).
2. Dinámica del sistema binario Plutón-Caronte (nº 2009/18262-6); Modalidad Beca de doctorado; Benefic. Pryscilla Pires dos Santos/ Unesp; Inversión R$ 121.831,32 (FAPESP).
Artículos científicos
PIRES DOS SANTOS, P.M. et al. Small particles in Pluto’s environment: effects of the solar radiation pressure. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. v. 430. abr. 2013.
GIULIATTI WINTER, S. M. et al. Stable regions around Pluto. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. v. 430. abr. 2013.
