¿Europa o Titán? II

En una anterior entrada comentábamos las características principales de las dos candidatas para la próxima misión flagship de la NASA:

• Europa Jupiter System Mission (EJSM).
• Titan Saturn System Mission (TSSM).

La decisión debía haberse hecho pública el pasado día doce de febrero, pero se ha pospuesto la presentación hasta finales de mes. Para un entusiasta de la exploración del Sistema Solar como yo, elegir entre una de las dos misiones es como preguntarle a un niño si quiere más a papá o a mamá. Ahora bien, si queremos comprender la crucial elección que la NASA y la ESA están a punto de tomar, podemos leer los Informes Finales de cada misión, disponibles en la página de Outer Planet Flagship Mission. Además podemos consultar los correspondientes informes de la ESA para EJSM y TSSM. Estos estudios se centran en la ciencia que cada misión puede realizar durante su vida útil. Resulta francamente complicado hacer un resumen de las más de mil páginas que suman ambos informes, pero podemos añadir algunos comentarios que considero importantes.



Europa Jupiter System Mission:

EJSM contaría con dos naves independientes: un orbitador de la NASA (JEO), con radar incluido, para el estudio de Europa y un orbitador de la ESA para Ganímedes (JGO).


Calendario de las misiones JEO y JGO.


Experimentos de JEO y JGO.



Experimentos de JEO.


Jupiter Europa Orbiter (JEO).


Jupiter Ganymede Orbiter (JGO).

Desde el 4 de febrero de 2026 al 4 de mayo de 2028, JGO estudiará en detalle las dos grandes lunas galileanas Calisto y Ganímedes mediante repetidos sobrevuelos. De febrero de 2028 a febrero de 2029 la sonda estará en una órbita resonante entre ambos satélites. En mayo de 2028 entrará en órbita de Ganímedes. Tras estudiar este mundo desde una órbita de 200 km, se estrellará contra él el 6 de febrero de 2029. No se acercará a Júpiter más allá de la órbita de Ganímedes, lo que permitirá mantener al mínimo las dosis de radiación y alargar la vida útil de los paneles solares (JEO usará RTGs). JGO también incorporará un radar para estudiar la estructura de Ganímedes y Calisto, pero carecerá de cámara de alta resolución.





Jupiter Ganymede Orbiter (JGO).


Órbita final de JGO.

Los objetivos del Jupiter Europa Orbiter (JEO) son:

• Objetivo A: verificar la existencia de un océano en Europa. Los instrumentos claves serán el radar y el magnetómetro. El radar, a 50 MHz, estudiará las profundidades desde 100 m a 3 km, con 10 m de resolución vertical. El magnetómetro tiene una sensibilidad de 0,1 nT.
  
• Objetivo B: espesor y estructura de la capa de hielo de Europa. Las teorías actuales no se ponen de acuerdo sobre si esta capa mide unos pocos kilómetros o varias decenas. Los instrumentos claves, además del radar, serán la cámara de alta resolución y un altímetro láser. El altímetro tendrá una resolución de 1 m. La cámara de alta resolución tendrá una resolución espacial inferior a 1 m.
  
• Objetivo C: química de Europa.
• Objetivo D: geología de Europa.
• Objetivo E: estudiar el sistema de Júpiter. En concreto, la atmósfera de Júpiter y su magnetosfera, además de Ío, son objetivos prioritarios.

Jupiter Europa Orbiter (JEO).


Características de JEO.


Estructura de los mundos a estudiar por JEO y JGO. Titán, Encélado y la Tierra aparecen a escala.


Anteriores propuestas de misiones a Europa.



Titan Saturn System Mission:

TSSM utilizará propulsión iónica para acortar su larga travesía por el Sistema Solar y comenzará con una misión de dos años por el sistema de Saturno antes de entrar en órbita de Titán. Durante esta primera fase, la estrella será la pequeña luna Encélado y sus géiseres, que estudiará durante siete sobrevuelos. Además de imágenes en alta resolución, TSSM podrá investigar Encélado mediante radar hasta los 50 km de profundidad, midiendo el espesor de la capa de hielo y la morfología de los puntos calientes de la luna. Además, podrá investigar directamente la composición de los géiseres con un espectrómero de masas al pasar entre ellos.
Los anillos recibirán también un estudio en detalle, pues TSSM se acercará a los anillos B y C a una distancia tres veces inferior a la alcanzada por Cassini, aunque más espectacular serán los encuentros con el anillo A, el cual se observará desde una distancia siete veces inferior. Otros sobrevuelos de lunas menores serían posibles. En este caso, el radar sería una vez más el instrumento más novedoso. La atmósfera de Saturno también sería estudiada con los instrumentos de TSSM, que tienen una resolución mayor que los de la Cassini.


La TSSM con su etapa iónica camino a Saturno.


Resumen de la misión TSSM.

TSSM también realizará 16 sobrevuelos de Titán antes de entrar en órbita alrededor de este satélite. En algunos de ellos, la sonda se aproximará hasta los 750 km de la superficie, frente a los 1500 km de su fase orbital. Este elevado número de sobrevuelos obedece a razones tanto científicas como de mecánica orbital, ya que, al igual que Cassini, TSSM usará el campo gravitatorio de esta luna para maniobrar por el sistema de Saturno.


Sobrevuelos del sistema de Saturno antes de entrar en órbita alrededor de Titán.

Durante estos sobrevuelos no se empleará el radar, ya que éste utiliza un ingenioso sistema de dos conjuntos de antenas: el primero será usado para estudiar Encélado y otras lunas. Puesto que se piensa que las antenas podrían no sobrevivir el aerofrenado de la sonda con la atmósfera de Titán, este primer conjunto de antenas se desprendería y un segundo grupo sería desplegado una vez la TSSM estuviese en órbita circular alrededor de Titán. Este es uno de los puntos de la misión que menos me gusta: si el segundo par de antenas no logra desplegarse, la sonda será incapaz de realizar un mapa de radar de Titán, uno de los objetivos claves de la misión. Resumiendo, los objetivos científicos prioritarios de TSSM son:

• Objetivo A: estudiar Titán, su superficie y su atmósfera, así como el complejo ciclo del metano que encontramos en este mundo. El instrumento estrella será el radar TiPRA (Titan Penetrating Radar), que sondeará la superficie desde una órbita de 1500 km de altura (debido a la estructura vertical de la atmósfera titánica, son imposibles órbitas estables por debajo de los 1000 km). TiPRA realizará una cartografía de Titán con una resolución espacial de 1-2 km y 10 m de resolución vertical, imprescindible para levantar mapas 3D de la luna y comprender su ciclo del metano. Podrá alcanzar profundidades de hasta 5 km.

Ciclo del metano en Titán.


Radar TiPRA desplegado.

• Objetivo B: estudiar la compleja química de Titán, el único mundo del Sistema Solar además de la Tierra donde en la actualidad tienen lugar procesos de química orgánica abiótica en la atmósfera y en la superficie al mismo tiempo. Para ello, TSSM empleará principalmente el instrumento HiRIS (High-Resolution Imager and Spectrometer) que permitirá obtener imágenes de la superficie con una resolución espacial de 50 m (250 m para el espectrómetro) y en el rango del infrarrojo cercano, de 1 a 6 micrómetros (en concreto, en dos rangos de 0,85 - 2,4 µm y 4,5 - 5,8 µm). La Cassini sólo puede observar hasta las 5 micras, lo que impide la discriminación clara de la firma espectral de muchos compuestos orgánicos. Otros instrumentos claves para la consecución de este objetivo serán el PMS (Polymer Mass Spectrometer), TIRS (Thermal Infrared Spectrometer) y el SMS (Sub-Milimeter Spectrometer).

Comparación de la resolución del espectrómetro de masas PMS (dcha.) con el instrumento INMS de la Cassini.


Comparación entre el HiRIS de TSSM y el VIMS de Cassini.

• Objetivo C: Encélado y la magnetosfera de Saturno. Encélado es un objetivo prioritario en si mismo, muy similar a la luna de Júpiter Europa, aunque mucho más pequeño. Por otro lado, la magnetosfera de Saturno influye en la atmósfera y química de Titán. El radar TiPRA obtendrá datos del polo sur de Encélado hasta una profundidad de 50 km y una resolución superficial de 1 km (10 m en vertical). El experimento MAPP (Magnetometerand Plasma Package) será primordial para la consecución de la segunda parte de este objetivo.

Instrumentos de los vehículos de TSSM.


Ángulo de visión de cada instrumento.



Distintas fases de la misión TSSM.


Partes de la órbita de Saturno estudiada por las distintas naves que han visitado el planeta.

El globo de la ESA tiene una vida útil de seis meses y queda abierta la posibilidad de que pueda comunicarse directamente con la Tierra, aunque obviamente el orbitador de TSSM es el principal medio de comunicación a priori. En este caso, el globo podrá detectar la señal del orbitador y orientar su antena hacia él de forma automática. Contará con tres cámaras, dos de las cuales apuntarán hacia abajo para obtener imágenes con una resolución menor a 10 m. Una tercera cámara estará instalada de forma lateral para observaciones metereológicas. Es posible que al final se incluya una cuarta cámara de alta resolución para conseguir resoluciones de menos de un metro. También tendrá un radar que permitirá estudiar la corteza de hielo hasta una profundidad de 1 km. El aterrizador llevará un sonar abordo para estudiar la profundidad del Kraken Mare, actualmente objeto de mucha controversia.


Subsondas de la ESA.



Globo del CNES.


Dimensiones de las sondas: globo (izquierda) y aterrizador.


Experimentos y características de las subsondas.


Lugar de aterrizaje de la sonda lacustre en el Kraken Mare del polo norte de Titán.





Distintas vistas del orbitador TSSM.


Configuración de la nave durante el aerofrenado. Nótese la cubierta del motor.


Alternativas de TSSM con distintos cohetes. Si se usase el Ares V, el tiempo de misión se reduciría a 3 años.



Conclusión:

Ambas misiones son apasionantes. Como ya he comentado, personalmente me decanto por TSSM debido al tremendo interés que Titán tiene para mí, en muchos aspectos el mundo más interesante del Sistema Solar tras la Tierra. Ahora bien, creo que la misión elegida finalmente será la Europa Jupiter System Mission por varias razones:

1. EJSM cuenta con una participación europea independiente. Si la ESA reduce o cancela su colaboración, la NASA podrá lanzar sin ningún problema su sonda JEO hacia Europa. Sin embargo, si la ESA elimina su participación en TSSM nos quedaríamos sin el aterrizador y el globo para explorar Titán, precisamente dos de los elementos más novedosos y espectaculares de la misión. Sin la contribución de la ESA, TSSM sería poco menos que una Cassini 2.
2. La Cassini todavía está en órbita de Saturno mandando datos de su sistema y de Titán. Con suerte, todavía nos quedan varios años de funcionamiento de esta sonda. Todavía no entendemos bien los complejos procesos que tienen lugar en Titán, algo que requerirá muchos años de análisis de los datos de la Cassini. Se hace difícil justificar una misión tan cara y compleja cuando ya tenemos una nave de tipo flagship operativa en Saturno. Por contra, el sistema de Júpiter no recibe la visita de un orbitador dedicado desde la misión Galileo, hace ya una década.
3. Europa es un objetivo prioritario desde hace diez años. La NASA debía haber lanzado un orbitador a esta luna durante esta década, pero por diversos motivos políticos -especialmente debido a la malograda aventura JIMO-, esta misión no se llevó a cabo. Sin duda, ya es hora de estudiar Europa.
   

Una petición final a la administración Obama: como parte del estímulo financiero, ¿no sería posible lanzar las dos sondas y así nos quedamos todos contentos?