lunes, mayo 25, 2009

El Sistema Solar - Fobos y Deimos | El Tamiz

El Sistema Solar - Fobos y Deimos | El Tamiz

En las últimas entradas de la serie acerca del Sistema Solar hemos explorado Marte de cabo a rabo, hablando sobre aspectos generales del planeta, geografía, exploración moderna de su superficie, posibilidades de vida y especulaciones sobre una futura colonización y terraformación. Hoy finalizamos nuestra visita al Planeta Rojo hablando acerca de sus dos pequeños satélites, Fobos y Deimos.

Fobos y Deimos
Fobos (izquierda) y Deimos (derecha). Crédito: NASA.

Cuando digo “pequeños” no me estoy refiriendo a un tamaño ligeramente inferior al de nuestra Luna, sino a algo realmente minúsculo, tan pequeño que su descubrimiento es recientísimo en la historia de la humanidad: es imposible ver estas dos pequeñas Lunas desde la Tierra sin utilizar un telescopio de gran potencia. Pero esto no quiere decir que no sospechásemos de su existencia desde hace bastante tiempo… aunque por razones bastante poco consistentes.

Fue el alemán Johannes Kepler quien primero sugirió que Marte podría tener satélites aunque no pudiéramos verlos, y no sólo eso: propuso la idea de que se trataría, con mucha probabilidad, de dos lunas. Sin embargo, antes de que te quites el sombrero ante el genio de Kepler, espera a conocer su razonamiento: la Tierra tiene un satélite, y Júpiter cuatro. Ya que la órbita de Marte se encuentra entre esos dos planetas, es lógico pensar que tendrá un número intermedio de satélites. Y dada la perfección de la Naturaleza, parece razonable suponer que el número de satélites seguirá una progresión geométrica sencilla: 1, 2, 4…, con lo que Marte probablemente tiene dos lunas.

Sí, Kepler era un genio y merece que nos quitemos el sombrero por muchas otras cosas… pero aquí, aunque acertó en su conclusión, su argumento no tiene ni pies ni cabeza, y parte de una premisa falsa. En primer lugar, hoy sabemos que Júpiter no tiene cuatro satélites sino docenas de ellos: las cuatro lunas con las que contaba Kepler eran los cuatro satélites descubiertos por Galilego (llamados satélites galileanos de Júpiter, y de los que hablaremos cuando corresponda), y las otras muchas lunas de Júpiter eran simplemente demasiado pequeñas para ser vistas con los primitivos telescopios de entonces. Así que, de cuatro, nada.

Además, el número de satélites de los planetas no se ajusta a ninguna progresión geométrica dependiendo de su distancia al Sol: ¿por qué iba a hacerlo? Hoy en día puede parecer sorprendente un argumento basado en la “perfección de la Naturaleza”, que se parece más a los razonamientos ancestrales sobre un número perfecto de planetas y órbitas que fuesen curvas perfectas, pero como ves aún se empleaban con relativa frecuencia en tiempos de Kepler. En fin, el caso es que, aunque de chiripa, acertó.

Hubo que esperar más de dos siglos para que los telescopios avanzaran lo suficiente como para confirmar la afortunada hipótesis de Kepler: en 1877, el astrónomo estadounidense Asaph Hall observó por primera vez las dos lunas de Marte en menos de una semana, utilizando un gran telescopio de 66 centímetros de diámetro. No se trata de una casualidad, ya que Hall intentaba determinar precisamente si Marte tenía satélites o no y, si los tenía, cuántos eran. Además, estaba realmente interesado en poder entrar en su casa (de eso hablaremos dentro de un rato). El caso es que era ya evidente por entonces que, si no se había observado ninguna luna antes, o bien no existían o bien debían ser necesariamente objetos muy pequeños. Cuando Hall observó las dos lunas se confirmó que eran, efectivamente, minúsculos satélites.

Henry Madan, de Eton College, sugirió el nombre de los dos satélites: Fobos y Deimos, dos de los hijos de Ares y dioses menores del Miedo y el Terror respectivamente. Hay aquí una desgraciada inconsistencia (sin importancia, pero bueno), en el sentido de que utilizamos el nombre latino de Marte para referirnos al planeta, pero no empleamos Timor y Metus para sus lunas, sino los nombres griegos de Fobos y Deimos.

Pedanterías aparte, observando el tránsito de ambas lunas frente a Marte fue posible rápidamente calcular el radio de sus órbitas a partir del período orbital: Fobos tardaba unas siete horas y media en dar una vuelta a Marte, y Deimos algo más de un día. Por lo tanto, el radio de la órbita de Fobos era de unos 9 400 km, y el de la órbita de Deimos unos 23 500 km. Compara esto con los datos de la Luna alrededor de la Tierra: unos 28 días y 384 000 km. ¡Fobos y Deimos están prácticamente pegados a Marte!

Órbitas de Fobos y Deimos
Órbitas de Fobos y Deimos. Crédito: JiFish/CC 2.5 Attribution Sharealike License.

Poco más supimos sobre estos dos minúsculos satélites durante bastante tiempo, pero en el siglo XX pudimos conocer mucho más sobre ellos, y sobre todo en la última parte del siglo, cuando todas las sondas que hemos mencionado al hablar de Marte, aunque enfocadas fundamentalmente sobre Ares, empezaron a mirar de reojo a Fobos y Deimos. Aunque aún no hemos posado ningún objeto sobre ellas (de eso hablaremos al final del artículo), ya sabemos bastante sobre los dos hermanos; sin embargo, aún no hemos respondido a todas nuestras preguntas.

Fobos, el más cercano al planeta, es el satélite mayor, aunque es una mota de polvo comparado con nuestra Luna. Es tan pequeño que ni siquiera es redondo: tiene una forma irregular de unos 26,8 km x 22,4 km x 18,4 km, y una minúscula masa de unos 1016 kg. Ya sé que es difícil poner esto en perspectiva, pero nuestra propia Luna tiene una masa de 7,3·1022 kg, es decir, la masa de unos siete millones de Fobos. Vamos, que más que miedo, Fobos da risa.

Por cierto, este mini-satélite es un buen argumento contra las tonterías que se oyen de vez en cuando acerca de la gravedad Lunar. Seguro que lo has oído o leído alguna vez: “Si estás en la Luna, la gravedad es tan pequeña que, si no tienes cuidado y saltas con demasiado entusiasmo, ¡puedes no volver a caer, y perderte en el vacío del espacio!” Esto, por supuesto, es absolutamente falso, y es evidente que es así si piensas lo siguiente: si estuvieras de pie sobre la superficie de Fobos y saltaras con todas tus fuerzas… volverías a caer de nuevo sobre su superficie. La velocidad de escape de Fobos, esta pequeña roca espacial, es de unos 40 km/h, algo ridículo astronómicamente hablando, pero suficiente para atrapar a un ser humano sin ayuda tecnológica.

Fobos Fobos, fotografiado por la Mars Reconnaissance Orbiter en 2008. Versión a 3374×3300 px. Crédito: NASA.

Además de ser un satélite muy pequeño, Fobos es muy poco denso: unos 1 900 kg/m3, algo más de la mitad de la densidad de nuestra Luna. Esto nos hace pensar que es muy poroso, y que probablemente tiene un gran contenido en hielo en su interior. Habrá que esperar a que alguna de nuestras futuras misiones se pose sobre él para saber más sobre este aspecto, pero la estructura y la composición de Fobos lo asemejan mucho a cuerpos del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, lo que se ha considerado durante mucho tiempo una pista sobre su posible origen.

Para hacerte una idea lo más cercana a la realidad posible del aspecto y el tamaño de este satélite, te recomiendo que veas este vídeo (mpg), en el que se aproxima más a su color real y puede verse el enorme tamaño aparente de Marte visto desde el planeta. Puedes encontrar alguna animación más de esta luna en la página de la que procede el vídeo.

Aunque Fobos es tan pequeño, orbita tan cerca de Marte que es perfectamente visible desde su superficie… ¡pero no en todas partes! A menudo pensamos en los satélites de otros planetas como en equivalentes más o menos pequeños o grandes de nuestra Luna, pero hay diferencias importantes dependiendo de las características de la órbita del satélite, no sólo su tamaño. Éste es un buen ejemplo de ello.

Tamaños aparentes comparados de la Luna y Fobos
Tamaños aparentes comparados de la Luna y Fobos desde sus respectivos planetas.

Desde luego, la diferencia de tamaño con nuestra Luna, aunque Fobos esté mucho más cerca de su planeta que nuestra Selene del nuestro, es evidente: Fobos tiene más o menos la tercera parte del tamaño angular que la Luna, cuando se mira desde la superficie marciana. Pero hay más diferencias fundamentales — por ejemplo, el tamaño aparente de Fobos varía bastante según desde dónde se mira. En la Tierra, el que estés más o menos al norte o al sur no influye mucho en el tamaño de la Luna en el cielo, porque la distancia entre el satélite y la Tierra es tan grande que la diferencia entre uno y otro caso es muy pequeña en comparación. Pero Fobos está muy cerca de Marte, y orbita en un plano ecuatorial.

Por lo tanto, si estás cerca del ecuador marciano, verás un Fobos relativamente grande, pero si viajases hacia el norte o el sur, el tamaño aparente de la luna iría disminuyendo, ya que te estarías alejando de ella una distancia mensurable comparada con la que hay entre Fobos y la superficie del planeta. Pero pasaría algo aún más raro: como Fobos va, por así decirlo, “casi a ras de suelo”, según viajaras hacia uno de los polos, además de hacerse cada vez más pequeño el satélite estaría más y más cerca del horizonte. Y llegaría un momento, cuando alcanzases una latitud de unos 70º, que dejarías de verlo completamente: desde los polos de Marte, Fobos es completamente invisible.

Pero es que aquí no acaba lo raro, visto desde un punto de vista terrestre. En nuestro planeta, puesto que la Luna tarda casi un mes en dar una vuelta, lo que determina su movimiento aparente en el cielo a lo largo de un día es la rotación terrestre: la Luna sale por el este, asciende en el cielo y se pone por el oeste, como el Sol y las demás estrellas. Los movimientos de todos esos cuerpos celestes son tan lentos comparados con la rotación de la Tierra que es ésta la que determina el movimiento que vemos en el cielo.

¡Pero Fobos va muy rápido! Como he dicho antes, da una vuelta cada siete horas y media. Pero, si recuerdas la primera entrada sobre Marte, dijimos allí que la duración de un día marciano era ligeramente superior a la del terrestre, unas 24 horas y 40 minutos. Dicho de otro modo, Fobos gira alrededor del centro de Marte bastante más rápido que el propio planeta. ¿La consecuencia al mirarlo en el cielo? Fobos sale por el oeste, se mueve a una velocidad terrorífica por el cielo (para ser una luna, claro está) y se pone por el este en poco más de cuatro horas… y en unas pocas más aparece de nuevo por el oeste y recorre el firmamento una segunda vez. Raro, ¿eh?

Fobos es tan pequeño que no puede crear verdaderos eclipses, ya que su tamaño angular en el cielo es menor que el del Sol, y esto a pesar del pequeño tamaño del Astro Rey visto desde Marte. De modo que el Miedo no produce sombras sobre el suelo marciano, sino simplemente penumbra. Nuestras sondas han tomado fotos de esta penumbra desde sus órbitas:

Penumbra de Fobos sobre Marte
Penumbra de Fobos sobre Marte (imagen tomada por la Mars Global Surveyor). Crédito: NASA.

Más valiosas aún son las imágenes tomadas por Opportunity (uno de los dos MER, de los que hablamos hace unas semanas), en las que el pequeño robot miró hacia arriba según Fobos pasaba frente al Sol, con lo que tenemos secuencias de fotografías del tránsito de esta luna frente al disco solar. Estos tránsitos duran muy poco tiempo (alrededor de medio minuto) ya que, como he dicho antes, Fobos se mueve con relativa rapidez por el firmamento y el Sol es muy pequeño visto desde el Planeta Rojo:

Tránsito de Fobos frente al Sol
Crédito: NASA.

Si pudieras acercarte a la Luna la verías en todo su siniestro esplendor. Nuestras sondas, desde las Viking hasta las actuales, han tomado multitud de imágenes de Fobos, y nos han revelado con creciente detalle una Luna irregular y oscura, muy oscura: uno de los cuerpos más oscuros de todo el Sistema Solar. Aunque sea irregular en general, hay una estructura que domina el aspecto de Fobos y que resulta evidente al mirar casi cualquier imagen del satélite:

Cráter Stickney
Cráter Stickney. Imagen tomada por la Mars Reconnaissance Orbiter. Versión a 1836×1362 px. Crédito: NASA.

Se trata del cráter Stickney, un nombre que seguro te resulta familiar si has leído las novelas de Kim Stanley Robinson que recomendamos al hablar de Marte. El nombre honra a Chloe Angeline Stickney Hall, la mujer de Asaph Hall, quien –de acuerdo con la leyenda, a saber si cierta o falsa–, cuando el astrónomo estaba a punto de darse por vencido mientras buscaba las lunas de Marte, se negó a permitirle entrar en casa hasta que encontrase algo. Incluso si es cierto que sucedió esto, no sé si la buena mujer merece honores o críticas: a mí no me haría mucha gracia que me hicieran eso, aunque fuera en aras de la Ciencia.

El caso es que el cráter Stickney es un verdadero monstruo, comparado con el tamaño de Fobos: tiene unos 9 km de diámetro, alrededor de la mitad del de la Luna. El impacto que lo creó tiene que haber sido tremendo. Por si te lo estás preguntando, el pequeño cratercillo que tiene dentro, y que se debe por supuesto a algún impacto posterior, no tiene nombre. También puedes ver líneas difuminadas que apuntan hacia el interior del cráter en sus pendientes: se trata probablemente de deslizamientos de tierra y pequeñas “avalanchas” de material que ha caído hacia el fondo del cráter debido a la débil, pero no nula, gravedad de Fobos.

La otra estructura más evidente de Fobos, y que también puedes ver en la foto de arriba, es el conjunto de estrías, como cicatrices, que lo recorren de cabo a rabo. Al principio se pensó que eran radiales respecto al cráter Stickney, y que se trataba de surcos creados por trozos del cuerpo que impactó contra Fobos entonces. Sin embargo, la Mars Express tomó multitud de fotos para observar la dirección de estos surcos, y no están centrados en Stickney, sino en la “proa” de Fobos, es decir, la parte de la Luna que está “delante” en su movimiento alrededor de Marte. Por lo tanto, hoy pensamos que son surcos formados por pequeños cuerpos contra los que ha ido chocando Fobos: a lo largo de los eones que Fobos lleva orbitando Marte, algunos impactos sobre la superficie del Planeta Rojo han desprendido pedazos de roca (algunos de ellos, como ya dijimos, se han convertido en meteoritos al llegar a la Tierra), y Fobos se ha topado con unos cuantos de ellos, que lo han “herido” con esas cicatrices.

Desgraciadamente para Fobos, no sólo acabará “herido”, sino “muerto”: está condenado a ser destruido, como no puede ser de otra forma en una tragedia griega que se precie. Para entender el porqué, debes haber entendido el progresivo alejamiento entre la Luna y la Tierra, de modo que, si no lo leíste en su momento, mejor lo haces ahora antes de seguir con este artículo.

Entre Marte y Fobos sucede lo mismo que explicamos entre la Tierra y la Luna… pero al revés. La clave de la cuestión es que la Luna gira alrededor de la Tierra más lentamente que la Tierra sobre su eje, de modo que el “pico estirado” que ve la Luna en la Tierra debido a las mareas está siempre por delante de ella, y nuestro satélite roba parte de la energía de rotación de la Tierra y se va alejando de ella poco a poco. Pero Fobos gira mucho más rápido alrededor que Marte que la rotación del planeta alrededor de su eje. Como consecuencia, Fobos ve el “pico de marea” por detrás de él, y se va frenando poco a poco, transfiriendo energía al Planeta Rojo y descendiendo lenta pero inexorablemente.

Desde luego, Marte casi ni se entera de esta ganancia de energía, porque Fobos es muy pequeño, pero el Miedo sí que nota la pérdida, leve pero constante: cada año, Fobos se acerca 20 centímetros a Marte, con lo que sus días están contados. En un abrir y cerrar de ojos (astronómico, claro) de unos 11 millones de años, Fobos habrá dejado de existir. Las dos opciones son igualmente catastróficas para la Luna: o bien impactará contra Marte, o bien acabará convertido en un efímero anillo de rocas y polvo. Lo que suceda depende de la consistencia del propio Fobos.

Según el satélite se vaya acercando a Marte, las fuerzas de marea serán cada vez mayores. Para cualquier satélite existe un límite, denominado límite de Roche, que marca la distancia a la que las fuerzas de marea son más intensas que la atracción gravitatoria del propio satélite sobre su estructura, con lo que si se traspasa el límite de Roche y no hay otras fuerzas involucradas, el satélite se rompe en pedazos, desgarrado por las mareas del planeta principal. Si Fobos es más o menos “harinoso” sin muchas fuerzas internas ajenas a la gravedad, ése será su destino: se romperá en fragmentos, y éstos orbitarán Marte durante un tiempo hasta caer finalmente hacia su superficie y no dejar rastro del oscuro satélite.

Pero el límite de Roche no es infranqueable: recuerda que marca la distancia a la que las mareas ganan a la presión gravitatoria del propio satélite, pero ¿y si hay otras fuerzas? Existen lunas en el Sistema Solar, por ejemplo, que están más cerca de sus planetas que el límite de Roche (hablaremos de ellas cuando corresponda, así que paciencia), ya que su estructura es lo suficientemente sólida y consistente, debida a fuerzas de tensión interna de las rocas, como para soportar las mareas del planeta. Si Fobos es una de estas lunas “resistentes”, no será desgarrada por las mareas pero seguirá descendiendo hacia Ares hasta convertirse en un meteorito e impactar contra el suelo, tras perder parte de su masa en la atmósfera marciana.

Deimos
Deimos, fotografiado por la Mars Reconnaissance Orbiter. Crédito: NASA.

El hermano menor de Fobos, Deimos, es bastante menos interesante que el primero, de modo que no dedicaremos tanto espacio a él. Se trata de un objeto aún más minúsculo que Fobos: tiene sólo 15 km x 12,2 km x 4 km de tamaño, y tiene una masa de unos 1,5·1015 kg. Es aún más oscuro que Fobos: su albedo es de 0,068, es decir, refleja únicamente un 6,8% de la luz que recibe. Como puedes comprender, el brillo de la imagen de arriba no es el real, pero si lo fuera, no verías mucho.

Igual que Fobos, Deimos es muy similar a algunos asteroides carbonáceos poco densos, y tiene un par de cráteres relativamente grandes, Swift y Voltaire. Se trata en este caso de honrar a dos escritores muy famosos, François-Marie Arouet (Voltaire) y Jonathan Swift, que describieron en sendas historias (que voy a permitirme la libertad de etiquetar como “ciencia-ficción”) las dos lunas de Marte. Voltaire lo hizo en Micromégas y Swift en Los Viajes de Gulliver. ¿Por qué predijeron tan bien la realidad siglos antes del descubrimiento de Fobos y Deimos por Hall? Porque se basaron en las ideas, irracionales pero correctas, de Kepler.

Cráteres Swift y Voltaire
Cráteres Swift y Voltaire. Crédito: NASA.

Deimos es aún menos denso que Fobos (sólo un 10% más denso que la Luna), y en el resto de sus características es una luna más corriente que su hermano mayor. Igual que Fobos, siempre presenta la misma cara a Marte, y orbita en el plano ecuatorial, aunque bastante más lejos que Fobos: algo más de 23 000 km. Sigue siendo una distancia muy pequeña, pero no tan extrema como la del otro satélite. Como consecuencia, Deimos tarda más de un día marciano en dar una vuelta al planeta, con lo que hace lo normal — sale por el este y se pone por el oeste.

Al ser más pequeño que Fobos y estar bastante más lejos que él de Marte, desde la superficie del planeta la minúscula luna tiene un tamaño aparente muy, muy pequeño. En la noche marciana tiene un brillo similar al de Venus en nuestro cielo, no sólo por el tamaño y distancia, sino también por el pequeño albedo del satélite. Igual que Fobos, cuando pasa frente al Sol oculta una pequeña parte del disco solar (más pequeña aún, claro), y tenemos imágenes de su tránsito frente al Sol tomadas por Spirit y Opportunity, igual que en el caso de Fobos:

Tránsito de Deimos frente al Sol
Crédito: NASA.

Para conocer mejor estas dos lunas hace falta que nos posemos sobre ellas y, si es posible, tomemos muestras del material del que están compuestas. Para ello hay varias misiones planeadas por distintos países. Conseguirlo es menos difícil de lo que podría parecer: el viaje hasta otros cuerpos del Sistema Solar no es algo muy complicado, si somos pacientes; el problema es alcanzar su superficie con la suficiente delicadeza, algo más complicado cuanto mayor es el cuerpo… y Fobos y Deimos son tan pequeños que esto no es un obstáculo. Sí, 40 km/h de velocidad de escape es mucho para un ser humano, pero no para una sonda.

De las dos misiones con planes concretos, la británica planea enviar un vehículo de transporte hasta la órbita marciana alrededor de 2016. Una pequeña sonda se separaría entonces del vehículo, se posaría en Fobos y allí realizaría diversos experimentos taladrando y examinando la superficie del satélite. Su función esencial sería recoger muestras del suelo fobiano, y luego volver al vehículo “madre”, que lo traería de vuelta a la órbita terrestre. Finalmente, la pequeña sonda se separaría de nuevo del vehículo y caería sobre la superficie terrestre, con lo que tendríamos en las manos regolito fobiano con el que experimentar a nuestro gusto. Fíjate en que digo todo con condicionales, porque no estoy muy seguro aún de que esto vaya realmente a realizarse.

La segunda misión también tiene Fobos como destino, pero está bastante más avanzada y me da mucha mejor impresión. Se trata de un proyecto fundamentalmente ruso, denominado Фобос-Грунт (Fobos-Grunt, o Suelo-Fobos), aunque llevará consigo instrumentos de otros países, como China, Estados Unidos y Finlandia. En este caso, una parte de la sonda será la que se desprenda del resto tras posarse en Fobos, y la que vuelva a la Tierra con las muestras correspondientes. Mi característica favorita de esta misión es el hecho de que el vehículo de retorno no encenderá sus motores desde el suelo de Fobos: utilizará muelles para dar un salto (recuerda la escasa gravedad del satélite) y, una vez en el punto más alto de su trayectoria, encenderá los motores para escapar del satélite y luego regresar a la Tierra.

Fobos-Grunt
Diseño de Fobos-Grunt. Crédito: ESA.

Фобос-Грунт tiene una fecha preliminar de lanzamiento muy cercana: Octubre de 2009, y una fecha de regreso de 2012. Sin embargo, es posible que todo no esté listo para entonces, con lo que haya que esperar a la siguiente “ventana de lanzamiento” que garantiza un mínimo gasto de energía, 2011. En mi opinión, mejor esperar y hacer las cosas bien que precipitarse. Ya parece que los instrumentos finlandeses sólo van a poder viajar con esta sonda si su lanzamiento se retrasa ese par de años, así que de ese modo ganamos todos si somos un poco pacientes.

Con las muestras obtenidas, tal vez podamos responder a la principal duda que tenemos respecto a los hijos de Ares: ¿se trata, como muchos piensan, de asteroides “descolocados” de sus órbitas por Júpiter y atrapados finalmente por la gravedad marciana, de planetesimales que llevan con el Planeta Rojo casi desde el principio, de fragmentos del propio Marte arrancados por algún impacto…? En cualquier caso, como ves, Ares y sus hijos son el objetivo de multitud de futuras misiones espaciales. Veremos qué nos deparan.

En la próxima entrada de la serie nos alejaremos aún más del Sol, y alcanzaremos el cinturón de asteroides.


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