Cómo aterrizar en un cometa

Como director de la misión Rosetta, Fred Jansen fue responsable del aterrizaje exitoso en 2014 de una sonda en el cometa conocido como 67P/Churyumov-Gerasimenko. En esta charla fascinante y divertida, Jansen revela algunos de los cálculos complejos que se realizaron para aterrizar la sonda Philae en un cometa a 500 millones de kilómetros de la Tierra, y comparte algunas fotografías que se tomaron en el camino.

Me gustaría llevarlos en la misión épica
de la nave espacial Rosetta

a escoltar y aterrizar
la sonda en un cometa.

Esta ha sido mi pasión
los últimos dos años.

Para hacer eso,

necesito explicarles algo
sobre el origen del sistema solar.

Si retrocedemos 4 500 millones años,
había una nube de gas y polvo.

En el centro de esta nube,
se formó y encendió nuestro Sol.

Paralelo a esto,

se formaron lo que ahora conocemos
como planetas, cometas y asteroides.

Lo que pasó entonces,
de acuerdo con la teoría,

es que cuando la Tierra se había enfriado
un poco después de su formación,

los cometas la impactaron masivamente
y llevaron allí el agua.

Probablemente también llevaron
material orgánico complejo a la Tierra,

y eso puede haber impulsado
el surgimiento de la vida.

Pueden comparar esto con tener que
resolver un rompecabezas de 250 piezas

y no uno de 2 000.

Después, los planetas grandes
como Júpiter y Saturno,

que no estaban en el lugar
en que están ahora,

interactuaron gravitacionalmente

y arrasaron con todo el interior
del sistema solar,

y los que hoy conocemos como cometas

terminaron en algo llamado
el Cinturón de Kuiper,

que es el cinturón de objetos
más allá de la órbita de Neptuno.

Y a veces estos objetos chocan
unos con otros,

y se desvían por la gravedad

hasta que la gravedad de Júpiter
los jala de nuevo hacia el sistema solar.

Y entonces se vuelven cometas
como los vemos en el cielo.

Lo importante para notar aquí es
que durante este tiempo,

4 500 millones de años,

estos cometas han estado detenidos
en el exterior del sistema solar,

y no han cambiado,

versiones absolutamente congeladas
de nuestro sistema solar.

En el cielo se ven así.

Los conocemos por sus colas.

Son realmente dos colas.

Una es la cola de polvo,
que es proyectada por el viento solar.

La otra es una cola de iones,
que son partículas cargadas,

y siguen el campo magnético
del sistema solar.

Está la coma, está el núcleo,
demasiado pequeño para verlo aquí,

y tienen que recordar
que en el caso de Rosetta,

la nave espacial está
en ese píxel central.

Estamos a solo 20, 30, 40 km del cometa.

Entonces, ¿qué es importante recordar?

Los cometas tienen el material original
del cual se formó nuestro sistema solar,

así que son ideales para
estudiar los componentes

que estaban presentes en el momento
en que se formaron la Tierra y la vida.

Se sospecha también que los cometas

trajeron los elementos que pueden
haber iniciado la vida.

En 1983, ESA estableció su programa
a largo plazo Horizon 2000,

una de cuyas piedras angulares
sería una misión a un cometa.

Paralelo a esto, una misión pequeña
fue lanzada al cometa Giotto que ven aquí,

y que en 1986 voló cerca del Halley
con aquella armada de naves espaciales.

Los resultados de esta misión,
dejaron claro inmediatamente

que los cometas eran cuerpos ideales
para estudiar y entender el sistema solar.

Y fue así como la misión Rosetta
fue aprobada en 1993,

con fecha esperada de lanzamiento en 2003,

hasta que surgió un problema
con un cohete Ariane.

Nuestro oficina de relaciones públicas
en medio de su entusiasmo,

había hecho 1000 platos
de porcelana azul de Delft

con el nombre de otros cometas.

Así que no he tenido
que volver a comprar vajilla china.

Esa es la parte positiva.

(Risas)

Una vez que se resolvió
todo el problema,

dejamos la Tierra en el 2004

rumbo al cometa recién seleccionado,
Churyumov-Gerasimenko.

Este cometa tuvo que ser
seleccionado especialmente

porque A, se debía poder llegar a él,

y B, no debía llevar mucho tiempo
en el sistema solar.

Este cometa en particular había estado
en el sistema solar desde 1959.

Esa fue la primera vez que
fue desviado por Júpiter,

y llegó lo suficientemente cerca
del Sol para empezar a cambiar.

Así que es un cometa muy nuevo.

Rosetta hizo cosas por primera vez
que quedaron par la historia.

Es el primer satélite en
orbitar un cometa

y escoltarlo en toda su travesía
por el sistema solar,

la aproximación más cercana al Sol
en agosto, como veremos,

y después hacia afuera otra vez
hacia el exterior.

Es el primer aterrizaje
jamás hecho en un cometa.

De hecho, orbitamos el cometa
usando algo que normalmente

no se usa con naves espaciales.

Generalmente, ves el cielo
y sabes dónde estás y para dónde vas.

En este caso, no es suficiente.

Navegamos mirando puntos
de referencia en el cometa.

Identificamos particularidades
--rocas, cráteres--

y así es como sabemos donde
estamos con respecto al cometa.

Y, por supuesto, es el primer satélite
en ir más allá de la órbita de Júpiter

usando celdas solares.

Aunque esto suena más heroico
de lo que realmente es,

porque la tecnología para usar
generadores térmicos de radioisótopos

no estaba disponible en Europa
en ese momento, así que no había opción.

Pero estos paneles solares son grandes.

Esta es un ala y esas personas no son
seleccionadas por pequeñas.

Son tal como Uds. y yo.

(Risas)

Tenemos dos de estas alas,
65 m cuadrados.

Más tarde, al llegar al cometa,
entendemos que 65 m cuadrados de vela

cerca de un cuerpo que está liberando gas
no es una elección muy práctica.

Ahora bien, ¿cómo llegamos al cometa?

Porque teníamos que ir hasta allí

para cumplir con los objetivos científicos
de Rosetta, muy lejos,

a cuatro veces la distancia
de la Tierra al Sol,

y también a una velocidad mucho mayor
que la que permitía el combustible,

ya que tendríamos que llevar 6 veces
el peso de la nave espacial en gasolina.

Entonces, ¿qué hacer?

Usas vuelos de reconocimiento
por gravedad como catapultas,

donde pasas cerca de un
planeta a una altitud muy baja,

unos cuantos miles de kilómetros,

y ganas, gratis, la velocidad de giro
alrededor del Sol de ese planeta,

Hicimos esto algunas veces.

Lo hicimos con la Tierra, Marte,
la Tierra otra vez,

y también volamos cerca de
dos asteroides, Lutetia y Steins.

En 2011, nos alejamos tanto del Sol

que si la nave espacial hubiera
tenido algún problema

ya no hubiéramos podido recuperarla,

Y entramos en hibernación.

Apagamos todo excepto un reloj.

Aquí se ve en blanco la trayectoria,
y cómo funciona esto.

Partiendo del círculo inicial,
la línea blanca,

se ve como, en efecto,
nos hacemos más y más elípticos

hasta que, finalmente, nos aproximamos
al cometa en mayo de 2014,

y tenemos que empezar
a hacer las maniobras de encuentro.

De ida, pasamos por la Tierra

y tomamos algunas fotos
para probar las cámaras.

Esta es la Luna emergiendo
sobre la Tierra,

y esto es lo que ahora llamamos 'selfie',

algo que en aquel entonces, por cierto,

la palabra no existía.

(Risas)

Este es Marte.

La tomó la cámara CIVA.

Es una de las cámaras en el aterrizador,

y apunta justo bajo los paneles solares,

y se ven Marte y los paneles
solares en la distancia.

Ahora bien, cuando salimos de hibernación
en enero 2014,

nos encontrábamos a dos millones
de kilómetros del cometa, en mayo.

Pero la velocidad de la nave espacial
era demasiado rápida.

Íbamos 2 800 km/hr más rápido
que el cometa, teníamos que frenar.

Tuvimos que hacer 8 maniobras,

y aquí se ve que algunas
fueron bastante grandes.

En la primera, tuvimos que disminuir
unos pocos cientos de kilómetros,

y sin embargo, nos tomó 7 horas
y 218 kilos de combustible hacerlo,

y fueron 7 horas tensas,
porque en 2007,

hubo una filtración en el sistema
de propulsión de Rosetta

y tuvimos que cerrar una división,

así que el sistema estaba en realidad
operando a una presión

para la que nunca fue
diseñado o calificado.

Y llegamos a las inmediaciones del cometa,

y estas fueron las primeras
fotos que vimos.

El periodo de rotación real de un cometa
es de 12,5 horas, esto está acelerado,

y entenderán que nuestros ingenieros
de dinámica de vuelo pensaran,

"este no va a ser un lugar
fácil para aterrizar".

Esperábamos que fuera parecido a una papa,
donde se pudiera aterrizar fácilmente.

Bueno. Pero nos quedaba una esperanza:
quizá era liso.

No. Eso tampoco funcionó.

(Risas)

En ese punto era claramente inevitable:

teníamos que mapear ese cuerpo
con todos los detalles posibles

porque teníamos que encontrar
un área de 500 m de diámetro y plana.

¿Por qué 500 m?

Es el margen de
error que tenemos para aterrizar la sonda.

Así que pasamos a este proceso
y mapeamos el cometa.

Usamos una técnica
llamada fotoclinometría.

Se usan sombras proyectadas por el Sol.

Lo que ven aquí es una roca
en la superficie del cometa,

y el Sol alumbra desde arriba.

A partir de la sombra, nosotros,
con nuestro cerebro,

podemos determinar inmediatamente
la forma aproximada de la roca.

Se puede programar eso en una computadora,

se hace lo mismo en todo el cometa,
y se puede mapear el cometa.

Para esto, seguimos trayectorias
especiales comenzando en agosto.

Primero, un triángulo de
100 km de un lado,

a 100 km de distancia,
y lo repetimos todo a 50 km.

En ese entonces, habíamos visto
el cometa desde todo tipo de ángulos,

y pudimos usar esta técnica
para mapearlo todo.

Esto nos llevó a una
selección de sitios de aterrizaje.

Todo el proceso de mapear el cometa
hasta encontrar el sitio de aterrizaje

tomó 60 días.

No teníamos más.

Para darles una idea,

la misión promedio a Marte
requiere que cientos de científicos

se reúnan por años
y decidan, ¿a dónde iremos?

Nosotros tuvimos 60 días, y no más.

Finalmente seleccionamos
el sitio de aterrizaje final

y se prepararon los comandos
para que Rosetta lanzara a Philae.

La manera como esto funciona es

que Rosetta tiene que estar
en el punto correcto en el espacio,

y apuntando hacia el cometa,
porque el aterrizador es pasivo.

El aterrizador entonces es empujado
y se mueve hacia el cometa.

Rosetta tuvo que girarse

para hacer que sus cámaras
miraran a Philae mientras se alejaba

y pudieran comunicarse con él.

La duración del aterrizaje
en toda su trayectoria fue de 7 horas.

Hagan un cálculo sencillo:

si la velocidad de Rosetta está errada
en un centímetro por segundo,

en 7 horas son 25 000 segundos.

Eso significa 252 m de error en el cometa.

Así que teníamos que conocer
la velocidad de Rosetta

con un margen de error
menor a un centímetro por segundo,

y su ubicación en el espacio
con uno menor a 100 m,

y todo esto, estando nosotros
a 500 millones de kilómetros en la Tierra.

No es cualquier cosa.

Déjenme guiarlos rápidamente
a través de la ciencia y los instrumentos.

No los aburriré con todos los detalles
de todos los instrumentos,

pero tiene todo.

Podemos oler gas,
medir partículas de polvo,

su forma, su composición,

hay magnetómetros, todo.

Estos son los resultados de un instrumento
que mide la densidad del gas

en la posición de Rosetta,

gas que ha salido del cometa.

La gráfica de abajo es
de septiembre del año pasado.

Hay una variación a largo plazo,
lo cual no es sorprendente,

pero vean los picos escarpados.

Es de día en el cometa.

Se puede ver el efecto del Sol
en la evaporación de gas

y el hecho de que el cometa está rotando.

Hay un punto, aparentemente,
en el que hay mucho saliendo,

es calentado por el Sol, y después
se enfría en la parte de atrás.

Y podemos ver las variaciones
de densidad de esto.

Estos son los gases y los componentes
orgánicos que ya hemos medido.

Verán que es una lista sorprendente,

y hay mucho más por venir,
porque hay más medidas.

De hecho, hay una conferencia
en Houston en este momento

donde se presentan
muchos de estos resultados.

También, medimos partículas de polvo.

Para ustedes, esto puede que no parezca
muy impresionante,

pero los científicos se entusiasmaron
cuando vieron esto.

Dos partículas de polvo:
la de la derecha la llaman Boris,

le aplicaron tántalo para analizarla.

Encontramos sodio y magnesio.

Lo que esto nos dice es que esta es
la concentración de estos dos materiales

en el momento en que se
formó el sistema solar,

y así aprendemos sobre los materiales

que estaban presentes
cuando se formó el planeta.

Por supuesto, un elemento importante
es la construcción de imágenes.

Esta es una de la cámaras de Rosetta,
la cámara OSIRIS,

y esta la portada de la revista Science
el 23 de enero de este año.

Nadie había esperado que
este cuerpo se viera así.

Rocas, piedras, se parece más
al domo de Yosemite que a otra cosa.

También vimos cosas como esta:

dunas, y lo que parece ser
sombras eólicas, a la derecha.

Sabemos de ellas por Marte,
pero este cometa no tiene una atmósfera,

así que es difícil que se cree
una sombra eólica.

Puede ser desgasificación local,

material que sale y regresa.

No sabemos, hay mucho que investigar.

Aquí se ve la misma imagen dos veces.

A mano izquierda, se ve en medio una fosa.

A mano derecha, si miran cuidadosamente,

hay 3 chorros saliendo
del fondo de la fosa.

Esta es la actividad del cometa.

Al parecer, en el fondo de estas fosas
es donde están las regiones activas

y donde el material
se evapora hacia el espacio.

Hay una grieta muy interesante
en el cuello del cometa.

Se ve en el lado derecho.

Tiene un kilómetro de largo,
y 2,5 m de ancho.

Algunos sugieren que
cuando estemos cerca del Sol,

el cometa se podría dividir en dos,
y entonces tendríamos que decidir,

¿cuál cometa elegimos?

El aterrizador, como les dije, muchos
instrumentos, la mayoría comparable,

excepto por las cosas que
golpean el suelo y perforan, etc.

Pero muy similares a Rosetta,
y eso es porque quieres comparar

lo que encuentras en el espacio
con lo que encuentras en el cometa.

Esto se llama medidas
de verdad en tierra firme.

Estas son las imágenes
de descenso del aterrizaje

tomadas por la cámara OSIRIS.

Vemos el aterrizador alejándose
cada vez más de Rosetta.

Arriba a la derecha, se ve una imagen
tomada a 60 m del aterrizador,

60 m arriba de la superficie del cometa.

La roca ahí es de unos 10 m.

Esta es una de las últimas imágenes
tomadas antes de aterrizar en el cometa.

Aquí, se ve toda la secuencia otra vez,
pero desde una perspectiva diferente,

y se ven tres ampliaciones

de la parte inferior izquierda
hacia el centro del aterrizador

viajando sobre la superficie del cometa.

Luego, arriba, hay una imagen
de antes y después del aterrizaje.

El único problema con la imagen de después
es que no hay aterrizador.

Pero si ven cuidadosamente
al lado derecho de esta imagen,

vimos el aterrizador todavía
ahí, pero había rebotado.

Se había ido otra vez.

Un apunte cómico es que Rosetta
fue originalmente diseñada

para tener un aterrizador que rebotara.

Fue descartado porque era demasiado caro.

Nosotros lo olvidamos,
pero el aterrizador lo sabía.

(Risas)

Durante el primer rebote,
los magnetómetros,

aquí se ven los datos de ellos,
de los tres ejes: x, y, así como z.

A la mitad, se ve una línea roja.

En esa línea roja, hay un cambio.

Lo que pasó, aparentemente,
es que durante el primer rebote,

en alguna parte, golpeamos el borde de un
cráter con una pata del aterrizador,

y la velocidad de rotación
del aterrizador cambió.

Así que hemos tenido bastante suerte
al estar donde estamos.

Esta es una de las imágenes
icónicas de Rosetta.

Es un objeto hecho por el hombre,

una pata del aterrizador,
parado sobre un cometa.

Para mí, esta es una de las mejores
imágenes de ciencia espacial

que he visto en mi vida.

(Aplausos)

Algo que todavía tenemos que hacer
es encontrar el aterrizador.

Esta zona azul es donde
sabemos que debe estar.

No lo hemos podido encontrar todavía,

pero la búsqueda continua,
así como nuestros esfuerzos

para hacer que el aterrizador
funcione otra vez.

Escuchamos todos los días,

y esperamos que entre ahora y abril,
el aterrizador despertará otra vez.

Los resultados de lo que
encontramos en el cometa:

Flotaría en agua,

Tiene la mitad de la densidad del agua.

Parece una roca muy grande, pero no lo es.

El incremento de la actividad que vimos
en junio, julio y agosto del año pasado

fue un incremento en actividad cuádruple.

Para cuando estemos en el Sol,

habrá 100 kilos por segundo
saliendo de este cometa:

gas, polvo, lo que sea.

Eso es 100 millones de kilos diarios.

Finalmente, el día del aterrizaje.

Nunca se me olvidará, una locura total,
250 equipos de televisión en Alemania.

La BBC me entrevistó

y otro equipo televisivo
que me siguió todo el día

me filmó siendo entrevistado,

y así fue todo el día.

El equipo de Discovery Channel, de hecho,

me abordó saliendo de la sala de control,
e hicieron la pregunta correcta.

Y hombre, me eché a llorar,
y aún me siento así.

Por un mes y medio,

no pude pensar en el día
del aterrizaje sin llorar,

y todavía me siento emocionado.

Me gustaría dejarlos con
esta imagen del cometa.

Gracias.

(Aplausos)