Dawn Journal: Actualización sobre el viaje de Vesta a Ceres

Marc Rayman

Marc Rayman de JPL

Marc Rayman es el ingeniero jefe y director de misión de la nave espacial Dawn en JPL. Un entusiasta del espacio de toda la vida, comenzó a escribir a la NASA cuando tenía nueve años y se unió al JPL después de recibir su doctorado. en física unos años más tarde. Ha trabajado en una amplia variedad de misiones astrofísicas y planetarias pero, por supuesto, 'nada tan genial como Dawn'. Los fans de Dawn siguen esta misión leyendo el libro de Marc.Diario del amanecer. Este artículo es una nueva publicación de Dawn Journal del 28 de noviembre de 2014. Usado con permiso.

Volando silenciosa y suavemente a través del cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter, la nave espacial Dawn emite un rayo azul verdoso de iones de xenón de alta velocidad. En el lado opuesto al sol de la Tierra, disparando su excepcionalmente eficientesistema de propulsión de iones, el distante aventurero sigue haciendo buenos progresos en su largo viaje desde elprotoplaneta gigante Vestaal planeta enano Ceres.

Este mes, veamos algunas de las próximas actividades. Puede usar el sol en diciembre para ubicar a Dawn en el cielo, pero antes de describir eso, veamos cómo Dawn mira hacia Ceres, con planes para tomar fotografías la noche del 1 de diciembre [Ed. nota: Haga clic aquí para ver la foto de Ceres del 1 de diciembre de Dawn]

Primera foto de Dawn de Ceres, tomada el 20 de julio de 2010. Crédito: NASA / JPL-Caltech / MPS / DLR / IDA

Primera foto de Dawn de Ceres, tomada el 20 de julio de 2010. Crédito: NASA / JPL-Caltech / MPS / DLR / IDA

Los sensores del explorador robótico son dispositivos complejos que realizan muchas mediciones sensibles. Para garantizar que produzcan los mejores datos científicos posibles, su salud debe controlarse y mantenerse cuidadosamente, y deben calibrarse con precisión. Los sofisticados instrumentos se activan y prueban ocasionalmente, y todos permanecen en excelentes condiciones.

Una calibración final delcamara de cienciaes necesario antes de la llegada a Ceres. Para lograrlo, la cámara necesita tomar fotografías de un objetivo que aparece con solo unos pocos píxeles de ancho. El cielo infinito que rodea a nuestro viajero interplanetario está lleno de estrellas, pero esos hermosos puntos de luz, aunque fácilmente detectables, son demasiado pequeños para esta medida especializada. Pero hay un objeto que resulta ser del tamaño correcto. El 1 de diciembreCeres tendrá unos nueve píxeles de diámetro., casi perfecto para esta calibración.



Las imágenes proporcionarán datos sobre propiedades ópticas muy sutiles de la cámara que los científicos utilizarán cuando analicen e interpreten los detalles de algunas de las imágenes devueltas desde la órbita. A 740.000 millas (1,2 millones de kilómetros), la distancia de Dawn a Ceres será aproximadamente tres veces la separación entre la Tierra y la Luna. Su cámara, diseñada para mapear a Vesta y Ceres desde la órbita, no revelará nada nuevo. ¡Sin embargo, revelará algo genial! Las imágenes serán la primera vista ampliada de la primera sonda en llegar al primer planeta enano descubierto. Mostrarán el cuerpo más grande entre el sol y Plutón que aún no ha sido visitado por una nave espacial, el destino de Dawn desde quese escapó del agarre gravitacional de Vesta hace más de dos años.

La primera imagen extendida de Ceres de Dawn será solo un poco más grande que esta imagen de Vesta tomada el 3 de mayo de 2011, al comienzo de la fase de aproximación de Vesta. El recuadro muestra la Vesta pixelada, extraída de la imagen principal en la que se puede ver la Vesta sobreexpuesta sobre un fondo de estrellas. Crédito: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA

Primera imagen ampliada de Dawn de Ceres -que puedes ver aquí- es solo un poco más grande que esta imagen de Vesta tomada el 3 de mayo de 2011, al comienzo de la fase de aproximación a Vesta. El recuadro muestra la Vesta pixelada, extraída de la imagen principal en la que se puede ver la Vesta sobreexpuesta sobre un fondo de estrellas. Crédito: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA

Esta no será la primera vez que Dawn ve a Ceres. En una calibración diferente de la cámara hace más de cuatro años, el explorador divisó su tenuedestino, muy lejos tanto en el tiempo como en el espacio. En aquel entonces, todavía un año antesllegando a Vesta, Dawn estaba más de 1.300 veces más lejos de Ceres de lo que estará para esta nueva calibración. El gigante del cinturón de asteroides principal era un punto indistinto en el vasto paisaje cósmico.

Ahora Ceres es el objeto más brillante en el cielo de Dawn excepto el sol distante. Cuando tome las fotos, Ceres será tan brillante como Venus aparece a veces desde la Tierra (lo que los astrónomos llamarían magnitud visual -3,6).

Paraconservar hidracina, un recurso precioso que sigue lapérdida de dos ruedas de reacción, Dawn empujará con su sistema de propulsión de iones cuando realice esta calibración, que requiere largas exposiciones. Además de mover la nave espacial a lo largo de su trayectoria, el motor de iones estabiliza la nave, lo que le permite apuntar de manera constante en la gravedad cero del vuelo espacial. (El predecesor de Dawn,Espacio profundo 1, usó el mismo truco de empuje de iones para ser lo más estable posible para sus fotos iniciales del cometa Borrelly).

A medida que Dawn se acerca a su cantera, Ceres se volverá más brillante y más grande. El mes pasado resumimos elplan para fotografiar a Ceresdurante la primera parte de la fase de aproximación, arrojando vistas en enero comparables a las mejores que tenemos actualmente (del Telescopio Espacial Hubble) y en febrero significativamente mejores. El propósito principal de las imágenes es ayudar a los navegantes a dirigir el barco hacia este último puerto inexplorado después de un largo viaje por los mares interplanetarios. La cámara sirve como ojos del timonel. Ceres se ha observado con telescopios desde (o cerca) de la Tierra durante más de dos siglos, pero ha aparecido como poco más que una mancha difusa y tenue más lejos que el sol. ¡Pero no por mucho tiempo!

La única nave espacial jamás construida para orbitar dos destinos extraterrestres, el avanzado sistema de propulsión de iones de Dawn permite su ambiciosa misión. Proporcionar elmero susurro de empuje, el motor de iones permite a Dawn maniobrar de formas completamente diferentes a las de las naves espaciales convencionales. En enero, presentamos en detalleLa forma única de Dawn de entrar en órbita. En septiembre,un estallido de radiación espacial interrumpió el perfil de empuje. Como vimos, el equipo de vuelo respondió rápidamente a un problema muy complejo, minimizando la duración del empuje fallado. Una parte de sus operaciones de contingencia consistía en diseñar una nueva trayectoria de aproximación, que representara las 95 horas que Dawn pasó por inercia en lugar de empujar. Veamos ahora en qué se diferencia la trayectoria resultante de lo que discutimos a principios de este año.

En esta vista, mirando hacia abajo en el polo norte de Ceres, el sol está fuera de la figura de la izquierda y el movimiento orbital en sentido antihorario de Ceres alrededor del sol lo lleva desde la parte inferior de la figura hacia la parte superior. El amanecer vuela desde la izquierda, viaja por delante de Ceres y luego es capturado en el camino hacia el vértice de su órbita. Los círculos blancos están en intervalos de un día, lo que ilustra cómo Dawn se ralentiza gradualmente al principio. (Cuando los círculos están más juntos, Dawn se mueve más lentamente). Después de la captura, tanto la gravedad de Ceres como el empuje de iones lo ralentizan aún más antes de que la nave acelere hasta el final de la fase de aproximación. (Puede pensar que esta perspectiva es desde arriba. Luego, la siguiente figura muestra la vista lateral, lo que aquí significaría mirar hacia la acción desde una ubicación en la parte inferior del gráfico). Crédito: NASA / JPL

En esta vista, mirando hacia abajo en el polo norte de Ceres, el sol está fuera de la figura de la izquierda y el movimiento orbital en sentido antihorario de Ceres alrededor del sol lo lleva desde la parte inferior de la figura hacia la parte superior. El amanecer vuela desde la izquierda, viaja por delante de Ceres y luego es capturado en el camino hacia el vértice de su órbita. Los círculos blancos están en intervalos de un día, lo que ilustra cómo Dawn se ralentiza gradualmente al principio. (Cuando los círculos están más juntos, Dawn se mueve más lentamente). Después de la captura, tanto la gravedad de Ceres como el empuje de iones lo ralentizan aún más antes de que la nave acelere hasta el final de la fase de aproximación. (Puede pensar que esta perspectiva es desde arriba. Luego, la siguiente figura muestra la vista lateral, lo que aquí significaría mirar hacia la acción desde una ubicación en la parte inferior del gráfico). Crédito: NASA / JPL

En el enfoque original, Dawn seguiría una espiral simple alrededor de Ceres, acercándose desde la dirección general del sol, dando vueltas sobre el polo sur, yendo más allá hacia el lado nocturno y regresando por encima del polo norte antes de entrar en la órbita objetivo. conocido por el nombre conmovedorRC3, a una altitud de 13.500 kilómetros (8.400 millas). Como un piloto que aterriza en un avión, volar esta ruta requería alinearse en un rumbo particular y acelerar con mucha anticipación. El empuje de iones de este año había estado preparando a Dawn para entrar en esa espiral de aproximación a principios del próximo año.

El cambio en su perfil de vuelo tras el encuentro de septiembre con un rayo cósmico rebelde significó que la trayectoria en espiral sería marcadamente diferente y requeriría mucho más tiempo para completarse. Si bien el equipo de vuelo ciertamente es paciente (después de todo, el embajador robótico de la Tierra no llegará a Ceres hasta 213 años después de su descubrimiento y más de siete años después del lanzamiento), los navegantes brillantemente creativos idearon una trayectoria de aproximación completamente nueva que sería más corta. Demostrando la extraordinaria flexibilidad de la propulsión iónica, la nave espacial ahora tomará un camino completamente diferente pero terminará exactamente en la misma órbita.

La nave espacial permitirá ser capturada por Ceres el 6 de marzo, solo medio día después de la trayectoria que estaba siguiendo antes de la pausa en el empuje, pero la geometría tanto antes como después será bastante diferente. En lugar de volar al sur de Ceres, Dawn ahora tiene como objetivo liderarlo, volando delante de él mientras el planeta enano orbita alrededor del sol, y luego la nave espacial comenzará a curvarse suavemente a su alrededor. (Puede ver esto en la figura de la izquierda). El amanecer llegará a 24,000 millas (38,000 kilómetros) y luego se alejará lentamente. Pero gracias al notable diseño del perfil de empuje, el motor de iones y la atracción gravitacional del gigante de la roca y el hielo trabajarán juntos. A una distancia de 41.000 millas (61.000 kilómetros), Ceres se acercará y agarrará tiernamente a su nuevo consorte, y estarán juntos para siempre. El amanecer estará en órbita y Ceres estará acompañada para siempre por este antiguo residente de la Tierra.

Si la nave dejara de empujar justo cuando Ceres la capturó, continuaría dando vueltas alrededor del enorme cuerpo en una órbita alta y elíptica, pero su misión es escudriñar el mundo misterioso. Nuestro objetivo no es estar en cualquier órbita arbitraria, sino en las órbitas particulares que se han elegido para proporcionar el mejor rendimiento científico para la cámara de la sonda y otros sensores. Por lo tanto, no se detendrá, sino que continuará maniobrando hacia RC3.

Siempre elegante, Dawn empujará suavemente para contrarrestar su impulso orbital, evitando que se balancee hacia la altitud más alta que de otro modo alcanzaría. El 18 de marzo, casi dos semanas después de ser capturado por la gravedad de Ceres, Dawn llegará a la cima de su órbita. Como una pelota lanzada alto que se desacelera hasta detenerse momentáneamente antes de retroceder, el ascenso orbital de Dawn terminará a una altitud de 75.000 kilómetros (47.000 millas) y el tirón implacable de Ceres (ayudado por el empuje constante y suave) ganará. A medida que comience a descender hacia su maestro gravitacional, continuará trabajando con Ceres. En lugar de resistir la caída, la nave se impulsará para acelerarse, acelerando el viaje hasta RC3.

Hay más en la especificación de la órbita que la altitud. Uno de los otros atributos es la orientación de la órbita en el espacio. (Imagine una órbita como un anillo alrededor de Ceres, pero ese anillo puede inclinarse e inclinarse de muchas maneras). Para proporcionar una vista de toda la superficie mientras Ceres gira debajo de ella, Dawn debe estar en una órbita polar, volando sobre el norte. polo a medida que viaja desde el lado nocturno al lado diurno, se mueve hacia el sur a medida que pasa sobre el ecuador, navega de regreso al lado no iluminado cuando alcanza el polo sur, y luego se dirige hacia el norte sobre el terreno en la oscuridad de la noche. Sin embargo, para lograr la parte anterior de su nueva trayectoria de aproximación, Dawn permanecerá en latitudes más bajas, muy por encima de la misteriosa superficie pero no lejos del ecuador. Por lo tanto, a medida que avanza hacia RC3, orientará su motor de iones no solo para acortar el tiempo para alcanzar esa altitud orbital, sino también para inclinar el plano de su órbita de modo que rodee los polos (e incline el avión para que esté en una determinada posición). orientación relativa al sol). Luego, finalmente, a medida que se acerca aún más, utilizará ese haz de iones de xenón que brilla intensamente, famoso por su eficacia, contra la gravedad de Ceres, actuando como un freno en lugar de un acelerador. El 23 de abril concluirá este primer acto de un hermoso ballet celestial nuevo. Dawn estará en la órbita originalmente prevista alrededor de Ceres, lista para su próximo acto: las observaciones intensivas de RC3 que describimos enfebrero.

El norte está en la parte superior de esta figura y el sol está más a la izquierda. El movimiento orbital de Ceres alrededor del sol lo lleva directamente a la figura. El enfoque original llevó a Dawn sobre el polo sur de Ceres mientras giraba directamente en RC3. En el nuevo enfoque, parece que vuela sobre el polo norte, pero eso se debe a la representación plana. Como muestra la figura anterior, el enfoque lleva a Dawn muy por delante de Ceres. La parte superior de la trayectoria verde no está en el mismo plano que la aproximación original y RC3; más bien, está en el fondo,

El norte está en la parte superior de esta figura y el sol está más a la izquierda. El movimiento orbital de Ceres alrededor del sol lo lleva directamente a la figura. El enfoque original llevó a Dawn sobre el polo sur de Ceres mientras giraba directamente en RC3. En el nuevo enfoque, parece que vuela sobre el polo norte, pero eso se debe a la representación plana. Como muestra la figura anterior, el enfoque lleva a Dawn muy por delante de Ceres. La parte superior de la trayectoria verde no está en el mismo plano que la aproximación original y RC3; más bien, está en el fondo, 'detrás' del gráfico. A medida que Dawn vuela hacia el lado derecho del diagrama, también avanza hacia el plano de la figura para alinearse con el RC3 objetivo. Como antes, los círculos, espaciados a intervalos de un día, indican la velocidad de la nave espacial; donde están más juntos, el barco viaja más lentamente. (Puede pensar que esta perspectiva es de un lado y que la figura anterior muestra la vista desde arriba, en la parte superior de este gráfico). Crédito: NASA / JPL

La ruta de Dawn a la órbita no es más compleja y elegante que la que ejecutaría cualquier piloto de nave espacial crackerjack. Sin embargo, una de las diferencias clave entre lo que hará nuestro as y lo que sucede a menudo en las películas de ciencia ficción es que las maniobras de Dawn cumplirán con las leyes de la física. Y si eso no es lo suficientemente gratificante, quizás el hecho de que sea real lo haga aún más impresionante. Una nave espacial enviada desde la Tierra hace más de siete años, propulsada por iones eléctricamente acelerados, que ya ha maniobrado extensamente en órbita alrededor del protoplaneta gigante Vesta para revelar sus innumerables secretos, pronto se inclinará y rodará, se arqueará y girará, ascenderá y descenderá y se abalanzará. en su órbita planificada.

Ilustración de las ubicaciones relativas (pero no de los tamaños) de la Tierra, el sol y el amanecer a principios de diciembre de 2014 (la Tierra y el sol están en esa ubicación cada diciembre). Las imágenes se superponen en la trayectoria de toda la misión, mostrando la posiciones de la Tierra, Marte, Vesta y Ceres en hitos durante el viaje de Dawn. Crédito: NASA / JPL

Ilustración de las ubicaciones relativas (pero no los tamaños) de la Tierra, el sol y el amanecer a principios de diciembre de 2014. La Tierra y el sol están en esta ubicación cada diciembre. Las imágenes se superponen a la trayectoria de toda la misión, mostrando las posiciones de la Tierra, Marte, Vesta y Ceres en hitos durante el viaje de Dawn. Crédito: NASA / JPL

Y todo esto ocurrirá lejos, lejos de la Tierra. De hecho, Dawn se encuentra en una órbita heliocéntrica muy diferente a la del planeta que dejó en 2007. En diciembre, sus caminos separados los llevarán a lados opuestos del sol. No tendremos una disposición celeste similar hasta 2016, momento en el cual la nave estará en suórbita de menor altitud en Ceres. (Invitamos a nuestro yo futuro a regresar al pasado para decirnos aquí cómo es la vista. __) Desde nuestra perspectiva terrestre este año, Dawn parecerá tener menos de un diámetro solar desde la rama del sol los días 9 y 10 de diciembre.

A medida que la Tierra, el sol y la nave espacial se alinean cada vez más, las señales de radio que van y vienen deben pasar cerca del sol. El entorno solar es realmente feroz e interferirá con esas ondas de radio. Si bien se transmitirán algunas señales, la comunicación no será confiable. Por lo tanto, los controladores planean no enviar mensajes a la nave espacial desde el 4 de diciembre hasta el 15 de diciembre; todas las instrucciones necesarias durante ese tiempo se almacenarán a bordo de antemano. Ocasionalmente, las antenas de Deep Space Network, que apuntan cerca del sol, escucharán a través del rugido el leve susurro de la nave espacial, pero el equipo considerará cualquier comunicación como una ventaja.

El amanecer es grandepara una nave espacial interplanetaria (o para una libélula de otro mundo, para el caso), con una envergadura de casi 65 pies (19,7 metros). Sin embargo, a más de 3,8 veces la distancia del sol, a 567 millones de kilómetros (352 millones de millas) de distancia, la humanidad carece de cualquier tecnología ni remotamente capaz de vislumbrarlo. Pero podemos traer algo más poderoso que nuestra tecnología: el ojo de nuestra mente. Del 8 al 11 de diciembre, si bloquea la luz resplandeciente del sol con el pulgar, también estará cubriendo la ubicación de Dawn. Allí, en esa dirección, está nuestro emisario lejano a nuevos mundos. Ha viajado ya tres mil millones de millas (4.8 mil millones de kilómetros) en su extraordinaria expedición extraterrestre, y algunas de las millas más emocionantes aún están por delante a medida que se acerca a Ceres. Puedes ver dónde está. Ahora está al otro lado del sol.

¡El sol!

Este es el mismo sol que tiene más de 100 veces el diámetro de la Tierra y un tercio de millón de veces su masa. Este es el mismo sol que ha sido el amo indiscutible de nuestro sistema solar durante más de 4.500 millones de años. Este es el mismo sol que ha brillado sobre la Tierra todo ese tiempo y ha sido la principal fuente de gran parte del calor, la luz y otras energías de las que los residentes del planeta han sido tan dependientes. Este es el mismo sol que tanto ha influido en la expresión humana en el arte, la literatura, la mitología y la religión durante incontables milenios. Este es el mismo sol que ha motivado los estudios científicos durante siglos. Este es el mismo sol que es nuestro indicador en la galaxia de la Vía Láctea. Y los humanos tienen una nave espacial en el lado opuesto. Podemos sentirnos humillados por nuestra propia insignificancia en el universo, pero todavía emprendemos las aventuras más valientes en nuestros intentos de comprender su majestad.

El amanecer está a 1,3 millones de kilómetros (780.000 millas) de Ceres, o 3,3 veces la distancia media entre la Tierra y la Luna. También se encuentra a 3.77 AU (350 millones de millas, o 564 millones de kilómetros) de la Tierra, o 1.525 veces más lejos que la luna y 3.82 veces más lejos que el sol en la actualidad. Las señales de radio, que viajan al límite universal de la velocidad de la luz, tardan una hora y tres minutos en hacer el viaje de ida y vuelta.

Dr. Marc D. Rayman
5:00 pm. PST 28 de noviembre de 2014

Vea la imagen del 1 de diciembre de 2014 del planeta enano Ceres

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