Orbilander y SILENUS, dos propuestas de sondas para estudiar la habitabilidad de Encélado

Por Daniel Marín

Los géiseres que salen del polo sur de Encélado hacen de esta luna de Saturno uno de los mundos con mayor potencial de habitabilidad del sistema solar. Sabemos que Encélado tiene un océano subterráneo global bajo su corteza de hielo con fuentes hidrotermales. Un océano que, a diferencia de Europa u otros mundos con océanos internos, podemos estudiarlo directamente sin necesidad de aterrizar o perforar el hielo simplemente volando a través de los géiseres (los géiseres de Europa, de confirmarse su existencia, no son permanentes como los de Encélado). Después de que la misión Cassini se desintegrase en la atmósfera de Saturno en 2017, nos hemos quedado sin la oportunidad de seguir la evolución de la actividad en este fascinante satélite, pero existe un clamor en la comunidad científica para volver a Encélado. En todo caso, todavía está pendiente la publicación del nuevo informe Decadal Survey, que guiará la exploración planetaria de la NASA para la próxima década y que será el encargado de señalar hasta qué punto debe ser la exploración de Encélado una prioridad (cuando se elaboró el anterior informe todavía desconocíamos el elevado potencial de habitabilidad de Encélado). Sin embargo, como es lógico, se sigue trabajando en propuestas de misiones para investigar este pequeño y apasionante mundo.

El Orbilander. Se aprecia el cono para recoger muestras de los géiseres (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).

De hecho, en los últimos años hemos visto todo tipo de propuestas por parte de la NASA y la ESA, como por ejemplo JET (Journey to Enceladus and Titan), THEO (Testing the Habitability of Enceladus’s Ocean), LIFE (Life Investigation For Enceladus), ELF (Enceladus Life Finder), ELSAH (Enceladus Life Signatures and Habitability) y E2T (Explorer of Enceladus and Titan), entre otras. ¿Son muchas? Pues aparentemente no, porque siguen saliendo nuevas ideas. Una de las últimas es una sonda de tipo Flagship, las más caras de la NASA, que introduce un nuevo concepto: el Orbilander, es decir, una mezcla de un orbitador y aterrizador (lander). Efectivamente, Orbilander también aterrizaría en Encélado. Orbilander es una propuesta dirigida por Shannon MacKenzie, del APL de la Johns Hopkins University. La sonda pasaría 1,5 años en órbita de Encélado y 1,5 años en la superficie. A diferencia de otras propuestas parecidas, como EnEx (Enceladus Explorer) del DLR alemán, Orbilander no incluye un aterrizador independiente que viaja a remolque de un orbitador, sino que toda la sonda se situaría en la superficie una vez finalizada la fase orbital. Estaría dotada de dos generadores de radioisótopos (RTG) y una batería para poder generar electricidad a la enorme distancia que se encuentra Saturno del Sol.

Los chorros del hemisferio sur de Encélado vistos por la Cassini (NASA).

Tras varios años de viaje a Saturno —unos diez más o menos, dependiendo de la ventana de lanzamiento—, la sonda pasará un par de años alrededor de Saturno hasta ajustar su órbita para alcanzar Encélado —en el sistema de Saturno solo se puede usar Titán para realizar maniobras de asistencia gravitatoria—, investigando su conjunto de lunas en detalle. Finalmente, se situará en una órbita elíptica alrededor de Encélado con un periodo de unas doce horas. La órbita se acercará a tan solo 20 o 70 kilómetros de la superficie en la región del polo sur de la luna —donde están los géiseres— y su apoastro será de 400 kilómetros. En la parte más alejada de la órbita, la sonda se dedicará a enviar los datos a la Tierra y a recargar sus baterías. Esta órbita no es estable y Orbilander debería corregirla continuamente.

Modelo interior de Encélado con el océano (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers/ESA).

Los géiseres de Encélado en las «rayas de tigre» del polo sur (NASA).

Orbilander llevaría un grupo importante de instrumentos científicos. Para su misión orbital llevaría una cámara de campo amplio, otra de pequeño campo, un altímetro lídar, un radar, un experimento de radio para determinar la estructura interna de Encélado y un espectrómetro infrarrojo. Pero los más destacables serían aquellos destinados a estudiar directamente las partículas de los géiseres en cada órbita: varios espectrómetros de masas, un microscopio, un instrumento para analizar las muestras por electroforesis microcapilar usando fluorescencia inducida mediante láser y un electrodo selectivo de iones, entre otros. La sonda recogería las muestras en cada paso a una velocidad de 720 km/h usando un embudo especial para aumentar el área de recolección (al estar en órbita de Encélado y no de Saturno, la velocidad de impacto de las partículas será mucho menor que la que encontró Cassini, lo que permitirá un mejor estudio de las mismas). El objetivo de estos instrumentos es determinar la salinidad y el pH del océano subterráneo e investigar la presencia de moléculas orgánicas, especialmente aminoácidos o lípidos, además de estudiar su quiralidad (un requisito fundamental para saber si su origen es biótico). La sonda no llevará un magnetómetro —un instrumento a priori necesario para estudiar la presencia de un océano global salado— porque el campo inducido en el océano de Encélado que puede generar la magnetosfera de Saturno es muy débil (el campo magnético de Saturno es poco intenso y, además, no está inclinado con respecto al eje de rotación del planeta).

Fases de la misión de Orbilander (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).

En la fase orbital la sonda identificará una zona de aterrizaje adecuada en el polo sur, que debe estar conveniente iluminada y cuya pendiente tiene que ser menor de 10º (por seguridad y para garantizar la línea de visión con la Tierra). Por este motivo, no podrá aterrizar en valles o zonas rodeadas de montañas. La zona de aterrizaje debe estar cerca de los géiseres, pero no justo sobre ellos, de tal forma que la temperatura del lugar de aterrizaje sea inferior a 85 kelvin. También debe ser una zona sin muchas rocas, lógicamente, pero tampoco totalmente lisa, porque eso podría indicar que se trata de una superficie poco compactada cubierta por la «nieve» fresca de los géiseres, con el consiguiente peligro de que la sonda se hunda en el terreno. Obviamente, la sonda usará durante el descenso navegación autónoma mediante reconocimiento del terreno. Una vez en el suelo, la sonda pasará un mínimo de 1,5 años investigando el material de la superficie.

Órbita de Orbilander alrededor de Encélado (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).

Fases de la misión orbital (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).

La pregunta que nos podemos hacer en este punto es «¿por qué?». Es decir, se supone que la principal ventaja de Encélado es que podemos estudiar los géiseres desde la órbita. Entonces, ¿para qué aterrizar? La respuesta es que, a la altura que vuela una sonda espacial, solo llegan las partículas más pequeñas, mientras que las partículas más grandes vuelven a caer sobre la superficie. Si queremos analizar esta «nieve» fresca, resulta necesario aterrizar, sobre todo si buscamos biomarcadores o, incluso, formas de vida. Cuanto mayor sea la densidad de moléculas orgánicas en la muestra, más fácil —y rápido— se podrá determinar algunas de sus características. Con el fin de recoger las muestras en la superficie, la sonda usará el cono orientado hacia arriba para captar las partículas que caigan, además de emplear una pequeña pala para recoger muestras directamente desde la superficie. Por otro lado, una vez en la superficie, la sonda usaría un sismómetro para estudiar el interior de Encélado.

Fases en el estudio de Encélado durante la misión de superficie (NASA/Shannon MacKenzie/Johns Hopkins University APL).

El Orbilander de Encélado es la última propuesta misión de tipo Flagship para estudiar Encélado, pero recientemente también hemos podido ver otro concepto más modesto llamado SILENUS (Spectrometer Investigating the Livability of Enceladus with a Network of Underground Seismometers). SILENUS sería del tipo New Frontiers, o sea, ligeramente más barata. SILENUS no es ni siquiera una propuesta de misión formal, sino que se trata de un concepto realizado con motivo del 2019 Caltech Space Challenge. Sin embargo, resulta llamativa porque, aunque es un orbitador «clásico», incorpora un par de soluciones de diseño originales. La primera es el empleo de paneles solares para reducir costes —aunque las propuestas ELF o E2T también hacían uso de energía solar en vez de RTGs— y la segunda el uso de penetradores para el estudio de la superficie. SILENUS soltaría cuatro penetradores en la zona de los géiseres del polo sur, cada uno dotado de un sismómetro. Recordemos que los géiseres salen de varias grietas apodadas las «rayas del tigre», que oficialmente se denominan Damascus, Baghdad, Cairo, Alexandria y Camphor Sulci. Tres de los penetradores impactarían alrededor de las fracturas —sulci— de Baghdad y Damascus, mientras que el cuatro lo haría cerca de Samarkand Sulcus, en el hemisferio norte. De esta forma, combinando los datos sísmicos con los del experimento de radio orbital, se podría obtener un mapa muy detallado del interior de Encélado.

Un penetrador de SILENUS en el polo sur de Encélado, con la sonda orbitando (NASA/K. Balachandran et al.).

Si se lanza en 2028, la nave llegaría a la órbita de Encélado trece años más tarde. La órbita científica sería circular —más estable que la del Orbilander—, de 250 kilómetros de altura y 60º de inclinación. Además de los penetradores, SILENUS usaría un conjunto de espectrómetros para analizar las partículas de los géiseres. La misión primaria duraría un año terrestre y, al finalizar, la sonda abandonaría la órbita de Encélado para chocar contra Tetis y evitar así el riesgo de contaminar Encélado con microorganismos terrestres.

La sonda SILENUS (NASA/K. Balachandran et al.).

Zonas de impacto de los penetradores de SILENUS (NASA/K. Balachandran et al.).

Además de saber si Encélado es un mundo habitable y habitado, estas misiones deben averiguar cómo se formó esta luna y cuál fue su posterior evolución. No olvidemos que hay modelos teóricos que proponen que Encélado es una luna esencialmente muerta con periodos puntuales de actividad debido al calentamiento de marea, mientras que otros sugieren que podría tratarse de un satélite excepcionalmente joven (sesenta o cien millones de años aproximadamente), dos escenarios muy hostiles de cara a la presencia de formas de vida en la actualidad y que no se contemplan en otros mundos con océanos como Europa. Otros modelos defienden un Encélado habitable desde el origen del sistema solar. ¿Cuál de ellos es el correcto? Y, sobre todo, ¿cuándo volveremos para salir de dudas?

Fuente:   danielmarin.naukas.com