Un instrumento interestelar hace una reverencia final

Planeaban volar durante cuatro años y llegar a Júpiter y Saturno. Pero casi medio siglo y 15 mil millones de millas después, las naves espaciales gemelas Voyager de la NASA han superado con creces su misión original, abriéndose camino más allá de los planetas exteriores y cayendo en picado a través de nuestra heliosfera, más allá de la influencia del sol. Actualmente, las sondas se están abriendo camino a través del espacio interestelar, viajando más lejos que cualquier objeto creado por el hombre.

Durante su improbable viaje, las Voyager realizaron observaciones, las primeras de su tipo, de los cuatro planetas gigantes exteriores y sus lunas utilizando sólo un puñado de instrumentos, incluidos los Experimentos Científicos de Plasma del MIT, sensores de plasma idénticos que fueron diseñados y construidos en la década de 1970 en Edificio 37 por científicos e ingenieros del MIT.

El Experimento Científico del Plasma (también conocido como Espectrómetro de Plasma, o PLS para abreviar) midió partículas cargadas en magnetosferas planetarias, el viento solar y el medio interestelar, el material entre las estrellas. Desde su lanzamiento en la nave espacial Voyager 2 en 1977, PLS ha descubierto nuevos fenómenos cerca de todos los planetas exteriores y en el viento solar en todo el Sistema Solar. El experimento jugó un papel crucial al confirmar el momento en que la Voyager 2 cruzó la heliosfera y salió del régimen solar hacia el espacio interestelar.

Ahora, para conservar parte de la energía restante de la Voyager 2 y extender la vida útil de la misión, los científicos e ingenieros de la Voyager han tomado la decisión de cerrar el experimento científico de plasma del MIT. Es el primero de una línea de instrumentos científicos que se eliminarán gradualmente en los próximos años. El 26 de septiembre, la Voyager 2 PLS envió su comunicación final desde 12,7 mil millones de millas de distancia antes de recibir la orden de apagarse.

noticias del MIT habló con John Belcher, profesor de física de la promoción de 1922 en el MIT, que fue miembro del equipo original que diseñó y construyó el espectrómetro de plasma, y ​​John Richardson, científico investigador principal del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, quien es el investigador principal del experimento. Tanto Belcher como Richardson ofrecieron sus reflexiones sobre el retiro de esta pieza interestelar de la historia del MIT.

Pregunta: Mirando retrospectivamente las contribuciones del experimento, ¿cuáles son los mayores éxitos en términos de lo que el espectrómetro de plasma del MIT ha revelado sobre el sistema solar y el espacio interestelar?

Richardson: Un descubrimiento clave de PLS en Júpiter fue el descubrimiento del toro de Io, una rosquilla de plasma que rodea a Júpiter, formada a partir de azufre y oxígeno de los volcanes de Io (que fueron detectados en imágenes de la Voyager). En Saturno, PLS encontró una magnetosfera llena de agua y oxígeno que había caído de las lunas heladas de Saturno. En Urano y Neptuno, la inclinación de los campos magnéticos llevó a PLS a ver características menos densas, con el plasma de Urano desapareciendo cerca del planeta. Otra observación clave de PLS fue la del choque de terminación, que fue la primera observación de plasma en el choque más grande del Sistema Solar, donde el viento solar dejó de ser supersónico. Este límite vio una gran disminución en la velocidad y un aumento en la densidad y temperatura del viento solar. Y finalmente, PLS documentó el cruce de la heliopausa por parte de la Voyager 2 al revelar una interrupción del flujo de plasma hacia afuera. Esto marcó el fin del viento solar y el comienzo del medio interestelar local (LISM). Aunque no está diseñado para medir LISM, PLS midió continuamente las corrientes de plasma interestelar más allá de la heliosfera. ¡Es muy triste perder este instrumento y estos datos!

Pañuelo abigarrado: Es importante señalar que PLS fue el resultado de décadas de desarrollo por parte del profesor del MIT Herbert Bridge (1919-1995) y Alan Lazarus (1931-2014). La primera versión del instrumento que diseñaron voló en el Explorer 10 en 1961. Y la última versión es el sobrevuelo de la Sonda Solar, que está recopilando mediciones muy cerca del sol para comprender el origen del viento solar. Bridge fue el investigador principal de las sondas de plasma de la nave espacial que visitó el sol y todos los cuerpos planetarios importantes del sistema solar.

Pregunta: Durante su estancia a bordo de las sondas Voyager, ¿cómo hicieron su trabajo los sensores de plasma durante los últimos 47 años?

Richardson: Había cuatro detectores de copa de Faraday diseñados por Herb Bridge que medían las corrientes de iones y electrones que ingresaban a los detectores. Midiendo estas partículas de diferentes energías, pudimos encontrar la velocidad, densidad y temperatura del plasma en el viento solar y en las cuatro magnetosferas planetarias que encontró la Voyager. Los datos de la Voyager fueron (y todavía son) enviados a la Tierra todos los días y recibidos por la red de antenas de la NASA en el espacio profundo. Mantener a flote dos naves espaciales de la década de 1970 durante 47 años y contando ha sido una hazaña asombrosa de la destreza de ingeniería del JPL: puede buscar en Google el último rescate cuando la Voyager 1 perdió una parte de la memoria en noviembre de 2023 y detuvo el envío de datos. JPL descubrió el problema y pudo reprogramar el sistema de datos de vuelo desde 15 mil millones de millas de distancia, y ahora todo ha vuelto a la normalidad. Apagar el PLS implica enviar un comando que llegará a la Voyager 2 unas 19 horas después, proporcionando al resto de la nave suficiente energía para continuar.

Pregunta: Después de que se apaguen los sensores de plasma, ¿cuánto más puede hacer la Voyager y hasta dónde puede llegar todavía?

Richardson: La Voyager seguirá midiendo los rayos cósmicos galácticos, los campos magnéticos y las ondas de plasma. La energía disponible disminuye aproximadamente 4 vatios por año a medida que se desintegra el plutonio que los alimenta. Esperamos mantener algunos de los instrumentos en funcionamiento hasta mediados de la década de 2030, pero esto será un desafío a medida que disminuyan los niveles de potencia.

Pañuelo abigarrado: Nick Oberg, del Instituto Astronómico Kapteyn de los Países Bajos, ha realizado un estudio exhaustivo del futuro del transbordador, utilizando datos de la nave espacial de la Agencia Espacial Europea. Gaia. Dentro de unos 30.000 años, la nave espacial alcanzará las estrellas más cercanas. Debido a que el espacio es tan vasto, no hay posibilidad de que una nave espacial colisione directamente con una estrella durante la vida del universo. Sin embargo, la superficie de la nave espacial se verá erosionada por microcolisiones con grandes nubes de polvo interestelar, pero esto sucede muy lentamente.

Según la estimación de Oberg, los Discos de Oro (discos idénticos colocados a bordo de cada sonda, que contienen sonidos e imágenes elegidos para representar la vida en la Tierra) probablemente sobrevivirán durante más de 5 mil millones de años. Después de esos 5 mil millones de años, las cosas son difíciles de predecir, ya que en este punto la Vía Láctea chocará con su enorme vecina, la galaxia de Andrómeda. Durante esta colisión, existe una probabilidad entre cinco de que la nave espacial sea arrojada al entorno intergaláctico, donde hay poco polvo y poco tiempo. En ese caso, es posible que la nave espacial sobreviva durante billones de años. Un billón de años es aproximadamente 100 veces la edad real del universo. La Tierra deja de existir en unos 6 mil millones de años, cuando el Sol entra en su fase de gigante roja y la envuelve.

En una versión “para pobres” del Disco de Oro, Robert Butler, ingeniero jefe del Plasma Instrument, grabó en la placa colectora de la copa lateral los nombres de los ingenieros y científicos del MIT que habían trabajado en la nave espacial. La ciudad natal de Butler era New Hampshire y colocó el lema del estado, “Vive libre o muere”, en la parte superior de la lista de nombres. Gracias a Butler, aunque New Hampshire no sobrevivirá durante un billón de años, su lema estatal podría sobrevivir. La reserva de vuelo del instrumento PLS está ahora expuesta en el Museo del MIT, donde se puede ver el texto del mensaje de Butler mirando el sensor que aparece en el lateral.