Cohete de la NASA estudia una misteriosa región sobre el Polo Norte
Las nubes coloridas formadas por la liberación de trazadores de vapor de dos cohetes permiten a los científicos medir los vientos. Créditos: NASA/Lee Wingfield.
Fenómenos extraños suceden en la atmósfera de la Tierra en las latitudes altas. Alrededor del mediodía local, cuando el Sol está en su punto más alto, se abre una brecha en forma de embudo que atraviesa el cielo en el campo magnético de nuestro planeta. El campo magnético de la Tierra nos protege del viento solar, que es una corriente de partículas cargadas que emite el Sol. La brecha en esa región, llamada cúspide polar, permite que el viento solar tenga una línea de acceso directo a la atmósfera de la Tierra.
Las señales de radio y GPS se comportan de manera extraña cuando viajan por esta parte del cielo. En los últimos 20 años, los científicos y los operadores de naves espaciales han observado otra cosa que es inusual a medida que las naves espaciales pasan por esta región: estas aminoran su velocidad.
“A unos 400 kilómetros (250 millas) sobre la Tierra, las naves espaciales sienten más resistencia aerodinámica, como si hubieran caído en un reductor de velocidad”, dijo Mark Conde, físico de la Universidad de Alaska en Fairbanks e investigador principal de la misión del cohete sonda Experimento 2 en la región de la cúspide de la NASA (CREX-2, por sus siglas en inglés). Eso se debe a que el aire en la cúspide es notablemente más denso que el aire en otras partes de las órbitas alrededor de la Tierra de las naves espaciales. Pero nadie sabe por qué ni cómo. Al comprender las fuerzas que están en juego en la cúspide, los científicos esperan anticipar mejor los cambios en las trayectorias de las naves espaciales.
La carga útil de CREX-2 partió con éxito el 1 de diciembre a las 3:25 a.m., hora del este de Estados Unidos, desde el Centro Espacial Andøya en Noruega. El cohete sonda de cuatro etapas Oriole IV llevó la carga útil a un apogeo de 631 kilómetros (392 millas). Los informes preliminares indican que el vuelo fue exitoso y las ampollas que transportaban los vapores funcionaron según lo planeado. Se recibieron buenos datos, incluyendo los datos del equipo que documentó las imágenes de vapor.
CREX-2 primero tuvo como objetivo aprender más sobre la dinámica en la cúspide, como parte de la Iniciativa Gran Desafío – CUSP en 2019, pero aunque todos los sistemas estaban listos para su lanzamiento, la misión nunca despegó. Había poca actividad solar en ese momento y, como resultado, las condiciones climáticas espaciales no eran las adecuadas para la misión durante la ventana de lanzamiento inicial. La pandemia de COVID-19 pospuso aún más su viaje.
Ahora, después de un retraso de casi dos años, CREX-2 ha volado con la esperanza de responder preguntas sobre la cúspide. El equipo permanecía optimista; esta vez el Sol se encuentra en una etapa más activa de su ciclo natural, aumentando las posibilidades de que las condiciones climáticas espaciales sean favorables para su misión de estudiar una región inusualmente densa de la atmósfera.
Si bien la densidad de la atmósfera terrestre disminuye rápidamente con la altura, se mantiene constante horizontalmente. Es decir, a cualquier altitud dada, la atmósfera tiene aproximadamente la misma densidad en todo el mundo.
Excepto en la cúspide, donde a unos 400 kilómetros (250 millas) de altura, existe una bolsa de aire que es aproximadamente una vez y media más densa que el resto del aire a esa altitud. “No se puede simplemente aumentar la masa en una región por un factor de 1,5 y no hacer nada más, o el cielo se caería”, dijo Conde. Algo invisible sostiene esa masa extra, y la misión CREX-2 tiene como objetivo descubrir exactamente qué es.
La misión está diseñada para medir los numerosos factores que podrían explicar cómo el aire denso de la cúspide permanece suspendido. Entonces, dijo Conde, los científicos pueden “intentar determinar cuál de los factores es el responsable”.
Una posibilidad tiene que ver con los efectos eléctricos y magnéticos en la ionosfera, la capa de la atmósfera superior de la Tierra que está ionizada por el Sol, lo que significa que contiene partículas con carga eléctrica. La electrodinámica podría sostener el aire más denso de forma indirecta, o podría causar un calentamiento que genera vientos verticales para mantener arriba el aire denso. CREX-2 posee una serie de instrumentos diseñados para medir estos efectos.
Otra explicación podría ser que el aire en toda la columna vertical de la cúspide es más denso que su entorno. Apilado sobre un aire más pesado, el aire denso a 402 kilómetros (250 millas) de altura se mantendría a flote. Pero tener una columna de aire más pesado también debería producir vientos horizontales o incluso en forma de vórtice, que CREX-2 está diseñado para buscar.
Y lo hizo con estilo. El cohete expulsó 20 botes del tamaño de latas de refresco, cada uno con su pequeño motor cohete propio, en cuatro direcciones. Los botes estaban programados para romperse a diferentes altitudes. Al explotar, liberaron trazadores de vapor —partículas que suelen encontrarse en los fuegos artificiales y que brillan al dispersar la luz solar o al exponerse al oxígeno— en una cuadrícula tridimensional en el cielo. El viento ha pintado el cielo con estas nubes brillantes, revelando cómo se mueve el aire en esta sección inusual de la atmósfera.
Este aspecto de la misión requiere una logística complicada. “Es como un gran juego de ajedrez”, dijo Conde. El equipo necesita ver estos trazadores desde varios puntos de vista para obtener una comprensión completa de los patrones de vientos. Los científicos, algunos de ellos estudiantes de posgrado, se ubicaron en estaciones dispersas por toda Escandinavia para fotografiar los trazadores en un transcurso de 20 a 30 minutos. Un estudiante los documentó desde un avión que partió desde Reikiavik, Islandia, y otros capturaron los brillos desde dos lugares en la isla noruega de Svalbard.
Son necesarias algunas condiciones favorables para el lanzamiento. La cúspide solo está presente alrededor del mediodía local, pero el cielo debe estar oscuro para que el brillo de los trazadores sea visible. Es por eso que CREX-2 será lanzado a mediados del invierno, cuando hay muy poca luz solar en estas latitudes extremas del norte.
“Estamos enhebrando una aguja”, dijo Conde antes del lanzamiento. “Tenemos alrededor de una hora o dos cada día cuando las condiciones son adecuadas para realizar el experimento”. Y al menos dos de las estaciones necesitan una vista clara de los trazadores para lograr una recopilación de datos suficiente. La ventana de lanzamiento de 2019 estuvo abierta durante 17 días, pero ninguno de esos días fue adecuado para que CREX-2 volara.
“Trabajar con cohetes es un negocio de alto riesgo”, dijo Conde. “Se invierten dos o tres años desarrollando una carga útil, pero en última instancia, todo se reduce a elegir el momento de presionar el botón para obtener la investigación científica deseada”. A veces, ese momento no llega. Previo al lanzamiento, Conde y el equipo de CREX-2 estaban ansiosos por tener otra oportunidad. “Honestamente, se siente maravilloso”, dijo Conde. “Finalmente poder intentarlo de nuevo… no estoy muy seguro de tener las palabras para explicarlo”.
Por Anna Blaustein
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland
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