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Sujétame el cubata, ¡aún estamos a tiempo para enviar una misión a Oumuamua!

El cuerpo celeste 1I/’Oumuamua (o, más sencillamente: Oumuamua), fue el primer objeto interestelar detectado mientras estaba atravesando nuestro Sistema Solar. Pasó muy cerca del Sol (¡a sólo a 1/4 de la distancia Tierra-Sol!) y, después de cambiar su trayectoria unos 66 grados debido a la acción de la gravedad de nuestra estrella, volvió a poner rumbo al medio interestelar. En la Figura 1 se muestra una animación de la trayectoria que siguió.

Figura 1. Animación de la trayectoria (línea blanca) que siguió Oumuamua en su paso por el Sistema Solar. (Crédito: Wikipedia Commons)

¿Cómo sabemos que Oumuamua es de origen extrasolar?

Oumuamua fue descubierto en octubre del 2017, un mes después de que hubiera sobrepasado el punto más cercano al Sol. Una de las primeras pruebas que indicó su origen extrasolar fue su velocidad, la cual es demasiado alta como para poder estar gravitacionalmente ligado al Sistema Solar. Además, los objetos que provienen de la parte externa del Sistema Solar suelen tener coberturas de hielo que se evaporan al acercarse al Sol, generando una larga cola, y que nosotros conocemos como cometas. Sin embargo, Oumuamua en ningún momento mostró las características de un cometa, por lo que tuvo que formarse dentro de la “línea de congelación” de su sistema de origen. Esta línea marca la distancia en la formación de una estrella a partir de la cual ciertas moléculas como el agua o el metano se pueden crear en forma de hielo. Otros misterios que trajo consigo fueron: 1) su extraña forma alargada, 2) que reflejaba mucha más luz que otros asteroides o 3) que su aceleración al salir del Sistema Solar fue mayor que la que debería haber tenido únicamente por la gravedad.

Dada la cantidad de incógnitas asociadas a Oumuamua no han sido pocos los estudios y teorías intentando determinar el origen de este objeto. Algunas de estas teorías incluyen: agregación fractal de polvo, un iceberg de hidrógeno, un trozo de un planetoide fragmentado por fuerzas de marea e, incluso, una vela solar alienígena. Sin embargo, puesto que cuando se descubrió ya estaba en su trayectoria de salida del Sistema Solar, los telescopios terrestres fueron perdiendo la capacidad de observarlo. Finalmente, su brillo descendió tanto que salió del alcance de cualquier observatorio. De este modo, se llevó consigo para siempre muchas de las incógnitas sobre su origen… ¿o no?

En el artículo de hoy, un grupo de investigadores propone una misión a Oumuamua, utilizando una trayectoria que nos daría tiempo para lanzarla hasta 2028. A continuación, os contamos los detalles.

Scotty, ¡dame más delta V!

Lo más importante a tener en cuenta en los vuelos espaciales es lo que en astronáutica se conoce como ΔV (pronunciado “delta V”). La ΔV es la cantidad de aceleración y/o deceleración que tendrás que dar a tu nave espacial para que llegue a su destino. Los vuelos a otros cuerpos celestes funcionan, básicamente, del siguiente modo: se le da una ΔV a la nave para que escape de la gravedad terrestre y adquiera una cierta velocidad. Después se deja la nave en manos de la primera Ley de Newton, de forma que la mayor parte de su viaje la realiza por propia inercia. Cuando es necesario realizar una corrección de rumbo o dirigirse a otra dirección se le vuelve a dar a la nave la ΔV necesaria para que continúe hacia donde deseamos. El gran inconveniente de todo esto es que para aplicar ΔV a nuestra nave es necesario combustible. Por lo tanto, la cantidad de ΔV que podemos dar está limitada.

La maniobra Oberth

En astronáutica existen algunos “trucos” para ganar mucha más velocidad de la que obtendrías con una cantidad de combustible (o ΔV) dada. Uno de ellos es la maniobra Oberth, la cual consiste en dirigir la nave hacia el pozo gravitatorio de un objeto muy masivo (como el Sol) y encender los motores cuando está pasando muy cerca del mismo. Sería algo parecido a lanzar una piedra con una honda. De este modo, cuando la nave se aleja del objeto masivo sale con muchísima más velocidad de la que entró. Pero ¡ojo!, que nadie piense que dicho impulso o energía ‘extra’ sale de la nada (todavía no hemos conseguido violar el principio de conservación de la energía). Dicho impulso de más se lo estamos “robando” a la energía del astro del que nos ayudamos. No obstante, dada su gran masa, para él resulta imperceptible.

Hoy en día ya se han propuesto algunas misiones a Oumuamua, realizando esta maniobra alrededor del Sol. Sin embargo, la nave tendría que pasar tan cerca de la atmósfera solar que necesitaría un escudo para protegerla de la radiación, lo que aumentaría muchísimo el peso de la nave, tanto que hace la misión inviable. En el artículo los autores proponen una trayectoria en la que no se realiza maniobra Oberth en el Sol, ¡sino alrededor de Júpiter! De este modo no sería necesario el pesado escudo solar y se podría alcanzar el objetivo en un tiempo razonable.

¿Hemos llegado ya? ¿Hemos llegado ya? ¿Hemos llegado ya? …

Habitualmente se pone como límite una duración de viaje de 22 años para este tipo de misiones, pero la ΔV indispensable para llegar en ese tiempo tendría un coste en combustible muy elevado, así que en el artículo han estudiado cuál sería la duración óptima del viaje. En la Figura 2 se muestra un gráfico de la ΔV necesaria para la misión en función de los años de duración de la misma. El parámetro C3 (en gris) tiene que ver con el ΔV necesario para salir de la Tierra, según dónde se encuentre esta respecto a Júpiter. Como se puede observar, el punto óptimo de duración es 26 años dado que coincide con el mínimo valor de C3, así que esta ha sido la duración que han establecido para el viaje.

Figura 2. Delta V necesario (eje vertical) en función de los años de duración del viaje a Oumuamua desde el lanzamiento de la misión (eje horizontal). La línea azul indica el delta V necesario hasta el encuentro con Júpiter, la naranja el delta V total y la gris muestra un parámetro relacionado con el delta V necesario en función de la posición de la Tierra respecto a Júpiter en el momento del lanzamiento. Las siglas VEDSMEJ representan los pasos que realiza la nave: Venus-Earth-DSM-Earth-Jupiter (Crédito: Figura 2 del artículo original)

Disculpe, ¿por dónde se va a Oumuamua?

La trayectoria propuesta incluye un sobrevuelo por Venus, dos sobrevuelos más por la Tierra y un paso final por Júpiter, de forma que la sonda ponga rumbo con dirección a Oumuamua. La Figura 3 muestra el resumen de cómo sería todo el viaje si la misión dura 22 años. En caso de durar 26 años, sería así: el inicio de la misión sería en el 2028; después, la nave llegaría a su encuentro con Júpiter en el 2032 y, finalmente, alcanzaría a Oumuamua en el 2054.

Figura 3. Imagen del Sistema Solar que recoge toda la trayectoria de la misión a Oumuamua si se estableciera una duración de 22 años para la misión. Los números entre paréntesis indican el orden en que se produciría cada encuentro, debajo del cual se indica la fecha del mismo. Los ejes están en Unidades Astronómicas. (Crédito: Figura 1 del artículo original.)

El lanzamiento se realizaría con uno de los cohetes del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS, por sus siglas en inglés), que se está desarrollando actualmente y se probará por primera vez en abril de 2022. Según los cálculos del artículo y dependiendo del tipo de cohete SLS utilizado, dicha misión sería capaz de llevar entre 115kg y 241kg de carga útil hasta Oumuamua, lo cual nos permitiría llevar instrumentos científicos suficientes como para desvelar muchos de los misterios que nos ha dejado este visitante extrasolar.

Sin duda, la realización de esta misión requeriría de un esfuerzo por parte de la humanidad para llevarla a cabo. Sin embargo, dado lo singular de este objeto, y la ocasión única que tenemos en nuestro propio vecindario estelar, seguro que valdría la pena el botín de conocimientos adquirido.

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