Conferencia de la Astronómica de Sabadell. Santa Martínez y Sébastien Besse, 19 de febrero de 2025
Nuestra misión favorita es BepiColombo. He entendido que algunos ya habéis oído y leído sobre esta misión. El objetivo que tenemos hoy es realmente engancharos a esta misión y que queráis saber más, que queráis entender más, que queráis seguirnos y descubrir los resultados científicos que esta misión va a ofrecer a la comunidad científica. Vamos a ver si lo conseguimos.
Nosotros trabajamos para la Agencia Espacial Europea. Entiendo que muchos de vosotros ya conocéis lo que es, pero quería dedicar unas palabras para que la conozcáis un poco más. Es una organización intergubernamental. En total, son veintitrés estados miembros los que forman parte. También hay estados que tienen acuerdos de cooperación y son estados asociados.Tenemos un presupuesto anual de unos siete mil setecientos millones de euros. Para que os hagáis una idea, eso es más o menos doce euros por cada ciudadano europeo al año. Así que no es tanto. Lo mismo que puedes dedicar a ir al cine una vez al año, eso es lo que cuesta invertir en todas las actividades que se hacen por parte de la Agencia Espacial Europea.
La agencia emplea en total a unas dos mil quinientas personas directamente, pero en realidad, en los centros de la Agencia Espacial hay alrededor de unas seis mil personas trabajando. Sus centros están distribuidos por toda Europa. En nuestro caso, en concreto, estamos en Madrid, pero tenemos centros en varios países de Europa, y las oficinas centrales están en París.
La labor fundamental de la Agencia Espacial Europea es definir, desarrollar y ejecutar el programa espacial de Europa. Este programa espacial es muy amplio, por lo que abarcamos dominios muy diferentes dentro del sector espacial, que pueden ir desde la observación de la Tierra hasta la investigación científica, pasando por proyectos de exploración espacial, incluyendo misiones robóticas y misiones tripuladas en las que humanos vuelven a explorar e investigar. También trabajamos en servicios y aplicaciones de telecomunicaciones y navegación. Incluso en el acceso al espacio, desarrollando lanzadores, cohetes y todo tipo de tecnología que nos permita enviar nuestros satélites al espacio para continuar la investigación.
En la ESA tenemos dos programas fundamentales: el programa obligatorio, al que todos los estados miembros de la Agencia Espacial tienen que contribuir, y luego el programa opcional, en el que los países pueden escoger a qué actividades quieren contribuir y a cuáles no les interesa.
Nuestro programa, en el que nosotros trabajamos, es el programa científico dentro del directorado de ciencia, y es un programa obligatorio. Es decir, este programa de investigación científica es realmente un programa esencial para la Agencia Espacial.
Nuestro centro de trabajo es muy especial. Está en Madrid, pero estamos en un entorno natural, rodeados de un parque natural (figura 1). Así que estamos muy contentos de trabajar ahí. Lo llamamos el Centro Europeo de Astronomía Espacial, pero para nosotros es un poco el corazón científico de la ESA. Es el centro que alberga todos los centros de operaciones científicas de misiones planetarias y de misiones de astronomía. Es un lujo realmente trabajar ahí, rodeados de toda esta investigación científica.
Figura 1. Centro de la ESA en Madrid
Además de albergar los centros de operaciones científicas, también cuenta con el Archivo Científico, donde se almacenan todos los datos de las misiones científicas de la ESA. A nosotros nos gusta llamarlo la Biblioteca del Universo. Es una biblioteca a la que todo el mundo puede acceder para descargarse los datos y trabajar con ellos.
Trabajamos en muchos tipos de misiones espaciales diferentes, los observadores cósmicos, como les llamamos. Son fundamentalmente las misiones de astronomía, aquellas que estudian el universo a través del espectro electromagnético. Estas misiones se enfocan en diferentes rangos del espectro electromagnético.
Habéis tenido recientemente una presentación de Plato, de Ana Eras, quien ha venido aquí a contaros sobre esa misión para descubrir y caracterizar sistemas extrasolares y exoplanetas asociados a ellos. Hay misiones de gran impacto, como por ejemplo Gaia, que ha construido el mayor catálogo de estrellas que tenemos, con más de dos mil millones de estrellas, y que posee una precisión exquisita.
Figura 2. Los observadores cósmicos
Nuestro campo de trabajo fundamental son las misiones planetarias, los exploradores del sistema solar. Cualquier objeto de nuestro sistema solar es objeto de estudio de estas misiones, incluyendo el Sol, los cometas y todos los planetas de nuestro sistema solar.
Figura 3. Exploradores del Sistema Solar
Hoy vamos a centrarnos en uno en especial: Mercurio. Os vamos a hablar de BepiColombo.
La misión se lanzó en octubre de desde la Guayana Francesa, un puerto espacial de la Agencia Espacial Europea, muy utilizado para nuestros lanzamientos. Fue un lanzamiento muy especial, ya que ocurrió de noche. Para nosotros, ese momento marca el verdadero inicio de la misión. Sin embargo, su desarrollo, diseño y planificación han llevado muchos años de trabajo previo.
Este proyecto tiene una gran dimensión internacional, con la participación de numerosos científicos e ingenieros.
La misión es ambiciosa y tecnológicamente compleja. Tiene dos particularidades: es una colaboración internacional entre la Agencia Espacial Europea y la Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa, conocida como JAXA.
Durante la fase de crucero, que comenzó tras su lanzamiento, todos los módulos viajan acoplados formando un solo satélite. Sin embargo, cuando lleguemos a Mercurio, previsto para finales de 2026, los módulos se desacoplarán y cada orbitador se quedará en su órbita científica alrededor del planeta.
Figura 4. Los distintos módulos de BepiColombo
Otra particularidad es el módulo de transferencia, que nos acompaña hasta llegar a Mercurio. Su función es proporcionar la propulsión necesaria para completar el viaje.
El sistema de propulsión eléctrica solar es innovador, ya que nunca antes se había usado para una transferencia interplanetaria.
Para que os hagáis una idea de las dimensiones del satélite, de punta a punta mide unos seis metros. Con los paneles solares desplegados, alcanza los treinta metros.
Figura 5. Despliegue del satélite
El peso total al lanzamiento fue de cuatro toneladas, pero la instrumentación científica representa solo una pequeña parte de este peso.
BepiColombo enfrentará un entorno extremo en Mercurio, con temperaturas que oscilan entre menos ciento ochenta y cuatrocientos cincuenta grados centígrados. Además, la radiación solar es diez veces mayor que en la Tierra.
Para soportar estas condiciones, hemos desarrollado tecnologías avanzadas, como un innovador sistema de control térmico y un recubrimiento especial cosido a mano para aislar el satélite.
¿De dónde proviene el nombre de esta misión? Es un nombre bastante peculiar: BepiColombo. En realidad, se debe a un científico, matemático y físico italiano llamado Giuseppe Colombo. En italiano, Giuseppe tiene una versión corta: Bepi, por lo que se le conocía como Bepi Colombo. Él fue la persona que diseñó la trayectoria de un satélite para que se mantuviera en una órbita resonante con el planeta Mercurio, realizando sobrevuelos cerca de otros planetas.
Figura 6. Giuseppe Colombo
Gracias a estos sobrevuelos, la misión Mariner 10, que fue la primera en sobrevolar Mercurio, tuvo éxito. En honor a este científico, decidimos nombrar así nuestra misión.
Ahora, hablemos un poco sobre nuestro viaje hacia el interior del sistema solar. Puede que esta gráfica (figura 7) parezca un poco complicada, pero no lo es. Voy a explicar dos cosas para que se entienda mejor. Los puntos que aparecen en la imagen representan los encuentros y maniobras de asistencia gravitatoria que hemos realizado con otros planetas: uno en la Tierra (tras el lanzamiento), dos en Venus y seis en Mercurio.
Figura 7. Acercamiento de BepiColombo a los distintos planetas interiores
Contamos con un sistema de propulsión eléctrica que nos permite frenar. Es fundamental porque, si enviáramos el satélite en línea recta, la gravedad del Sol haría que nos pasáramos de largo. No podríamos frenar lo suficiente para igualar nuestra velocidad relativa con la de Mercurio alrededor del Sol y ser capturados en su órbita. Por ello, utilizamos estas maniobras de sobrevuelo y el sistema de propulsión eléctrica para desacelerar gradualmente y adaptar nuestra trayectoria a la final, la científica, cuando lleguemos al planeta.
En la gráfica, lo que aparece en verde representa lo que ya hemos hecho. Todas las maniobras de asistencia gravitatoria se han completado, mientras que las líneas en rojo indican el uso del sistema de propulsión. Hasta ahora, lo hemos utilizado poco, pero a partir de este punto lo emplearemos prácticamente de manera continua hasta 2026.
En cuanto a la comunicación con el satélite, contamos con un segmento terrestre. Tenemos un centro de control en Alemania, que es el encargado de comunicarse con el satélite, enviarle señales con la programación científica y recibir los datos. En Madrid, se encuentra el Centro de Operaciones Científicas, donde se coordinan las observaciones y las peticiones de los distintos instrumentos a bordo del satélite, optimizando los recursos y enviando el plan a Alemania para su transmisión al satélite.
Además, contamos con una red de antenas para el envío y recepción de señales. Dado que se trata de una misión conjunta con Japón, trabajamos en estrecha colaboración con el centro de control japonés y con los equipos de instrumentos distribuidos en toda Europa.
La llegada a Mercurio será una de las fases más críticas de la misión, y tendrá lugar en un par de años, en septiembre. Durante seis meses, llevaremos a cabo maniobras cruciales y separaremos los módulos de la nave. Primero, en septiembre, se desacoplará el módulo de transferencia. A continuación, el resto del satélite, aún ensamblado, realizará la inserción en órbita.
Una vez en órbita, se separará primero el orbitador japonés, que quedará en su órbita científica. Luego, se desacoplará el escudo solar, que protegía al satélite japonés de la radiación solar durante el viaje. Esto ocurrirá aproximadamente en diciembre, coincidiendo con la Navidad de 2026. Finalmente, el satélite europeo se quedará en su órbita, que es más amplia.
Ahora, hablemos más de Mercurio y menos de BepiColombo. Aquí tenemos una imagen de Mercurio (figura 8). Es un planeta gris y blanco, con muchas similitudes con la Luna. Sin embargo, si lo observamos con otros instrumentos, podemos verlo desde una perspectiva diferente, con colores que revelan información sobre su composición. Eso es lo que quiero compartir hoy: cómo Mercurio es diferente de la Luna y de otros planetas.
Figura 8. Mercurio
Mercurio y la Luna son tan parecidos que, en algunas imágenes, cuesta distinguirlos. Pero, aunque sean similares, también hay grandes diferencias, y eso es lo que exploraremos.
Hasta ahora, hemos estudiado Mercurio con dos misiones: Mariner 10 y Messenger, que orbitó el planeta durante varios años y cuya misión finalizó hace una década. Gracias a Messenger, hoy tenemos el mejor conocimiento sobre Mercurio.
¿Sabías que Mercurio es el planeta más cercano al Sol y el más pequeño del sistema solar? Tal vez por eso ha sido tan poco explorado. Sin embargo, es un mundo fascinante.
Mercurio es el único planeta, además de la Tierra, que tiene un campo magnético. También tiene hielo, lo cual es sorprendente dado su entorno extremo. La Luna también tiene hielo, lo que refuerza sus similitudes.
Otro aspecto que me interesa mucho son los volcanes. Mercurio tiene volcanes, aunque no están activos. No los necesita: el calor del planeta ya es suficiente.
Para mí, Mercurio es clave para entender lo que ocurre fuera de nuestro sistema solar. Actualmente, conocemos unos 7,500 exoplanetas, y la mayoría de ellos están muy cerca de sus estrellas, igual que Mercurio respecto al Sol. Si comprendemos mejor a Mercurio, podremos entender mejor esos sistemas exoplanetarios.
Otra teoría fascinante es que la formación de Mercurio pudo haber sido similar a la de la Luna. Se cree que un impacto masivo con un proto-Mercurio pudo haberle dado sus características únicas.
El interior de Mercurio es particularmente interesante. Tiene un núcleo sólido y otro líquido, algo muy similar a la Tierra. Esta combinación es necesaria para generar un campo magnético. Así que, aunque Mercurio se parezca a la Luna en su superficie, su interior se asemeja más al de la Tierra (figura 9).
Figura 9. El interior de Mercurio
BepiColombo nos ayudará a investigar más sobre el campo magnético, la exosfera y otros misterios de Mercurio. La exosfera, que es una atmósfera extremadamente tenue, está formada por moléculas expulsadas de la superficie debido al viento solar y los impactos de asteroides.
Uno de los misterios más intrigantes son las "hollows" (hoyos o depresiones) en la superficie de Mercurio (figura 10). Son estructuras geológicas pequeñas, jóvenes y brillantes que no se han visto en ningún otro planeta del sistema solar. Se cree que podrían estar relacionadas con la liberación de gases de la superficie debido al calor del Sol, pero necesitamos más datos para confirmarlo.
Figura 10. Hollow en Mercurio
En el polo norte y sur de Mercurio hay cráteres que nunca reciben luz solar y en cuyo interior se ha detectado hielo de agua. Este hielo pudo haber llegado mediante cometas o asteroides. BepiColombo, con su órbita polar, pasará cada tres horas sobre estas regiones y realizará observaciones para confirmar su composición.
El campo magnético de Mercurio es 100 veces más débil que el de la Tierra, pero sigue siendo un laboratorio ideal para entender mejor cómo funciona el campo magnético terrestre, especialmente en épocas de alta actividad solar.
Por primera vez, gracias a BepiColombo, estudiaremos el campo magnético de Mercurio con dos naves simultáneamente: la europea y la japonesa. Esto nos permitirá entender mejor su interacción con el viento solar y su magnetosfera.
En Mercurio hay dos tipos distintos de volcanes: efusivos y explosivos. Y aquí tengo los dos en la misma imagen (figura 11). Esta zona, que es un cráter antiguo, está llena de magma de lava que ya se ha solidificado, pero se ve que la superficie es lisa y de un color un poquito diferente. Este es el tipo de volcán efusivo. Y aquí al lado hay un volcán explosivo. Aquí está el centro y se nota que es más brillante alrededor. En este tipo de volcanes, el polvo se acumula en los lados. Tenemos este tipo de volcanes en Mercurio. Son muy interesantes y muy importantes para conocer mejor la historia del planeta y cómo ha cambiado su química. Se encuentran en todas partes de Mercurio.
Figura 11. Dos tipos distintos de vulcanismo en Mercurio: efusivo (derecha) y explosivo (izquierda)
Hay muchísimos volcanes en Mercurio, lo cual es muy interesante. Algo que aún no sabemos bien sobre los volcanes, y quiero estudiar con BepiColombo para entender mejor, es la edad de estos volcanes. Hay algunos que son muy antiguos seguramente, pero también parece que hay volcanes que son muy jóvenes. Jóvenes, en este contexto, significa mil millones de años, no tan recientes como ayer. Sin embargo, los volcanes de Mercurio comenzaron hace cuatro mil millones de años, y aún no sabemos exactamente cuándo cesaron las erupciones.
Sabemos que la actividad volcánica alcanzó su máximo justo al inicio de la historia del planeta. Estamos investigando hasta cuándo continuó, pero no lo sabemos con certeza. En cuanto a los volcanes explosivos, en este caso no sabemos nada. Algunos investigadores creen que son muy antiguos, mientras que otros sostienen que son relativamente jóvenes. Necesitamos más datos para entender realmente lo que ha sucedido.
Eso es lo que haremos con Mercurio, porque con BepiColombo contamos con más instrumentos científicos para analizar su superficie en detalle.
Quiero hablar un poco sobre los instrumentos que tenemos a bordo. Es una misión compuesta por dos satélites. En el módulo europeo hay once instrumentos, mientras que en el módulo japonés hay cinco. Estos instrumentos han sido construidos en distintos países de Europa, con contribuciones también de América, Rusia y otros lugares. Entre los instrumentos tenemos cámaras, espectrómetros, detectores de partículas y de polvo, y un magnetómetro.
Los instrumentos japoneses están diseñados para estudiar la magnetosfera y la exosfera del planeta. Son muchos instrumentos en total. Los dos satélites tienen destinos diferentes, y por eso son dos. Como podéis ver, esta misión es una gran colaboración internacional.
El módulo europeo se acercará mucho al planeta, llegando hasta unos 500 kilómetros de la superficie en su punto más próximo y hasta 1,500 kilómetros en su punto más lejano. El satélite japonés, en cambio, orbitará a mayor distancia, ya que su objetivo principal es el estudio de la magnetosfera y la exosfera. En el caso del módulo europeo, nos interesa observar directamente la superficie de Mercurio, por lo que necesitamos acercarnos más.
Figura 12. Órbitas del módulo europeo y japonés
Los instrumentos están distribuidos en distintos puntos del satélite, como se puede ver en las imágenes. Algo que mencioné de pasada al principio es que tenemos una configuración especial con tres o cuatro módulos unidos durante la fase de crucero.
Durante el crucero, los instrumentos no pueden operar. No es posible tomar imágenes ni realizar análisis de Venus o la Tierra. No han podido hacer nada en esa fase, lo cual es una pena, porque me encantan las cámaras, pero no se puede hacer mucho en ese momento. Sin embargo, tuvimos suerte porque hay tres cámaras colocadas en el módulo de transferencia. Gracias a esto, hemos podido tomar imágenes casi a diario para comprobar el funcionamiento de los mecanismos del satélite.
Además, durante los sobrevuelos hemos capturado imágenes de los planetas. Tenemos imágenes de la Tierra y dos de Venus. También hemos realizado tres sobrevuelos de Mercurio, fotografiando distintas regiones del planeta.
En uno de los sobrevuelos del año pasado, en septiembre, logramos acercarnos como nunca antes a otro planeta: a tan solo 165 kilómetros de Mercurio (figura 13). Fue un acercamiento muy complejo, pero las imágenes obtenidas son espectaculares y recuerdan mucho a las de la misión Messenger. En diciembre se realizó el quinto sobrevuelo.
Figura 13. Máximo acercamiento a Mercurio
Para mí fue particularmente relevante porque MERTIS, uno de los instrumentos de BepiColombo, es un espectrómetro que estudia la superficie de Mercurio en el infrarrojo. Esto no se puede hacer desde la Tierra debido a la atmósfera, que impide la observación en ese rango. Además, misiones anteriores como Mariner 10 o Messenger no contaban con un instrumento de este tipo. Es la primera vez que podemos ver Mercurio en el infrarrojo.
Esta imagen es histórica (figura 14) y es necesario analizar los datos en detalle. En la imagen se aprecia un pequeño cráter cuya emisión térmica es distinta a la del resto del planeta. Los científicos están estudiando estos datos porque resultan muy novedosos e interesantes.
Figura 14. Mercurio en infrarrojo
El último sobrevuelo, realizado hace aproximadamente un mes, pasó justo sobre el polo norte de Mercurio. Como mencionamos antes, en los cráteres de esta región el Sol nunca llega directamente, lo que permite la acumulación de hielo. Con este tipo de cámara no podemos ver con certeza si el hielo es de agua o de otro material, ya que su función principal es la captura de imágenes. Sin embargo, BepiColombo realizará más estudios en el futuro para investigar este aspecto.
Bueno, espero que hayáis disfrutado de este recorrido científico por Mercurio y que os haya resultado interesante conocer los descubrimientos que podremos hacer con esta impresionante misión. Nosotros hablamos de esta misión con mucha pasión, como podéis ver, porque hemos dedicado muchos años a ella y sabemos el enorme esfuerzo que hay detrás.
Seguid las noticias en redes sociales y no dudéis en hacer preguntas sobre la misión. Aún nos quedan dos años de propulsión eléctrica para continuar frenando hasta alcanzar la velocidad, energía y momento necesarios para entrar en órbita.
A partir de septiembre de 2026 comenzará un periodo crítico de seis meses con maniobras de separación e inserción orbital, seguido del desacoplamiento de los módulos. Finalmente, en abril de 2027 comenzará la fase científica de la misión.
La misión está planificada inicialmente para un año de observación continua, pero nuestra intención es extenderla tanto como lo permita la tecnología.
Coloquio
Cuando la misión finalice y los satélites ya no sean operativos, ¿cómo se tiene previsto eliminarlos? ¿Quedarán orbitando Mercurio o qué ocurrirá con ellos?
En principio, el satélite japonés, debido a la degradación de su órbita y la falta de capacidad para corregirla, acabará estrellándose contra la superficie del planeta en unos años. El satélite europeo, en cambio, podrá mantenerse en órbita hasta por 50 años, aunque eventualmente la tecnología dejará de funcionar y la comunicación se perderá. Finalmente, también acabará impactando contra Mercurio.
Tengo una pregunta: la cola de mercurio y de sodio, ¿será posible observarla desde el BepiColombo? ¿Quizás es del módulo japonés?
Claro, sí, esa es la idea. Ambos satélites están diseñados para realizar estas observaciones. En el módulo MPO, el módulo europeo, hay cuatro instrumentos dedicados a medir la cola de sodio, así como otras especies químicas dentro de la exosfera de Mercurio. Los japoneses también cuentan con un instrumento especializado en este estudio, además de analizar el polvo presente en la exosfera. Estos datos se recopilarán en un modelo tridimensional.
Se generará un mapa 3D de la exosfera de Mercurio y los japoneses harán lo mismo, pero con un enfoque más externo. De este modo, obtendremos un modelo tridimensional detallado de la cola de sodio en Mercurio.
Me ha parecido oír que la propulsión del satélite se basa en la aceleración de iones de un gas noble como el neón, argón o xenón. ¿Cómo se ioniza este gas antes de propulsarlo? ¿Se ioniza en el propio satélite o ya viene ionizado de fábrica?
No, el gas se ioniza en el propio satélite. Esto se logra mediante calentamiento, lo que permite la separación de los iones. La aceleración se realiza mediante unas rejillas ubicadas en la zona de salida del propulsor. Estas rejillas, al aplicar un voltaje muy alto, aceleran los iones y generan la propulsión.