JUICE: La misión europea a Júpiter

El pasado 2 de mayo la Agencia Espacial Europea (ESA) anunciaba la misión espacial de tipo L (Large) que ha aprobado para su desarrollo durante la próxima década dentro de su programa de misiones científicas Cosmic Vision. Se trata de la misión JUICE a Júpiter, una sonda espacial cuyo objetivo será explorar las lunas heladas de Júpiter, así como el propio planeta gigante. JUICE (acrónimo de Jupiter Icy Moons Explorer) es una propuesta que se ha ido gestando desde el comienzo del programa Cosmic Vision en el año 2004 y que determina las misiones científicas que la ESA desarrollará durante la década 2015-2025. El proyecto JUICE ha recibido diferentes nombres y conceptos en estos 8 años. Anteriormenten fue conocido como Laplace, una parte de de un proyecto más amplio desarrollado en colaboración con NASA. El proyecto actual, más modesto correspondiendo a los tiempos que corren, será una nave alimentada por energía solar que pasará por lo menos 3,5 años dentro del sistema joviano, investigando tres de los cuatro satélites galileanos: Ganímedes, Calisto y Europa así como la atmósfera de Júpiter. Se trata de una misión de caracterización de estos mundos de gran interés astrobiológico, pues en el interior de estos satélites hay océanos de agua líquida y el agua es el ingrediente fundamental para la aparición de la vida. El lema de JUICE es explorar la emergencia de mundos habitables orbitando planetas gigantes. Además abordará otras cuestiones científicas tan importantes como ¿cuáles son las condiciones para la formación de planetas y cómo funciona el sistema solar?.

JUICE seá lanzada en junio de 2022 utilizando un cohete Ariane 5 y llegará al sistema de Júpiter tras un largo periplo por el sistema solar en el año 2030 que le hará sobrevolar tres veces la Tierra y una vez Venus acelerando en cada sobrevuelo planetario en un tipo de maniobra conocida como asistencia gravitacional. El presupuesto global de la misión es de unos 700 millones de euros para el desarrollo de la nave, sus instrumentos científicos, lanzamiento y control posterior en un proyecto que se comenzó a gestar en el año 2004 y que no finalizará hasta el 2033.

 

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Recreación artística de la msión JUICE en una de las órbitas a Júpiter que acercarán JUICE a la luna helada Europa.


 

La exploración espacial de Júpiter

 
Júpiter ha sido visitado ya por varias sondas espaciales. Las misiones Pioneer en los años 70 y Voyager a comienzos de los 80 sobrevolaron Júpiter y nos mostraron por primera vez imágenes de algunos de sus satélites mayores. En el año 1995 una sonda llamada Galileo se internó en la densa atmósfera de Júpiter enviándonos datos únicos de este planeta gigante. Además de la sonda, un orbitador exploró Júpiter y sus lunas durante los años 1995 al 2000. Fue precisamente la misión Galileo la que aportó datos inequívocos de la presencia de océanos líquidos ocultos bajos las superficies congeladas de los satélites Ganímedes, en menor medida Calisto y sobre todo en el mundo helado Europa. Posteriores sobrevuelos por parte de la misión Cassini en el 2004 y la sonda Nuevos Horizontes en el 2007 permitieron obtener datos importantes sobre la atmósfera del planeta pero no sobre los satélites manteniéndo sus misterios ocultos.
 
La misión JUICE deberá explorar las implicaciones astrobiológicas de estos los subsuperficiales descubiertos por la sonda Galileo en las lunas heladas de Júpiter. Teniendo en cuenta que la gran mayoría de planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha orbitando otras estrellas son semejantes a Júpiter (enormes gigantes gaseosos) y que posiblemente puedan tener complejos sistemas de satélites como los de Júpiter, las preguntas astrobiológicas que ayude a responder JUICE en Júpiter pueden tener implicaciones globales para nuestra comprensión de la vida en el Universo.

 

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Los satélites galileanos de Júpiter represantos a escala de tamaño con respecto a la la Gran Mancha Roja de Júpiter. Ganímedes domina la escena con sus 5260 km de diámetro. Europa, el mundo helado con grietas en su superficie y ausencia de cráteres tiene un tamaño de unos 3100 km de diámetro que le hacen comparable en tamaño a nuestra Luna. Entre los objetivos de la misión JUICE a Júpiter está explorar la formación de estos mundos y las implicaciones astrobiológicas que tienen los océanos líquidos subsuperficiales de Ganímedes y Europa.


 

Océanos líquidos y esperanzas de vida

 
Ganímedes es la única luna del sistema solar que genera su propio campo magnético. Se piensa que su origen está en un océano líquido salino bajo la corteza helada y craterizada de la mayor luna del sistema solar. Europa tiene en su superficie enormes grietas que muestran el deslizamiento de inmensas placas de hielo. No sabemos si estas placas de hielo pueden tener unas decenas de kilómetros de espesor o unos centenares, pero incluso en ausencia de la luz solar este océano profundo de Europa es uno de los lugares más interesantes del Sistema Solar desde el punto de vista astrobiológico. Por todo ello los instrumentos de JUICE estudiarán la capacidad de las lunas para albergar vida explorando a temperatura, la presión y otros factores que permiten la existencia de organismos en la Tierra. La razón por la que mundos helados como estos tienen océanos líquidos en su interior reside en el propio planeta Júpiter que con su gravedad ejerce fuerzas de marea intensas que calientan el interior de los satélites más cercanos. Ío, la luna más interna posee inmensos volcanes de azufre, Europa una fina corteza helada y Calisto y Ganímedes, más alejados, cortezas más espesas pero con agua líquida en su interior.

 

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Detalle de alta resolución de la superficie de Europa mostrando grietas en el hielo de su superficie. La imagen derecha incorpora posibles escenarios para la distribución vertical de hielo en las cortezas de Ganímedes y Europa. Las posibilidades más interesantes son las dadas para Europa. El diagrama 3 describe una capa superior helada gruesa (de más de 10 km de espesor) y un profundo océano y la 4 con una capa helada delgada (3-4 km). En Ganímedes el diagrama 2 muestra una estructura en 3 capas con un océano líquido profundamente enterrado pero con la capacidad de intercambiar líquido con el manto inferior.


 

Otros objetivos científicos

 
No sería justo no mencionar también otros objetivos científicos que acomete la misión JUICE. El estudio de la formación del planeta y sus lunas, la interacción magnética intensa entre el campo magnético de Júpiter (50 veces más intenso que el terrestre) y el viento solar. Esta interacción es tan intensa que la magnetosfera de Júpiter se extiende de tal modo que si fuera visible sería el objeto más grande del cielo nocturno. También es importante el estudio de la interacción del campo magnético del planeta con el de su satélite Ganímedes y por supuesto la propia atmósfera del planeta Júpiter enormemente dinámica. En particular JUICE permitirá estudiar la atmósfera de Júpiter tanto desde el punto de vista de la circulación atmosférica como de la estructura vertical de la atmósfera y composición química. De especial relevancia es el hecho de que Júpiter es el mejor modelo que tenemos para entender los planetas extrasolares de tipo gigante gaseoso descubiertos por centenas en las últimas décadas.


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Esquema de los objetivos científicos relacionados con el estudio de la atmósfera del gigante gaseoso. Figura procedente del libro amarillo de la misión JUICE.


 

2012-2022: Sin tiempo que perder

 
La planificación de una misión tan compleja como esta requiere décadas enteras de desarrollo. Aunque el horizonte del lanzamiento se ve lejano es ahora el turno de desarrollar la tecnología que integrará JUICE y en particular sus instrumentos científicos. JUICE deberá incorporar instrumentación científica sofisticada para extraer el máximo provecho de la misión. Júpiter es además un entorno hostil ya que su fuerte campo magnético acelera partículas del viento solar convirtiendo las órbitas de los satélites galileanos en entornos cargados de alta radiación. Por ello los sensibles instrumentos de JUICE deberán estar protegidos contra esta radiación, escudados de las inclemencias del espacio como en ninguna misión espacial anterior. El modelo preliminar de la nave JUICE lleva una carga científica constituida por múltiples instrumentos capaces de acometer los objetivos científicos previstos. Se obtendrán imágenes en diferentes rangos de longitudes de onda desde el infrarrojo al ultravioleta. Se obtendrán mapas por altimetría láser de la superficie de las lunas de Júpiter, se explorará su interior mediante radares capaces de penetrar en sus cortezas heladas, se medirá el campo magnético de Ganímedes y su interacción con el potentísimo magnetismo de Júpiter y se explorará en ondas de radio las emisiones del planeta y los satélites.

Desde un punto de vista más personal comencé mi carrera científica en el año 1996 estudiando la atmósfera de Júpiter y nuestro grupo de investigación, el Grupo de Ciencias Planetarias de la UPV/EHU dirigido por Agustín Sánchez-Lavega tiene una larguísima trayectoria en este campo. He podido seguir las visicitudes de este mundo y su atmósfera en los últimos 15 años. Grandes tormentas jovianas, impactos de asteroides, regiones calientes del planeta y estructuras polares desconocidas hasta hace poco me mostraron el camino de baldosas amarillas de la ciencia que me llevaría más tarde a explorar otros mundos y compartir la fascinación por el Universo. Será ciertamente fascinante seguirle la pista a Júpiter participando en la preparación de la misión JUICE y analizando sus datos científicos durante los próximos 15-20 años.

 
Enlaces externos:
JUICE: Europa en Júpiter (blog EUREKA)

 

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