La sonda New Horizons de la NASA demuestra por primera vez la navegación interestelar en el espacio profundo
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“A medida que una nave espacial se adentra en el espacio, la posición de las estrellas observadas desde su ubicación comienza a variar con respecto a la de la Tierra”, explicó Tod Lauer, astrofísico y miembro del equipo científico de New Horizons, del Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja (NIARI) en Tucson, Arizona, Estados Unidos. “Una nave espacial que viaja hacia la Vía Láctea puede medir estos cambios, gracias a un efecto llamado paralaje, para ubicarse con respecto a las estrellas cercanas. New Horizons se ha alejado lo suficiente como para ofrecer la primera demostración real de navegación interestelar”.
Desde su lanzamiento en 2006, New Horizons ha seguido una trayectoria que la llevó más allá de Plutón y luego del objeto Arrokoth del Cinturón de Kuiper, que finalmente la llevará fuera del sistema solar, al espacio interestelar, durante la próxima década. En 2020, el equipo científico de New Horizons, liderado por Lauer, obtuvo imágenes simultáneas de los campos estelares alrededor de las estrellas cercanas Próxima Centauri y Wolf 359 desde New Horizons y la Tierra. Este programa demostró vívidamente el cambio de perspectiva de New Horizons al aventurarse del interior al exterior del sistema solar.
Pero análisis más recientes y sofisticados de las posiciones exactas de las dos estrellas en esas imágenes de 2020 permitieron a Lauer, trabajando con el investigador retirado del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, David Munro, así como con miembros del equipo New Horizons y colaboradores externos, deducir la posición tridimensional de New Horizons en relación con las estrellas cercanas, logrando el primer uso de estrellas fotografiadas directamente desde una nave espacial para proporcionar su solución de navegación y la primera demostración de navegación interestelar por parte de cualquier nave espacial en una trayectoria interestelar.
El equipo publicó los resultados de su investigación el 30 de junio en The Astronomical Journal; el artículo también está disponible en el sitio web de arXiv.
“Esta demostración pionera de navegación interestelar y la publicación que la acompaña demuestran que una misión al espacio profundo puede usar su sistema de imágenes a bordo para orientarse entre las estrellas”, afirmó Alan Stern, investigador principal de New Horizons, del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado. “Si bien para New Horizons este método no es tan preciso como el sofisticado rastreo de la NASA desde la Tierra, podría ser muy útil para futuras misiones al espacio profundo en los confines del sistema solar y en el espacio interestelar”.
Navegación desde la Tierra #
Esta animación ilustra la demostración de navegación interestelar realizada por la sonda New Horizons de la NASA. El clip, que comienza con un mapa del sistema solar exterior el 20 de enero de 2006, un día después del lanzamiento de New Horizons, sigue la trayectoria de la sonda espacial a través de las órbitas de Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón hasta el 23 de abril de 2020, cuando New Horizons observó dos estrellas cercanas: Próxima Centauri y Wolf 359. La ubicación de cada estrella, observada por New Horizons, definió una “línea de posición” sobre la que se encontraba la sonda. La intersección de las dos líneas muestra el punto donde se encontraba New Horizons el 23 de abril de 2020, basándose en las estrellas cercanas. Esta posición se intersectó con la trayectoria de New Horizons, proporcionada por el seguimiento terrestre, lo que demuestra la precisión del método de navegación interestelar. Crédito: Ronald Proctor/NSF NOIRLab
Por otra parte, se ha demostrado que es posible obtener posiciones precisas con respecto a los púlsares de rayos X en la Vía Láctea para la navegación de naves espaciales en órbita baja alrededor de la Tierra, pero no (todavía) para una misión en el espacio profundo.
Mientras que en la navegación celeste estándar se asume que las estrellas están en ubicaciones fijas, en la navegación interestelar se determina cómo las estrellas cercanas parecen desplazarse respecto a las más distantes para establecer la ubicación de la nave espacial en las tres dimensiones. En cambio, en la navegación con DSN, la posición de la nave espacial permanece vinculada y depende de la ubicación de la Tierra.
La navegación interestelar pura, como la que demostró New Horizons, se basa en el mapa 3D ultrapreciso de la Vía Láctea proporcionado por la misión Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea). Las imágenes obtenidas con LORRI (Cámara de Imágenes de Reconocimiento de Largo Alcance) de New Horizons capturaron las posiciones de Próxima Centauri y Wolf 349 en relación con estrellas de fondo mucho más distantes. Se requieren dos estrellas para determinar la posición; significativamente, Próxima Centauri y Wolf 349 están ubicadas a casi 90 grados de distancia en el cielo, lo que proporciona una posición casi óptima para determinar la ubicación de New Horizons.
El equipo de Lauer adviertió que la precisión de esta primera demostración de navegación interestelar se ve limitada por la resolución angular relativamente baja de LORRI, ya que el instrumento no fue desarrollado para obtener posiciones estelares ultraprecisas. El alcance estimado a New Horizons a partir de las imágenes estelares fue aproximadamente cercano a la distancia real (47,1 veces la distancia Tierra-Sol, en comparación con la distancia derivada por DSN de 46,9 veces) y su dirección en el cielo tuvo una precisión de un área ligeramente menor que la escala de la Luna llena vista desde la Tierra.
“Las mediciones estuvieron dentro de nuestro rango esperado de incertidumbre para LORRI, pero las futuras misiones al espacio profundo con sensores de navegación de alta resolución deberían poder lograr posiciones mucho mejores, utilizando esta misma técnica”, añadió Lauer.
El Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, diseñó, construyó y opera la nave espacial New Horizons y gestiona la misión para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA y el investigador principal de la misión. El Instituto de Investigación del Suroeste (Research Southwest Institute), con sede en San Antonio, Texas, dirige la misión a través del investigador principal Alan Stern, quien lidera la misión para la NASA. La Oficina de Gestión Planetaria del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, supervisa la misión para la NASA.