Proyecto galileo
| Manager | Fecha |
|---|---|
| John R. Casani | Octubre 1977 – Febrero 1988 |
| Dick Spehalski | Febrero 1988 – Marzo 1990 |
| Bill O'Neil | Marzo de 1990 a diciembre de 1997 |
| Bob Mitchell | Diciembre de 1997 a junio de 1998 |
| Jim Erickson | Junio 1998 – Enero 2001 |
| Eilene Theilig | Enero de 2001 a agosto de 2003 |
| Claudia Alexander | Agosto 2003 - Septiembre 2003 |
Galileo fue un programa espacial robótico estadounidense que estudió el planeta Júpiter y sus lunas, así como varios otros cuerpos del Sistema Solar. Nombrada en honor al astrónomo italiano Galileo Galilei, la nave espacial Galileo constaba de un orbitador y una sonda de entrada. Fue puesto en órbita terrestre el 18 de octubre de 1989 por el Transbordador espacial Atlantis en la misión STS-34, y llegó a Júpiter el 7 de diciembre de 1995, después de sobrevuelos con asistencia gravitacional de Venus. y la Tierra, y se convirtió en la primera nave espacial en orbitar Júpiter. Lanzó la primera sonda a Júpiter, midiendo directamente su atmósfera. A pesar de sufrir importantes problemas de antena, Galileo logró el primer sobrevuelo de asteroide, de 951 Gaspra, y descubrió la primera luna de asteroide, Dactyl, alrededor de 243 Ida. En 1994, Galileo observó la colisión del cometa Shoemaker–Levy 9 con Júpiter.
Se registró la composición atmosférica de Júpiter y las nubes de amoníaco. También se registraron el vulcanismo de Io y las interacciones del plasma con la atmósfera de Júpiter. Los datos recopilados por Galileo apoyaron la teoría de un océano líquido bajo la superficie helada de Europa, y había indicios de capas similares de agua salada líquida bajo las superficies de Ganímedes y Calisto. Se demostró que Ganímedes posee un campo magnético y la nave espacial encontró nuevas pruebas de exosferas alrededor de Europa, Ganímedes y Calisto. Galileo también descubrió que el tenue sistema de anillos de Júpiter está formado por polvo procedente de impactos en las cuatro pequeñas lunas interiores. También se mapeó la extensión y estructura de la magnetosfera de Júpiter.
El 20 de septiembre de 2003, después de 14 años en el espacio y 8 años en el sistema joviano, Galileo& La misión de #39 se terminó enviándola a la atmósfera de Júpiter a una velocidad de más de 48 kilómetros por segundo (30 mi/s), eliminando por completo la posibilidad de contaminar las lunas locales con bacterias terrestres.
Antecedentes
Júpiter es el planeta más grande del Sistema Solar, con más del doble de la masa de todos los demás planetas juntos. La consideración de enviar una sonda a Júpiter comenzó en 1959, cuando el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) desarrolló cuatro conceptos de misión:
- Los vuelos espaciales profundos volarían por el espacio interplanetario;
- Las misiones de Flyby volarían más allá de los planetas, y podrían visitar múltiples planetas en una sola misión;
- Las misiones orbitales colocarían una sonda en órbita alrededor de un planeta para un estudio detallado;
- Misiones planetarias de entrada y carga, que explorarían la atmósfera y la superficie.
Dos misiones a Júpiter, Pioneer 10 y Pioneer 11, fueron aprobadas en 1969, con el Centro de Investigación Ames de la NASA encargado de planificar las misiones. Pioneer 10 se lanzó en marzo de 1972 y pasó a 200 000 kilómetros (120 000 mi) de Júpiter en diciembre de 1973. Le siguió Pioneer 11, que se lanzó en abril de 1973, y pasó a 34.000 kilómetros (21.000 mi) de Júpiter en diciembre de 1974, antes de dirigirse a un encuentro con Saturno. Les siguieron las naves espaciales Voyager 1 y Voyager 2, más avanzadas, que se lanzaron el 5 de septiembre y el 20 de agosto de 1977 respectivamente, y llegaron a Júpiter en marzo y julio de 1979.
Planificación
Iniciación
Tras la aprobación de las misiones Voyager, el Grupo Asesor Científico (SAG) de la NASA para las Misiones del Sistema Solar Exterior consideró los requisitos para los orbitadores de Júpiter y las sondas atmosféricas. Señaló que la tecnología para construir un escudo térmico para una sonda atmosférica aún no existía y, de hecho, las instalaciones para probar uno en las condiciones encontradas en Júpiter no estarían disponibles hasta 1980. También existía preocupación por los efectos de la radiación en los componentes de la nave espacial., que se entendería mejor después de que Pioneer 10 y Pioneer 11 hubieran realizado sus sobrevuelos. Estos indicaron que los efectos fueron menos severos de lo que se temía. La gerencia de la NASA designó al JPL como el centro líder del Proyecto de Sonda Orbital de Júpiter (JOP). John R. Casani, que había dirigido los proyectos Mariner y Voyager, se convirtió en el primer director de proyecto. El JOP sería la quinta nave espacial en visitar Júpiter, pero la primera en orbitarlo, y la sonda sería la primera en entrar en su atmósfera.
Una decisión importante tomada en ese momento por Ames y el JPL fue utilizar una nave espacial del programa Mariner como la utilizada para la Voyager para el orbitador de Júpiter, en lugar de una Pioneer. Pioneer se estabilizó haciendo girar la nave espacial a 60 rpm, lo que proporcionó una vista de 360 grados de los alrededores y no requirió un sistema de control de actitud. Por el contrario, Mariner tenía un sistema de control de actitud con tres giroscopios y dos juegos de seis propulsores de chorro de nitrógeno. La actitud se determinó con referencia al Sol y Canopus, que se monitorearon con dos sensores primarios y cuatro secundarios. También había una unidad de referencia inercial y un acelerómetro. Esto le permitió tomar imágenes de alta resolución, pero la funcionalidad tuvo el costo de un mayor peso. Un Mariner pesaba 722 kilogramos (1592 lb) en comparación con solo 146 kilogramos (322 lb) de un Pioneer.
La nave espacial Voyager había sido lanzada por cohetes Titan IIIE con una etapa superior Centaur, pero Titán se retiró después. A fines de la década de 1970, la NASA se centró en el desarrollo del transbordador espacial reutilizable, que se esperaba que dejara obsoletos a los cohetes desechables. A fines de 1975, la NASA decretó que todas las futuras misiones planetarias serían lanzadas por el transbordador espacial. La JOP sería la primera en hacerlo. Se suponía que el transbordador espacial tendría los servicios de un remolcador espacial para lanzar cargas útiles que requirieran algo más que una órbita terrestre baja, pero esto nunca fue aprobado. Luego, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos desarrolló la Etapa superior provisional (IUS) de combustible sólido, más tarde rebautizada como Etapa superior inercial (con el mismo acrónimo), para este propósito.
El IUS no era lo suficientemente potente como para lanzar una carga útil a Júpiter sin recurrir al uso de una serie de maniobras gravitatorias de tirachinas alrededor de los planetas para ganar velocidad adicional, algo que la mayoría de los ingenieros consideraba poco elegante y que a los científicos planetarios del JPL no les gustaba porque significaba que la misión tardaría meses o años más en llegar a Júpiter. Los tiempos de viaje más largos significaban que los componentes envejecerían y la fuente de alimentación y el propulsor a bordo se agotarían. Algunas de las opciones de asistencia por gravedad también significaban volar más cerca del Sol, lo que induciría tensiones térmicas. Sin embargo, el IUS se construyó de forma modular, con dos etapas, una grande con 9.700 kilogramos (21.400 lb) de propulsor y una más pequeña con 2.700 kilogramos (6.000 lb). Esto fue suficiente para la mayoría de los satélites. También podría configurarse con dos grandes escenarios para lanzar múltiples satélites. Una configuración con tres etapas, dos grandes y una pequeña, sería suficiente para una misión planetaria, por lo que la NASA contrató a Boeing para el desarrollo de un IUS de tres etapas.
Se estimó que el JOP costaría $634 millones (equivalente a $1937 millones en 2021), y tuvo que competir por la financiación del año fiscal 1978 con el transbordador espacial y el telescopio espacial Hubble. Una exitosa campaña de cabildeo aseguró fondos tanto para JOP como para Hubble a pesar de las objeciones del Senador William Proxmire, presidente del Subcomité de Asignaciones de Agencias Independientes. El Congreso de los Estados Unidos aprobó la financiación de la sonda orbital de Júpiter el 12 de julio de 1977 y el JOP comenzó oficialmente el 1 de octubre de 1977, el comienzo del año fiscal. Casani solicitó sugerencias para un nombre más inspirador para el proyecto, y la mayoría de los votos fueron para "Galileo" después de Galileo Galilei, la primera persona en ver Júpiter a través de un telescopio, y el descubridor de lo que ahora se conoce como las lunas galileanas en 1610. Se señaló que el nombre también era el de una nave espacial en el Star Trek programa de televisión. El nuevo nombre fue adoptado en febrero de 1978.
Preparación
Los primeros planes requerían un lanzamiento en el Transbordador espacial Columbia en STS-23 en algún momento entre el 2 y el 12 de enero de 1982, siendo esta la ventana de lanzamiento cuando la Tierra, Júpiter y Marte estaban alineados. de tal manera que permita que Marte se use para una maniobra de tirachinas gravitacional. Para mejorar la confiabilidad y reducir los costos, los ingenieros del proyecto Galileo decidieron cambiar de una sonda de entrada atmosférica presurizada a una ventilada. Esto agregó 100 kilogramos (220 lb) a su peso. Se agregaron otros 165 kilogramos (364 lb) en cambios estructurales para mejorar la confiabilidad. Esto requeriría combustible adicional en el IUS. Pero el SIU de tres etapas tenía un sobrepeso de unos 3200 kilogramos (7000 lb).
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Levantar Galileo y el IUS requeriría el uso de la versión ligera especial del tanque externo del transbordador espacial, el orbitador del transbordador espacial despojado de todo el equipo no esencial y los motores principales del transbordador espacial (SSME) funcionando a plena potencia: 109 por ciento de su nivel de potencia nominal. Correr a este nivel de potencia requería el desarrollo de un sistema de enfriamiento del motor más elaborado. En 1980, los retrasos en el programa del transbordador espacial retrasaron la fecha de lanzamiento de Galileo a 1984. Si bien una honda de Marte todavía era posible en 1984, ya no sería suficiente.
La NASA decidió dividir a Galileo en dos naves espaciales separadas, una sonda atmosférica y un orbitador de Júpiter, con el orbitador lanzado en febrero de 1984 y la sonda un mes después. El orbitador estaría en órbita alrededor de Júpiter cuando llegara la sonda, lo que le permitiría desempeñar su función de relevo. Separar las dos naves espaciales requirió una segunda misión y la construcción de un segundo portaaviones para la sonda, y se estimó que costaría $ 50 millones adicionales (equivalente a $ 153 millones en 2021), pero la NASA esperaba poder recuperar parte de esto a través de operaciones separadas. oferta completa sobre los dos. El problema era que, si bien la sonda atmosférica era lo suficientemente liviana para lanzarse con el IUS de dos etapas, el orbitador de Júpiter era demasiado pesado para hacerlo, incluso con la asistencia de la gravedad de Marte, por lo que aún se requería el IUS de tres etapas.
A fines de 1980, el precio de referencia del IUS había aumentado a $506 millones (equivalente a $1546 millones en 2021). La USAF podría absorber este sobrecosto (y de hecho había anticipado que podría costar mucho más), pero la NASA se enfrentó a una cotización de $ 179 millones (equivalente a $ 547 millones en 2021) para el desarrollo de la versión de tres etapas, que fue $100 millones (equivalente a $305 millones en 2021) más de lo presupuestado. En una conferencia de prensa el 15 de enero de 1981, el administrador de la NASA, Robert A. Frosch, anunció que la NASA retiraría el apoyo al IUS de tres etapas y optaría por una etapa superior Centaur G Prime porque "no hay otra etapa superior alternativa disponible". en un horario razonable o con costos comparables."
Centaur proporcionó muchas ventajas sobre el IUS. La principal era que era mucho más poderosa. La sonda y el orbitador podrían recombinarse, y la sonda podría enviarse directamente a Júpiter en dos años. tiempo de vuelo. La segunda fue que, a pesar de esto, también era más suave que el IUS, ya que tenía un empuje menor, lo que minimizaba la posibilidad de dañar la carga útil. En tercer lugar, a diferencia de los cohetes de combustible sólido que se quemaban completamente una vez que se encendían, Centaur podía apagarse y volverse a encender. Esto le dio flexibilidad, lo que aumentó las posibilidades de una misión exitosa y permitió opciones como sobrevuelos de asteroides. Centaur fue probado y confiable, mientras que el IUS aún no había volado. La única preocupación era la seguridad; los cohetes de combustible sólido se consideraban más seguros que los de combustible líquido, especialmente los que contenían hidrógeno líquido. Los ingenieros de la NASA estimaron que las funciones de seguridad adicionales podrían tardar hasta cinco años en desarrollarse y costar hasta 100 millones de dólares (equivalente a 305 millones de dólares en 2021).
En febrero de 1981, el JPL se enteró de que la Oficina de Administración y Presupuesto (OMB, por sus siglas en inglés) estaba planeando importantes recortes en el presupuesto de la NASA y estaba considerando cancelar Galileo. Lo que lo salvó de la cancelación fue la intervención de la USAF. El JPL tenía una experiencia considerable con naves espaciales autónomas. Esto era una necesidad para las sondas del espacio profundo, ya que una señal de la Tierra tarda entre 35 y 52 minutos en llegar a Júpiter. La USAF estaba interesada en proporcionar esta capacidad a sus satélites para que pudieran determinar su actitud utilizando sistemas a bordo en lugar de depender de estaciones terrestres, que no estaban "reforzadas" contra los ataques nucleares, y podría tomar medidas evasivas frente a las armas antisatélite. También estaba interesado en la forma en que el JPL estaba diseñando Galileo para soportar la intensa radiación de la magnetosfera de Júpiter. El 6 de febrero de 1981, Strom Thurmond, presidente pro tempore del Senado, escribió directamente a David Stockman, director de la OMB, argumentando que Galileo era vital para la defensa de la nación.
En diciembre de 1984, Casani propuso agregar un sobrevuelo del asteroide 29 Amphitrite a la misión Galileo. Al trazar un rumbo hacia Júpiter, los ingenieros se preocuparon por evitar los asteroides. Poco se sabía sobre ellos en ese momento, y se sospechaba que podrían estar rodeados de partículas de polvo. Volar a través de una nube de polvo podría dañar la óptica de la nave espacial y posiblemente la propia nave espacial. Para estar seguro, el JPL quería evitar los asteroides por al menos 10.000 kilómetros (6.200 mi). La mayoría de los asteroides en las proximidades de la ruta de vuelo, como 1219 Britta y 1972 Yi Xing, tenían solo unos pocos kilómetros de diámetro y representaban poco valor cuando se observaban desde una distancia segura, pero 29 Amphitrite era uno de los asteroides más grandes, y un el sobrevuelo incluso a 10.000 kilómetros (6.200 mi) podría tener un gran valor científico. El sobrevuelo retrasaría la llegada de la nave espacial a la órbita de Júpiter del 29 de agosto al 10 de diciembre de 1988, y el gasto de combustible reduciría el número de órbitas de Júpiter de once a diez. Se esperaba que esto agregara $20 a $25 millones (equivalente a $45 a $56 millones en 2021) al costo del proyecto Galileo. El sobrevuelo del 29 Amphitrite fue aprobado por el administrador de la NASA, James M. Beggs, el 6 de diciembre de 1984.
Durante las pruebas, se descubrió contaminación en el sistema de anillos colectores de metal y cepillos utilizados para transmitir señales eléctricas alrededor de la nave espacial, y se devolvieron para ser refabricados. El problema se remonta a un clorofluorocarbono utilizado para limpiar piezas después de soldar. Había sido absorbido y luego liberado en un entorno de vacío. Se mezcló con los desechos generados a medida que se desgastaban los cepillos y causó problemas intermitentes con la transmisión de señales eléctricas. También se detectaron problemas en el rendimiento de los dispositivos de memoria en un entorno de radiación electromagnética. Se reemplazaron los componentes, pero luego surgió un problema de perturbación de lectura, en el que las lecturas de una ubicación de memoria perturbaban las de ubicaciones adyacentes. Se descubrió que esto había sido causado por los cambios realizados para hacer que los componentes fueran menos sensibles a la radiación electromagnética. Cada componente tuvo que ser removido, vuelto a probar y reemplazado. Todos los componentes y repuestos de la nave espacial recibieron un mínimo de 2000 horas de prueba. Se esperaba que la nave espacial durara al menos cinco años, el tiempo suficiente para llegar a Júpiter y realizar su misión. El 19 de diciembre de 1985 partió del JPL en Pasadena, California, en la primera etapa de su viaje, un viaje por carretera al Centro Espacial Kennedy en Florida. La misión Galileo estaba programada para STS-61-G el 20 de mayo de 1986, utilizando el Transbordador espacial Atlantis.
Reconsideración
El 28 de enero de 1986, el Transbordador espacial Challenger despegó en la misión STS-51-L. Una falla del propulsor de cohetes sólidos a los 73 segundos de vuelo destrozó la nave espacial y provocó la muerte de los siete miembros de la tripulación. El desastre del transbordador espacial Challenger fue el peor desastre espacial de Estados Unidos hasta ese momento. El impacto inmediato en el proyecto Galileo fue que no se pudo cumplir la fecha de lanzamiento de mayo porque los transbordadores espaciales estaban en tierra mientras se investigaba la causa del desastre. Cuando volviera a volar, Galileo tendría que competir con los lanzamientos de alta prioridad del Departamento de Defensa, el sistema satelital de seguimiento y transmisión de datos y el telescopio espacial Hubble. En abril de 1986, se esperaba que los transbordadores espaciales no volvieran a volar antes de julio de 1987 como muy pronto, y Galileo no podía lanzarse antes de diciembre de 1987.
Galileo· Júpiter· Tierra· Venus· 951 Gaspra· 243 Ida
La Comisión Rogers entregó su informe el 6 de junio de 1986. Criticaba los protocolos de seguridad y la gestión de riesgos de la NASA. En particular, señaló los peligros de la etapa Centaur-G. El 19 de junio de 1986, el administrador de la NASA, James C. Fletcher, canceló el proyecto Shuttle-Centaur. Esto se debió solo en parte a la mayor aversión al riesgo de la administración de la NASA a raíz del desastre del Challenger; La gerencia de la NASA también consideró el dinero y la mano de obra necesarios para que el transbordador espacial volviera a volar, y decidió que no había recursos suficientes para resolver los problemas persistentes con el transbordador Centaur también. Los cambios en el transbordador espacial resultaron ser más extensos de lo previsto y, en abril de 1987, se informó al JPL de que Galileo no podía lanzarse antes de octubre de 1989. La nave espacial Galileo fue enviada de regreso al JPL.
Sin Centaur, parecía que no habría forma de llevar la nave espacial a Júpiter, y parecía que su próximo viaje sería a la Institución Smithsonian. El costo de mantenerlo listo para volar en el espacio se estimó en $ 40 a $ 50 millones por año (equivalente a $ 85 a $ 106 millones en 2021), y el costo estimado de todo el proyecto se elevó a $ 1.4 mil millones (equivalente a $ 3 mil millones en 2021). 2021).
En el JPL, el director de diseño de la misión Galileo y jefe del equipo de navegación, Robert Mitchell, reunió a un equipo formado por Dennis Byrnes, Louis D'Amario, Roger Diehl y él mismo, para ver si pudieran encontrar una trayectoria que llevara a Galileo a Júpiter usando solo un IUS de dos etapas. A Roger Diehl se le ocurrió la idea de utilizar una serie de tirachinas gravitacionales para proporcionar la velocidad adicional necesaria para llegar a Júpiter. Esto requeriría que Galileo volara más allá de Venus y luego de la Tierra dos veces. Esto se denominó trayectoria Venus-Earth-Earth Gravity Assist (VEEGA).
La razón por la que nadie había pensado en ello antes era que el segundo encuentro con la Tierra no le daría a la nave ninguna energía extra. Diehl se dio cuenta de que esto no era necesario; el segundo encuentro con la Tierra simplemente cambiaría su dirección para ponerla en curso hacia Júpiter. Además de aumentar el tiempo de vuelo a seis años, la trayectoria de VEEGA tenía un inconveniente adicional desde el punto de vista de la NASA Deep Space Network (DSN): Galileo llegaría a Júpiter cuando estaba en su máximo rango de la Tierra, y el rango máximo significaba la fuerza mínima de la señal. Además, tendría una declinación sur de -23 grados en lugar de una norte de +18 grados, por lo que la principal estación de seguimiento sería el Complejo de Comunicación del Espacio Profundo de Canberra en Australia, con sus dos antenas de 34 metros y una de 70 metros.. Esto se complementó con la antena de 64 metros en el Observatorio Parkes.
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Al principio, se pensó que la trayectoria de VEEGA requería un lanzamiento en noviembre, pero D'Amario y Byrnes calcularon que una corrección a mitad de camino entre Venus y la Tierra también permitiría un lanzamiento en octubre. Tomar una ruta tan indirecta significaba que Galileo necesitaría sesenta meses para llegar a Júpiter en lugar de solo treinta, pero llegaría allí. Se consideró el uso del sistema de lanzamiento Titan IV de la USAF con su etapa superior Centaur G Prime. Esto se mantuvo como respaldo por un tiempo, pero en noviembre de 1988, la USAF informó a la NASA que no podía proporcionar un Titan IV a tiempo para la oportunidad de lanzamiento de mayo de 1991, debido a la acumulación de misiones de alta prioridad del Departamento de Defensa. Sin embargo, la USAF suministró el IUS-19, que originalmente había sido destinado a una misión del Departamento de Defensa, para que lo usara la misión Galileo.
A medida que se acercaba la fecha de lanzamiento de Galileo, los grupos antinucleares, preocupados por lo que percibían como un riesgo inaceptable para la seguridad pública del plutonio en Galileo< /i>'s generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) y módulos de fuente de calor de propósito general (GPHS), buscó un tribunal orden judicial que prohíbe el lanzamiento de Galileo's. Los RTG eran necesarios para las sondas del espacio profundo porque tenían que volar distancias del Sol que hacían que el uso de la energía solar fuera poco práctico. Se habían utilizado durante años en la exploración planetaria sin contratiempos: los satélites experimentales Lincoln 8/9 del Departamento de Defensa tenían un 7 por ciento más de plutonio a bordo que Galileo, y las dos naves espaciales Voyager llevaban cada una 80 por ciento de plutonio. Para 1989, el plutonio se había utilizado en 22 naves espaciales.
Los activistas recordaron el accidente del satélite Kosmos 954 de propulsión nuclear de la Unión Soviética en Canadá en 1978, y el desastre del Challenger, aunque no involucró combustible nuclear, despertaron la conciencia pública sobre las naves espaciales. fallas Ningún RTG había realizado nunca un giro no orbital más allá de la Tierra a corta distancia y a alta velocidad, como Galileo&# La trayectoria de VEEGA lo requería. Esto creó una nueva modalidad de falla de misión que plausiblemente podría haber implicado la dispersión de Galileo's plutonio en la atmósfera terrestre. El científico Carl Sagan, un firme partidario de la misión Galileo, escribió que "no hay nada absurdo en ninguno de los dos lados de este argumento".
Antes del desastre del Challenger, el JPL había realizado pruebas de impacto en los RTG que indicaron que podían soportar una presión de 14 000 kilopascales (2000 psi) sin fallar, lo que habría sido suficiente para soportar una explosión en la plataforma de lanzamiento. Se consideró la posibilidad de agregar blindaje adicional, pero se rechazó, principalmente porque agregaría una cantidad inaceptable de peso adicional. Después del desastre del Challenger, la NASA encargó un estudio sobre los posibles efectos si tal evento ocurriera con Galileo a bordo. Angus McRonald, ingeniero del JPL, llegó a la conclusión de que lo que sucedería dependería de la altitud a la que se rompiera el transbordador espacial. Si la combinación Galileo/IUS se soltara del orbitador a 27 000 metros (90 000 pies), los RTG caerían a la Tierra sin derretirse y caerían al Océano Atlántico a unos 240 kilómetros (150 mi) del costa florida. Por otro lado, si el orbitador se rompiera a una altitud de 98.700 metros (323.800 pies) estaría viajando a 2.425 metros por segundo (7.957 pies/s) y las cajas RTG y los módulos GPHS se derretirían antes de caer al Atlántico 640 kilómetros (400 mi) de la costa de Florida. La NASA concluyó que la posibilidad de tal desastre era de 1 en 2500, aunque los grupos antinucleares pensaron que podría ser de 1 en 430. El riesgo para un individuo sería de 1 en 100 millones, aproximadamente dos órdenes de magnitud menos que el peligro de ser asesinado por un rayo. La posibilidad de un reingreso involuntario a la atmósfera durante las maniobras de VEEGA se calculó en menos de uno en dos millones, pero un accidente podría haber liberado hasta 11 568 curies (428 000 GBq).
Lanzamiento
STS-34 fue la misión designada para lanzar Galileo, prevista para el 12 de octubre de 1989, en el transbordador espacial Atlantis. La nave espacial fue entregada al Centro Espacial Kennedy por un convoy de camiones de alta velocidad que partió del JPL en medio de la noche. Se temía que la nave espacial pudiera ser secuestrada por activistas antinucleares o terroristas, por lo que la ruta se mantuvo en secreto para los conductores, que condujeron durante la noche y el día siguiente y solo se detuvieron para comprar comida y combustible.
Los esfuerzos de última hora de tres grupos ambientalistas para detener el lanzamiento fueron rechazados por el Circuito del Distrito de Columbia. En una opinión concurrente, la presidenta del Tribunal Supremo, Patricia Wald, escribió que si bien la impugnación legal no era frívola, no había evidencia de que la NASA hubiera actuado de manera inapropiada al compilar la evaluación ambiental de la misión y, por lo tanto, la apelación fue denegada por motivos técnicos. El 16 de octubre, ocho manifestantes fueron arrestados por invadir el Centro Espacial Kennedy; tres fueron encarcelados y los cinco restantes liberados.
El lanzamiento se retrasó dos veces; primero por un controlador defectuoso del motor principal que obligó a posponerlo hasta el 17 de octubre, y luego por las inclemencias del tiempo, lo que obligó a posponerlo al día siguiente, pero esto no fue una preocupación ya que la ventana de lanzamiento se extendió hasta el 21 de noviembre. Atlantis< /i> finalmente despegó a las 16:53:40 UTC del 18 de octubre y entró en una órbita de 343 kilómetros (213 mi). Galileo se desplegó con éxito a las 00:15 UTC del 19 de octubre. Después del encendido del IUS, la nave espacial Galileo adoptó su configuración para vuelo en solitario y se separó del IUS a las 01: 06:53 UTC del 19 de octubre. El lanzamiento fue perfecto y Galileo pronto se dirigió hacia Venus a más de 14 000 km/h (9,000 mph). Atlantis regresó a la Tierra a salvo el 23 de octubre.
Encuentro con Venus
El encuentro con Venus el 9 de febrero fue a la vista de los Complejos de Comunicaciones de Espacio Profundo de Canberra y Madrid del DSN. Galileo voló a las 05:58:48 UTC del 10 de febrero de 1990, con un alcance de 16 106 km (10,008 mi). Los datos Doppler recopilados por el DSN permitieron al JPL verificar que la maniobra de asistencia gravitacional había sido exitosa y que la nave espacial había obtenido el aumento de velocidad esperado de 2,2 km/s (1,4 mi/s). Desafortunadamente, tres horas después del sobrevuelo, la estación de seguimiento en Goldstone tuvo que cerrarse debido a los fuertes vientos y se perdieron los datos Doppler.
Debido a que Venus estaba mucho más cerca del Sol de lo que la nave espacial había sido diseñada para operar, se tuvo mucho cuidado para evitar daños térmicos. En particular, la antena de alta ganancia (HGA) de banda X no se desplegó, sino que se mantuvo doblada como un paraguas y apuntando lejos del Sol para mantenerla a la sombra y fresca. Esto significaba que en su lugar debían utilizarse las dos pequeñas antenas de baja ganancia (LGA) de banda S. Tenían un ancho de banda máximo de 1.200 bits por segundo en comparación con los 134.000 bit/s esperados del HGA. A medida que la nave espacial se alejaba más de la Tierra, también necesitó el uso de los platos de 70 metros (230 pies) del DSN, en detrimento de otros usuarios, que tenían menor prioridad que Galileo. Aun así, la tasa de telemetría de enlace descendente cayó a 40 bit/s a los pocos días del sobrevuelo de Venus, y en marzo se redujo a solo 10 bit/s.
Venus había sido el foco de muchos sobrevuelos automatizados, sondas, globos y módulos de aterrizaje, más recientemente la nave espacial Magellan y Galileo no se habían diseñado pensando en Venus. No obstante, había observaciones útiles que podía hacer, ya que llevaba algunos instrumentos que nunca habían volado en naves espaciales a Venus, como el espectrómetro de mapeo de infrarrojo cercano (NIMS). Las observaciones telescópicas de Venus habían revelado que había ciertas partes del espectro infrarrojo que los gases de efecto invernadero en la atmósfera de Venus no bloqueaban, haciéndolos transparentes en estas longitudes de onda. Esto permitió al NIMS ver las nubes y obtener mapas de las latitudes ecuatoriales y medias del lado nocturno de Venus con una resolución de tres a seis veces mayor que la de los telescopios terrestres. El espectrómetro ultravioleta (UVS) también se desplegó para observar las nubes de Venus y sus movimientos.
Se realizó otro conjunto de observaciones utilizando el detector de partículas energéticas (EPD) de Galileo cuando Galileo se movió a través del arco de choque causado por la interacción de Venus con el viento solar. El fuerte campo magnético de la Tierra hace que esto ocurra a unos 65 000 kilómetros (40 000 millas) de su centro, pero el débil campo magnético de Venus hace que la onda de proa se produzca casi en la superficie, por lo que el viento solar interactúa con la atmósfera. Se realizó una búsqueda de rayos en Venus utilizando el detector de ondas de plasma, que detectó nueve ráfagas que probablemente fueron causadas por rayos, pero los esfuerzos para capturar una imagen de rayos con el sistema de imágenes de estado sólido (SSI) no tuvieron éxito.
Encuentros con la tierra
Sobrevuelos
Galileo hizo dos pequeñas correcciones de rumbo del 9 al 12 de abril y del 11 al 12 de mayo de 1990. La nave espacial sobrevoló la Tierra dos veces; la primera vez en un rango de 960 km (600 mi) a las 20:34:34 UTC del 8 de diciembre de 1990. Esto fue solo 8 kilómetros (5 mi) más alto de lo previsto, y el momento de la aproximación más cercana fue solo un segundo apagado. Era la primera vez que una sonda de espacio profundo regresaba a la Tierra desde el espacio interplanetario. Un segundo sobrevuelo de la Tierra se realizó a 304 km (189 mi) a las 15:09:25 UTC el 8 de diciembre de 1992. Esta vez, la nave espacial pasó a menos de un kilómetro de su punto de mira sobre el Atlántico Sur. Esto fue tan preciso que se canceló una corrección de rumbo programada, lo que ahorró 5 kilogramos (11 lb) de propulsor.
El arco de choque de la Tierra y el viento solar
Se aprovechó la oportunidad para realizar una serie de experimentos. Se llevó a cabo un estudio del arco de choque de la Tierra cuando Galileo pasó por el lado diurno de la Tierra. El viento solar viaja a una velocidad de 200 a 800 kilómetros por segundo (120 a 500 mi/s) y es desviado por el campo magnético de la Tierra, creando una cola magnética en el lado oscuro de la Tierra con un radio de mil veces el radio de el planeta. Las observaciones fueron realizadas por Galileo cuando pasó a través de la cola magnética en el lado oscuro de la Tierra a una distancia de 56.000 kilómetros (35.000 mi) del planeta. La magnetosfera estaba bastante activa en ese momento, y Galileo detectó tormentas magnéticas y silbidos provocados por la caída de rayos. El NIMS se empleó para buscar nubes mesosféricas, que se cree que son causadas por el metano liberado por procesos industriales. Normalmente solo se ven en septiembre u octubre, pero Galileo pudo detectarlos en diciembre, una indicación del daño a la capa de ozono de la Tierra.
Detección remota de vida en la Tierra
El astrónomo Carl Sagan, reflexionando sobre la cuestión de si la vida en la Tierra podría detectarse fácilmente desde el espacio, ideó una serie de experimentos a fines de la década de 1980 utilizando Galileo's instrumentos de detección remota durante el primer sobrevuelo de la Tierra de la misión en diciembre de 1990. Después de la adquisición y procesamiento de datos, Sagan publicó un artículo en Nature en 1993 detallando los resultados del experimento. De hecho, Galileo había encontrado lo que ahora se conoce como los 'criterios de vida de Sagan'. Estos incluyeron una fuerte absorción de luz en el extremo rojo del espectro visible (especialmente sobre los continentes) causada por la absorción por la clorofila en las plantas fotosintéticas, bandas de absorción de oxígeno molecular que también es el resultado de la actividad de las plantas, bandas de absorción infrarroja causadas por la ~1 micromol por mol (μmol/mol) de metano en la atmósfera de la Tierra (un gas que debe reponerse por actividad volcánica o biológica) y transmisiones de ondas de radio de banda estrecha moduladas que no son características de ninguna fuente natural conocida. Los experimentos de Galileo's fueron, por lo tanto, los primeros controles en la naciente ciencia de la astrobiología remota. sintiendo
Experimento óptico de Galileo
En diciembre de 1992, durante el segundo sobrevuelo planetario asistido por gravedad de Galileo's de la Tierra, se realizó otro experimento innovador. Las comunicaciones ópticas en el espacio se evaluaron mediante la detección de pulsos de luz de potentes láseres con Galileo's CCD. El experimento, denominado Experimento Óptico Galileo o GOPEX, utilizó dos sitios separados para emitir pulsos láser a la nave espacial, uno en el Observatorio Table Mountain en California y el otro en el Campo Óptico Starfire en Nuevo México. El sitio de Table Mountain usó un láser Nd:YAG de frecuencia duplicada que operaba a una longitud de onda de 532 nm, con una tasa de repetición de ~15 a 30 Hz y una potencia de pulso de ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) en el rango de decenas de megavatios, que se acopló a un telescopio Cassegrain de 0,6 m (2,0 pies) para su transmisión a Galileo. El sitio de la gama Starfire usó una configuración similar con un telescopio transmisor más grande de 4,9 pies (1,5 m). Imágenes de larga exposición (~0,1 a 0,8 s) usando Galileo's 560 nm centrado El filtro verde produjo imágenes de la Tierra que mostraban claramente los pulsos de láser incluso a distancias de hasta 6 millones de km (3,7 millones de millas).
Condiciones climáticas adversas, restricciones impuestas a las transmisiones láser por parte del Centro de Operaciones de Defensa Espacial de EE. UU. (SPADOC) y un error de puntería causado por la aceleración de la plataforma de escaneo en la nave espacial más lenta de lo esperado (lo que impidió la detección láser en todos los marcos con menos de 400 ms de tiempo de exposición) contribuyeron a la reducción del número de detecciones exitosas de la transmisión láser a 48 del total de 159 fotogramas tomados. No obstante, el experimento se consideró un éxito rotundo y es probable que los datos adquiridos se utilicen en el futuro para diseñar enlaces descendentes láser que enviarán grandes volúmenes de datos muy rápidamente desde la nave espacial a la Tierra. El esquema se estudió en 2004 para un enlace de datos a una futura nave espacial en órbita alrededor de Marte.
Observaciones lunares
Mostrando Mare Orientale
Galileo disparo del polo norte de la Luna de la Tierra
Falso mosaico de color Galileo mostrando variaciones compositivos de la superficie de la Luna
Problema de antena de alta ganancia
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Una vez que Galileo salió de la Tierra, ya no era arriesgado emplear el HGA, por lo que el 11 de abril de 1991 se ordenó a Galileo que lo desplegara. Esto se hizo usando dos pequeños motores de accionamiento dual (DDA) y se esperaba que tomara 165 segundos, o 330 segundos si uno fallaba. Impulsarían un engranaje helicoidal. La antena tenía 18 costillas de grafito-epoxi, y cuando el motor del controlador arrancaba y ejercía presión sobre las costillas, se suponía que saldrían de la copa en la que estaban sujetas las puntas y la antena se desplegaría como un paraguas. Cuando alcanzara la configuración completamente implementada, los microinterruptores redundantes apagarían los motores. De lo contrario, funcionarían durante ocho minutos antes de apagarse automáticamente para evitar que se sobrecalienten.
A través de la telemetría de Galileo, los investigadores determinaron que los motores eléctricos se habían detenido a los 56 segundos, la velocidad de giro de la nave espacial había disminuido y su oscilación había aumentado. Solo se habían salido 15 costillas, dejando la antena con el aspecto de un paraguas medio abierto y torcido. La primera sugerencia fue volver a plegar la antena y volver a intentar la secuencia de apertura. Esto no fue posible; aunque los motores eran capaces de funcionar en reversa, la antena no estaba diseñada para esto, y se requirió asistencia humana cuando se hizo en la Tierra para asegurarse de que la malla de alambre no se enganchara. Más tarde se descubrió que cada vez había menos torque disponible del DDA, por lo que después de cinco operaciones de despliegue y almacenamiento, el torque del DDA era la mitad de su valor original.
Lo primero que intentó el equipo de Galileo fue rotar la nave espacial alejándola del Sol y de regreso suponiendo que el problema era la fricción que sujetaba las clavijas en sus receptáculos. Si es así, calentar y enfriar las costillas podría hacer que se salgan de sus cuencas. Esto se hizo siete veces, pero sin resultado. Luego intentaron girar el LGA-2 (que miraba en la dirección opuesta al HGA y al LGA-1) 145 grados hasta detenerse bruscamente, sacudiendo así la nave espacial. Esto se hizo seis veces sin ningún efecto. Finalmente, intentaron sacudir la antena pulsando los motores DDA a 1,25 y 1,875 Hertz. Esto aumentó el par hasta en un 40 por ciento. Los motores fueron pulsados 13.000 veces durante un período de tres semanas en diciembre de 1992 y enero de 1993, pero solo lograron mover el husillo de bolas una revolución y media más allá del punto de parada.
Los investigadores concluyeron que durante los 4,5 años que Galileo pasó almacenado después del desastre del Challenger, los lubricantes entre las puntas de las costillas y la copa se erosionaron y desgastaron por vibración durante los tres viajes a campo traviesa en camión entre California y Florida para la nave espacial. Las costillas rotas eran las más cercanas a los remolques de plataforma que transportaban a Galileo en estos viajes. El uso del transporte terrestre fue en parte para ahorrar costos—el transporte aéreo habría costado $65,000 adicionales (equivalente a $125,000 en 2021) más o menos por viaje—pero también para reducir la cantidad de manipulación requerida para cargar y descargar la aeronave, que se consideró un gran riesgo de daño. La nave espacial también estuvo sujeta a fuertes vibraciones en un entorno de vacío por parte del IUS. Los experimentos en la Tierra con la prueba HGA mostraron que tener un conjunto de costillas atascadas en un solo lado reducía el par DDA producido hasta en un 40 por ciento.
Los lubricantes de antena se aplicaron solo una vez, casi una década antes del lanzamiento. Además, el HGA no se sometió a las rigurosas pruebas habituales, porque no había ninguna unidad de respaldo que pudiera instalarse en Galileo en caso de daño. El HGA listo para volar nunca se sometió a una prueba de evaluación térmica y se desplegó solo una media docena de veces antes de la misión. Pero es posible que las pruebas no hayan revelado el problema; el Centro de Investigación Lewis nunca pudo replicar el problema en la Tierra, y se asumió que era la combinación de pérdida de lubricante durante el transporte, vibración durante el lanzamiento por parte de la IUS y un período prolongado de tiempo en el vacío del espacio donde el metal desnudo tocar podría sufrir soldadura en frío.
Afortunadamente, LGA-1 fue capaz de transmitir información a la Tierra, aunque dado que transmitía una señal de forma isotrópica, su ancho de banda era significativamente menor que el que habría tenido la antena de alta ganancia; la antena de alta ganancia debía haber transmitido a 134 kilobits por segundo, mientras que LGA-1 solo estaba destinado a transmitir entre 8 y 16 bits por segundo. LGA-1 transmitió con una potencia de alrededor de 15 a 20 vatios, que en el momento en que llegó a la Tierra y fue recogido por una de las antenas DSN de gran apertura de 70 metros, tenía una potencia total de alrededor de 10 zeptovatios. A través de la implementación de tecnologías sofisticadas, la disposición de varias antenas de la Red de Espacio Profundo y las actualizaciones de sensibilidad de los receptores utilizados para escuchar Galileo's, el rendimiento de datos se incrementó a un máximo de 160 bits por segundo. Al utilizar aún más la compresión de datos, el ancho de banda efectivo podría elevarse a 1000 bits por segundo.
Los datos recopilados sobre Júpiter y sus lunas se almacenaron en la grabadora a bordo de la nave espacial y se transmitieron a la Tierra durante la porción de apoapsis larga de la órbita de la sonda utilizando la antena de baja ganancia. Al mismo tiempo, se realizaron mediciones de la magnetosfera de Júpiter y se transmitieron a la Tierra. La reducción del ancho de banda disponible redujo la cantidad total de datos transmitidos a lo largo de la misión, pero William J. O'Neil, GalileoEl director de proyectos de de 1992 a 1997 expresó su confianza en que el 70 por ciento de Galileo's aún podrían cumplirse. La decisión de usar cintas magnéticas para el almacenamiento fue conservadora y se tomó a fines de la década de 1970, cuando el uso de cintas era común. Pero el conservadurismo no se limitó a los ingenieros; una sugerencia de 1980 de que los resultados de Galileo podrían distribuirse electrónicamente en lugar de en papel fue considerada ridícula por los geólogos, con el argumento de que el almacenamiento sería prohibitivamente caro; algunos de ellos pensaron que tomar medidas en una computadora implicaba poner una regla de madera en la pantalla.
Encuentros con asteroides
951 Gaspra
Dos meses después de ingresar al cinturón de asteroides, Galileo realizó el primer encuentro con un asteroide con una nave espacial, pasando el asteroide de tipo S 951 Gaspra a una distancia de 1604 km (997 mi) a las 22:37. UTC del 29 de octubre de 1991 a una velocidad relativa de unos 8 kilómetros por segundo (5,0 mi/s). En total, se tomaron 57 imágenes de Gaspra con el SSI, cubriendo alrededor del 80% del asteroide. Sin el HGA, la tasa de bits era solo de unos 40 bit/s, por lo que una imagen tardaba hasta 60 horas en transmitirse a la Tierra. El proyecto Galileo pudo asegurar 80 horas del plato de 70 metros de Canberra entre el 7 y el 14 de noviembre de 1991, pero la mayoría de las imágenes tomadas, incluidas imágenes de baja resolución de más de los superficie, no se transmitieron a la Tierra hasta noviembre de 1992.
Las imágenes revelaron un cuerpo irregular y lleno de cráteres, que medía alrededor de 19 por 12 por 11 kilómetros (11,8 por 7,5 por 6,8 mi). Su forma no era notable para un asteroide de su tamaño. Se tomaron medidas utilizando el NIMS para indicar la composición y las propiedades físicas del asteroide. Si bien Gaspra tiene muchos cráteres pequeños, más de 600 de ellos con un tamaño de 100 a 500 metros (330 a 1640 pies), carece de los grandes, lo que sugiere un origen relativamente reciente. Sin embargo, es posible que algunas de las depresiones fueran cráteres erosionados. Quizás la característica más sorprendente fueron varias áreas planas relativamente planas. Las mediciones del viento solar en las cercanías del asteroide mostraron que cambió de dirección a unos cientos de kilómetros de Gaspra, lo que insinuaba que podría tener un campo magnético, pero esto no era seguro.
243 Ida y Dáctilo
Después del segundo encuentro con la Tierra, Galileo realizó observaciones cercanas de otro asteroide, 243 Ida, a las 16:52:04 UTC del 28 de agosto de 1993, a una distancia de 2410 km (1500 mi). Las medidas se tomaron de Galileo utilizando SSI y NIMS. Las imágenes revelaron que Ida tenía una pequeña luna que medía alrededor de 1,6 kilómetros (0,99 mi) de diámetro, que apareció en 46 imágenes.
Se llevó a cabo un concurso para seleccionar un nombre para la luna, que finalmente se denominó Dactyl en honor al legendario Dactyloi; los cráteres en Dactyl recibieron el nombre de dactyloi individuales. Las regiones en 243 Ida recibieron el nombre de las ciudades donde Johann Palisa, el descubridor de 243 Ida, hizo sus observaciones, mientras que las crestas en 243 Ida recibieron su nombre en honor a los miembros fallecidos del equipo Galileo. Dactyl fue la primera luna asteroide descubierta. Anteriormente, se suponía que las lunas de los asteroides eran raras. El descubrimiento de Dactyl insinuó que, de hecho, podrían ser bastante comunes. A partir del análisis posterior de estos datos, Dactyl parecía ser un asteroide de tipo S y espectralmente diferente de 243 Ida. Se planteó la hipótesis de que ambos pueden haber sido producidos por la ruptura de un cuerpo matriz de Koronis.
El requisito de usar LGA resultó en una tasa de bits de 40 bit/s, y eso solo del 28 de agosto al 29 de septiembre de 1993 y de febrero a junio de 1994. Galileo se usó para almacenar imágenes, pero también se requirió espacio de cinta para la misión principal de Júpiter. Se desarrolló una técnica por la que inicialmente solo se enviaban fragmentos de imagen de dos o tres líneas de cada 330. Entonces se podría determinar si la imagen era de 243 Ida o un espacio vacío. En última instancia, solo alrededor del 16 por ciento de los datos SSI registrados podrían enviarse a la Tierra.
Viaje a Júpiter
Cometa Zapatero–Levy 9
Galileo's fue un estudio de dos años del sistema joviano sistema, pero mientras estaba en camino, surgió una oportunidad inusual. El 26 de marzo de 1993, los astrónomos buscadores de cometas Carolyn S. Shoemaker, Eugene M. Shoemaker y David H. Levy descubrieron fragmentos de un cometa que orbitaba alrededor de Júpiter. Eran los restos de un cometa que había pasado dentro del límite de Roche de Júpiter y había sido desgarrado por las fuerzas de las mareas. Recibió el nombre de cometa Shoemaker–Levy 9. Los cálculos indicaron que se estrellaría contra el planeta en algún momento entre el 16 y el 24 de julio de 1994. Si bien Galileo aún estaba muy lejos de Júpiter, estaba perfectamente posicionado para observar este evento, mientras que los telescopios terrestres tuvieron que esperar para ver los sitios de impacto a medida que giraban a la vista porque ocurriría en el lado nocturno de Júpiter.
En lugar de quemarse en la atmósfera de Júpiter como se esperaba, el primero de los 21 fragmentos del cometa golpeó el planeta a unos 320 000 kilómetros por hora (200 000 mph) y explotó con una bola de fuego de 3000 kilómetros (1900 mi) de altura. fácilmente discernible para los telescopios terrestres a pesar de que estaba en el lado nocturno del planeta. El impacto dejó una serie de cicatrices oscuras en el planeta, unas dos o tres veces más grandes que la Tierra, que persistieron durante semanas. Cuando Galileo observó un impacto en luz ultravioleta, duró unos diez segundos, pero en el infrarrojo persistió durante 90 segundos o más. Cuando un fragmento golpeó el planeta, aumentó el brillo general de Júpiter en un 20 por ciento. El NIMS observó que un fragmento creaba una bola de fuego de 7 kilómetros (4,3 mi) de diámetro que ardía a una temperatura de 8000 K (7730 °C; 13 940 °F), que era más caliente que la superficie del Sol.
Despliegue de la sonda
La sonda Galileo se separó del orbitador a las 03:07 UTC del 13 de julio de 1995, cinco meses antes de su encuentro con el planeta el 7 de diciembre. En ese momento, la nave espacial aún tenía 83 millones kilómetros (52×106 mi) de Júpiter, pero 664 millones de kilómetros (413× 106 mi) de la Tierra, y telemetría de la nave espacial, viajando a la velocidad de la luz, tardó 37 minutos en llegar al JPL. Un minúsculo desplazamiento Doppler en la señal del orden de unos pocos centímetros por segundo indicaba que se había logrado la separación. El orbitador Galileo todavía estaba en curso de colisión con Júpiter. Anteriormente, las correcciones de rumbo se habían realizado utilizando los doce propulsores de 10 newton (2,2 lbf), pero con la sonda en camino, el orbitador Galileo ahora podría disparar sus 400 -newton (90 lbf) motor principal Messerschmitt-Bölkow-Blohm que había estado cubierto por la sonda hasta entonces. A las 07:38 UTC del 27 de julio, se disparó por primera vez para colocar el orbitador Galileo en curso para entrar en órbita alrededor de Júpiter, desde donde actuaría como un relé de comunicaciones para el Galileo sonda. La directora del proyecto de la sonda Galileo, Marcie Smith en el Centro de Investigación Ames, confiaba en que LGA-1 podría desempeñar esta función. El encendido duró cinco minutos y ocho segundos y cambió la velocidad del orbitador Galileo en 61,9 metros por segundo (203 ft/s).
Tormentas de polvo
En agosto de 1995, el orbitador Galileo encontró una fuerte tormenta de polvo a 63 millones de kilómetros (39×106 mi) de Júpiter que tardó varios meses en atravesar. Normalmente, el detector de polvo de la nave espacial detectaba una partícula de polvo cada tres días; ahora detectaba hasta 20.000 partículas al día. La sonda espacial Ulysses había encontrado previamente tormentas de polvo interplanetarias, que había pasado por Júpiter tres años antes en su misión para estudiar las regiones polares del Sol, pero las encontradas por Galileo fueron más intensos. Las partículas de polvo tenían aproximadamente el mismo tamaño que las del humo del cigarrillo y tenían velocidades que oscilaban entre 140 000 y 720 000 kilómetros por hora (90 000 a 450 000 mph) dependiendo de su tamaño. La existencia de las tormentas de polvo había sido una completa sorpresa para los científicos. Si bien los datos de Ulysses y Galileo insinuaron que se originaron en algún lugar del sistema joviano, era un misterio cómo se habían creado y cómo habían escapado de Júpiter.;s fuertes campos gravitatorios y electromagnéticos.
Anomalía de la grabadora
La falla de la antena de alta ganancia de Galileo's significó que el almacenamiento de datos a la grabadora para su posterior compresión y reproducción fue absolutamente crucial para obtener información sustancial de los sobrevuelos de Júpiter y sus lunas. Se trataba de una grabadora de cinta digital de cuatro pistas y 114 megabytes, fabricada por Odetics Corporation. El 11 de octubre, estuvo atascado en modo de rebobinado durante 15 horas antes de que los ingenieros supieran lo que había sucedido y pudieran enviar comandos para apagarlo. Aunque la grabadora en sí todavía funcionaba, el mal funcionamiento posiblemente había dañado un trozo de cinta al final del carrete. Esta sección de la cinta fue declarada "prohibida" a cualquier grabación de datos futura, y se cubrió con 25 vueltas más de cinta para asegurar la sección y reducir cualquier tensión adicional que pudiera romperla. Debido a que sucedió solo unas semanas antes de que Galileo entrara en órbita alrededor de Júpiter, la anomalía llevó a los ingenieros a sacrificar la adquisición de datos de casi todas las observaciones de Io y Europa durante la fase de inserción en órbita, para centrarse en registrar los datos enviados. del descenso de la sonda de Júpiter.
Júpiter
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Llegada
Los magnetómetros del Orbitador Galileo informaron que la nave espacial había encontrado la onda de proa de la magnetosfera de Júpiter el 16 de noviembre de 1995, cuando aún estaba a 15 millones de kilómetros (9,3 millones de kilómetros). millas) de Júpiter. La ola de proa no era estacionaria, sino que se movía de un lado a otro en respuesta a las ráfagas de viento solar y, por lo tanto, se cruzó varias veces entre el 16 y el 26 de noviembre, momento en el que estaba a 9 millones de kilómetros (5,6 millones de millas) de Júpiter.
El 7 de diciembre de 1995, el orbitador llegó al sistema joviano. Ese día hizo un sobrevuelo de 32 500 kilómetros (20 200 mi) de Europa a las 11:09 UTC, y luego un sobrevuelo de 890 kilómetros (550 mi) de Io a las 15:46 UTC, usando la gravedad de Io para reducir su velocidad y, por lo tanto, conservar el propulsor para usarlo más adelante en la misión. A las 19:54 hizo su máxima aproximación a Júpiter. La electrónica del orbitador había sido fuertemente protegida contra la radiación, pero la radiación superó las expectativas y casi los límites de diseño de la nave espacial. Uno de los sistemas de navegación falló, pero el respaldo se hizo cargo. La mayoría de las naves espaciales robóticas responden a las fallas entrando en modo seguro y esperando más instrucciones de la Tierra, pero con un mínimo de dos horas de retraso en la señalización, esto no fue posible para Galileo.
Sonda atmosférica
Mientras tanto, la sonda se despertó en respuesta a una alarma a las 16:00 UTC y comenzó a encender sus instrumentos. Pasó a través de los anillos de Júpiter y encontró un cinturón de radiación diez veces más fuerte que el cinturón de radiación de Van Allen de la Tierra. Antes de la entrada a la atmósfera, la sonda descubrió un nuevo cinturón de radiación a 50 000 km (31 000 millas) por encima de las nubes de Júpiter. Entró en la atmósfera de Júpiter sin frenar a las 22:04 UTC del 7 de diciembre de 1995. En ese momento se movía a 76 700 kilómetros por hora (47 700 mph) en relación con Júpiter. Se había predicho que la sonda atravesaría tres capas de nubes: una superior compuesta por partículas de hielo de amoníaco a una presión de 0,5 a 0,6 bares (50 a 60 kPa); uno medio de partículas de hielo de hidrosulfuro de amonio a una presión de 1,5 a 2 bares (150 a 200 kPa); y uno de vapor de agua a 4 a 5 bares (400 a 500 kPa). La atmósfera a través de la cual descendió la sonda era mucho más densa y caliente de lo esperado. También se descubrió que Júpiter tenía solo la mitad de la cantidad de helio esperada y los datos no respaldaban la teoría de la estructura de la nube en tres capas: la sonda solo midió una capa de nubes significativa, a una presión de alrededor de 1,55 bares (155 kPa) pero con muchas indicaciones de áreas más pequeñas de mayor densidad de partículas a lo largo de toda la trayectoria.
La sonda se desaceleró a una velocidad subsónica dos minutos después de la entrada. El rápido vuelo a través de la atmósfera produjo un plasma con una temperatura de unos 15 500 °C (27 900 °F), y el escudo térmico de carbono fenólico de la sonda perdió más de la mitad de su masa durante el descenso. En ese momento, esta fue, con mucho, la entrada atmosférica más difícil jamás intentada; la sonda entró a Mach 50 y tuvo que soportar una desaceleración máxima de 228 g0 (2240 m/s2). A medida que pasaba a través de las nubes de Júpiter, comenzó a transmitir datos al orbitador, 215 000 kilómetros (134 000 mi) arriba. Los datos no se transmitieron de inmediato a la Tierra, pero se transmitió un solo bit desde el orbitador como una notificación de que la señal de la sonda se estaba recibiendo y registrando, que luego tardaría días en llegar utilizando el LGA. A las 22:04 UTC, la sonda comenzó a sumergirse en la atmósfera, definida a tal efecto como 450 kilómetros (280 mi) por encima del nivel de presión de 1 bar (100 kPa), ya que Júpiter no tiene una superficie sólida. El escudo térmico de 152 kilogramos (335 lb) de la sonda, que representa casi la mitad de la masa total de la sonda, perdió 80 kilogramos (180 lb) durante la entrada.
La sonda atmosférica desplegó su paracaídas de 2,5 metros (8,2 pies) cincuenta y tres segundos más tarde de lo previsto, lo que resultó en una pequeña pérdida de lecturas atmosféricas superiores. Esto se atribuyó a problemas de cableado con un acelerómetro que determinaba cuándo comenzar la secuencia de despliegue del paracaídas. Luego dejó caer su escudo térmico, que cayó en el interior de Júpiter. El paracaídas redujo la velocidad de la sonda a 430 kilómetros por hora (270 mph). El orbitador ya no detectó la señal de la sonda después de 61,4 minutos. Se creía que la sonda continuaba cayendo a velocidad terminal, pero la temperatura subiría a 1700 °C (3090 °F) y la presión a 5000 atmósferas estándar (510 000 kPa), destruyéndola por completo.
Los siete instrumentos científicos de la sonda arrojaron una gran cantidad de información. La sonda detectó vientos muy fuertes. Los científicos esperaban encontrar vientos de hasta 350 kilómetros por hora (220 mph), pero se detectaron vientos de hasta 530 kilómetros por hora (330 mph). La implicación fue que los vientos no son producidos por el calor generado por la luz solar o la condensación del vapor de agua (las principales causas en la Tierra), sino que se deben a una fuente de calor interna. Ya era bien sabido que la atmósfera de Júpiter estaba compuesta principalmente por hidrógeno, pero las nubes de amoníaco y sulfuro de amonio eran mucho más delgadas de lo esperado y no se detectaron nubes de vapor de agua. Esta fue la primera observación de nubes de amoníaco en la atmósfera de otro planeta. La atmósfera crea partículas de hielo de amoníaco a partir de material que sube desde profundidades más bajas. La sonda detectó menos rayos, menos agua, pero más vientos de lo esperado. La atmósfera era más turbulenta y los vientos mucho más fuertes que el máximo esperado de 350 kilómetros por hora (220 mph). Requirió un laborioso análisis de los datos de viento iniciales de la sonda para determinar las velocidades reales del viento medidas. Los resultados finalmente mostraron que la velocidad del viento en las capas más externas era de 290 a 360 kilómetros por hora (180 a 220 mph), de acuerdo con mediciones anteriores desde lejos, pero que los vientos aumentaron drásticamente a niveles de presión de 1 a 4 bares, y luego se mantuvieron constantes. de altura a unos 610 kilómetros por hora (170 m/s). No se detectó ninguna superficie sólida durante el viaje descendente de 156 kilómetros (97 mi).
La abundancia de nitrógeno, carbono y azufre era tres veces mayor que la del Sol, lo que plantea la posibilidad de que hayan sido adquiridos de otros cuerpos del sistema solar, pero la baja abundancia de agua pone en duda las teorías de que la Tierra' El agua se había obtenido de los cometas. Hubo mucha menos actividad de rayos de lo esperado, solo alrededor de una décima parte del nivel de actividad en la Tierra, pero esto era consistente con la falta de vapor de agua. Más sorprendente fue la gran abundancia de gases nobles, argón, criptón y xenón, con abundancias de hasta tres veces las que se encuentran en el Sol. Para que Júpiter atrapara estos gases, tendría que haber sido mucho más frío que hoy, alrededor de -240 °C (-400,0 °F), lo que sugiere que Júpiter alguna vez estuvo mucho más lejos del Sol, o que los desechos interestelares que del que se había formado el sistema solar era mucho más frío de lo que se había pensado.
La impresión del artista de la sonda en la atmósfera de Júpiter
Timeline de la entrada atmosférica de la sonda.
Nubes de Júpiter - resultados esperados y reales de Galileo's atmospheric probe mission
Orbitador
Galileo· Júpiter· Io· Europa· Ganymede· Callisto
Con los datos recopilados por la sonda, la siguiente tarea del orbitador Galileo fue reducir la velocidad para evitar dirigirse hacia el sistema solar exterior. Una secuencia de encendido que comenzó a las 00:27 UTC del 8 de diciembre y duró 49 minutos redujo la velocidad de la nave espacial en 600 metros por segundo (2000 pies/s) y entró en una órbita de estacionamiento de 198 días. El orbitador Galileo se convirtió entonces en el primer satélite artificial de Júpiter. La mayor parte de su órbita inicial de 7 meses estuvo ocupada transmitiendo los datos de la sonda a la Tierra. Cuando el orbitador alcanzó su punto máximo el 26 de marzo de 1996, el motor principal se encendió nuevamente para aumentar la órbita de cuatro veces el radio de Júpiter a diez veces. En ese momento, el orbitador había recibido la mitad de la radiación permitida en el plan de la misión, y la órbita más alta debía conservar los instrumentos durante el mayor tiempo posible al limitar la exposición a la radiación.
La nave espacial viajó alrededor de Júpiter en elipses alargadas, cada órbita duró aproximadamente dos meses. Las diferentes distancias de Júpiter proporcionadas por estas órbitas permitieron a Galileo muestrear diferentes partes de la extensa magnetosfera del planeta. Las órbitas fueron diseñadas para sobrevuelos de cerca de las lunas más grandes de Júpiter. Se ideó un esquema de nombres para las órbitas: un código con la primera letra de la luna que se encuentra en esa órbita (o "J" si no se encuentra ninguna) más el número de órbita.
Io
Io, la más interna de las cuatro lunas galileanas, tiene aproximadamente el mismo tamaño que la luna de la Tierra, con un radio de 1.821,3 kilómetros (1.131,7 mi). Está en resonancia orbital con Ganímedes y Europa, y bloqueado por mareas con Júpiter, así como la Luna de la Tierra siempre tiene el mismo lado mirando hacia la Tierra, Io siempre tiene el mismo lado mirando hacia Júpiter. Sin embargo, orbita más rápido, con un período de rotación de 1.769 días. Como resultado, las fuerzas de rotación y de marea son 220 veces mayores que las de la luna de la Tierra. Estas fuerzas de fricción son suficientes para derretir rocas y crear volcanes y flujos de lava. Aunque solo tiene un tercio del tamaño de la Tierra, Io genera el doble de calor. Mientras que los eventos geológicos ocurren en la Tierra durante períodos de miles o incluso millones de años, los eventos cataclísmicos son comunes en Io. Se produjeron cambios visibles entre las órbitas de Galileo. La superficie colorida es una mezcla de compuestos de azufre rojo, blanco y amarillo.
Galileo pasó volando junto a Io el día de su llegada, pero con el interés de proteger la grabadora, O'Neil decidió renunciar a recopilar imágenes. Solo los instrumentos de campos y partículas podían recolectar datos, ya que estos requerían que la grabadora funcionara a baja velocidad, y se creía que podía manejar esto, mientras que la cámara SSI requería que funcionara a alta velocidad, con paradas abruptas y empieza. Fue un golpe aplastante para los científicos, algunos de los cuales habían esperado años por la oportunidad. No se programaron otros encuentros con Io durante la misión principal porque se temía que los altos niveles de radiación cerca de Júpiter dañarían la nave espacial. Sin embargo, todavía se obtuvo información valiosa; Los datos Doppler utilizados para medir el campo gravitatorio de Io revelaron que Io tenía un núcleo de hierro fundido y sulfuro de hierro.
Otra oportunidad de observar Io surgió durante el GEM, cuando Galileo sobrevoló Io en las órbitas I24 e I25, y volvería a visitar Io durante el GMM, en las órbitas I27, I31, I32 e I33. Cuando Galileo se acercó a Io en I24 a las 11:09 UTC del 11 de octubre de 1999, entró en modo seguro. Aparentemente, los electrones de alta energía se habían alterado un poco en un chip de memoria. Cuando entró en modo seguro, la nave espacial apagó todas las funciones no esenciales. Normalmente tomaba de siete a diez días diagnosticar y recuperarse de un incidente en modo seguro; esta vez el equipo del Proyecto Galileo en el JPL tenía diecinueve horas antes del encuentro con Io. Después de un esfuerzo frenético, lograron diagnosticar un problema que nunca antes se había visto y restaurar los sistemas de la nave espacial con solo dos horas de margen. No todas las actividades previstas se pudieron llevar a cabo, pero Galileo obtuvo una serie de imágenes en color de alta resolución de los centros de erupción volcánica Pillan Patera, Zamama, Prometheus y Pele.
La siguiente vez que Galileo se acercó a Io en la I25 a las 20:40, hora del Pacífico, el 25 de noviembre de 1999, el JPL estaba cenando el Día de Acción de Gracias en el Centro de Control de Misión Galileo cuando, con el encuentro con Io a solo cuatro horas de distancia, la nave espacial volvió a entrar en modo seguro. Esta vez, el problema se atribuyó a un parche de software implementado para sacar a Galileo del modo seguro durante I24. Afortunadamente, la nave espacial no se apagó tanto como lo hizo en I24, y el equipo de JPL pudo volver a ponerla en línea. Durante 124 lo habían hecho con dos horas de margen; esta vez, solo tenían tres minutos. No obstante, el sobrevuelo fue muy exitoso, con la captura de la cámara NIMS y SSI de Galileo's un volcán en erupción que generó una columna de lava de 32 kilómetros (20 millas) de largo que era lo suficientemente grande y caliente como para haber sido detectada también por la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA en la cima de Mauna Kea en Hawái. Si bien tales eventos fueron más comunes y espectaculares en Io que en la Tierra, fue extremadamente fortuito haberlos capturado.
Los incidentes en modo seguro en I24 e I25 dejaron algunos vacíos en los datos, que I27 apuntó. Esta vez, Galileo pasó solo 198 kilómetros (123 mi) sobre la superficie de Io. En ese momento, la nave espacial estaba casi a la distancia máxima de la Tierra y había una conjunción solar, un período en el que el Sol bloqueaba la línea de visión entre la Tierra y Júpiter. Como consecuencia, las tres cuartas partes de las observaciones se realizaron en un período de solo tres horas. Las imágenes del NIMS revelaron catorce volcanes activos en una región que se cree que contiene solo cuatro. Las imágenes de Loki Patera mostraron que en los cuatro meses y medio entre 124 y 127, unos 10.000 kilómetros cuadrados (3.900 millas cuadradas) se habían cubierto de lava fresca. Desafortunadamente, una serie de observaciones de ultravioleta extremo (EUV) tuvieron que cancelarse debido a otro evento de modo seguro. La exposición a la radiación provocó un reinicio transitorio del bus, un error de hardware de la computadora que resultó en un evento de modo seguro. Un parche de software implementado después del encuentro con Europa en la órbita E19 protegió contra esto cuando la nave espacial estaba a 15 radios de Júpiter del planeta, pero esta vez ocurrió a 29 radios de Júpiter. El evento del modo seguro también provocó una pérdida de tiempo de reproducción de la cinta, pero los administradores del proyecto deciden transferir algunos datos de Io a la órbita G28 y reproducirlos en ese momento. Esto limitó la cantidad de espacio de cinta disponible para ese encuentro con Ganímedes, pero se consideró que los datos de Io eran más valiosos.
El descubrimiento del núcleo de hierro de Io planteó la posibilidad de que tuviera un campo magnético. Los encuentros I24, I25 e I27 se habían producido en órbitas ecuatoriales, lo que dificultaba determinar si Io tenía su propio campo magnético o uno inducido por Júpiter. En consecuencia, en la órbita I31, Galileo pasó a 200 kilómetros (120 mi) de la superficie del polo norte de Io, y en la órbita I32 voló 181 kilómetros (112 mi) sobre el polo sur. Después de examinar los resultados del magnetómetro, la científica planetaria Margaret G. Kivelson anunció que Io no tenía un campo magnético intrínseco, lo que significaba que su núcleo de hierro fundido no tenía las mismas propiedades convectivas que el de la Tierra. El I31, Galileo aceleró a través de un área que había estado en el penacho del volcán Tvashtar Paterae, y se esperaba que el penacho pudiera ser muestreado. Esta vez, Tvashtar estaba en silencio, pero la nave espacial voló a través de la columna de otro volcán, previamente desconocido, a 600 kilómetros (370 mi) de distancia. Lo que se suponía que eran cenizas calientes de la erupción volcánica resultaron ser copos de nieve de dióxido de azufre, cada uno de los cuales consta de 15 a 20 moléculas agrupadas. El regreso final de Galileo's a Io en la órbita I33 se vio empañado por otro incidente en modo seguro. Aunque el equipo del proyecto trabajó arduamente para restaurar la nave espacial a su estado de funcionamiento, gran parte de los datos esperados se perdieron.
Europa
Aunque es la más pequeña de las cuatro lunas galileanas, con un radio de 1565 kilómetros (972 mi), Europa sigue siendo la sexta luna más grande del sistema solar. Las observaciones desde la Tierra indicaron que estaba cubierto de hielo. Al igual que Io, Europa está bloqueada por mareas con Júpiter. Está en resonancia orbital con Io y Ganímedes, siendo su órbita de 85 horas el doble de la de Io, pero la mitad de la de Ganímedes. Las conjunciones con Io siempre ocurren en el lado opuesto de Júpiter a aquellas con Ganímedes. Por lo tanto, Europa está sujeta a los efectos de las mareas. No hay evidencia de vulcanismo como en Io, pero Galileo reveló que la superficie del hielo estaba cubierta de grietas.
Algunas observaciones de Europa se realizaron durante las órbitas G1 y G2. En C3, Galileo realizó un recorrido de 34 800 kilómetros (21 600 mi) "no dirigido" encuentro de Europa el 6 de noviembre de 1996. Un "no dirigido" El encuentro se define como un sobrevuelo secundario hasta una distancia de 100.000 kilómetros (62.000 mi). Durante el E4 del 15 al 22 de diciembre de 1996, Galileo voló a 692 kilómetros (430 mi) de Europa, pero la transmisión de datos se vio obstaculizada por una ocultación solar que bloqueó la transmisión durante diez días.
Galileo regresó a Europa en E6 en enero de 1997, esta vez a una altura de 586 kilómetros (364 mi) para analizar características de forma ovalada en los espectros infrarrojo y ultravioleta. Las ocultaciones de Europa, Io y Júpiter proporcionaron datos sobre los perfiles atmosféricos de Europa, Io y Júpiter, y se realizaron mediciones del campo gravitatorio de Europa. El E11 del 2 al 9 de noviembre de 1997, se recopilaron datos sobre la magnetosfera. Debido a los problemas con el HGA, la misión principal solo obtuvo alrededor del dos por ciento del número anticipado de imágenes de Europa. En el GEM, las primeras ocho órbitas, E12 a E19, estaban todas dedicadas a Europa, y Galileo realizó una visita final en E26 durante el GMM.
Las imágenes de Europa también mostraron algunos cráteres de impacto. Parecía poco probable que hubiera escapado de los impactos de meteoritos y cometas que marcaron a Ganímedes y Calisto, por lo que esto indica que Europa tiene una geología activa que renueva la superficie y borra los cráteres. Clark Chapman argumentó que si asumimos que un cráter de 20 kilómetros (12 millas) ocurre en Europa una vez cada millón de años, y dado que solo se han detectado unos veinte en Europa, la implicación es que la superficie debe tener solo unos 10 millones de años. antiguo. Con más datos disponibles, en 2003 un equipo dirigido por Kevin Zahle en el Centro de Investigación Ames de la NASA llegó a una cifra de 30 a 70 millones de años. La flexión de las mareas de hasta 100 metros (330 pies) por día fue probablemente la culpable. Pero no todos los científicos estaban convencidos; Michael Carr, planetólogo del Servicio Geológico de EE. UU., argumentó que, por el contrario, la superficie de Europa estuvo sujeta a menos impactos que Calisto o Ganímedes.
Evidencia de renovación de la superficie insinuó la posibilidad de una capa viscosa debajo de la superficie de hielo tibio o agua líquida. Las observaciones del NIMS realizadas por Galileo indicaron que la superficie de Europa parecía contener sales de magnesio y sodio. Una fuente probable era la salmuera debajo de la corteza de hielo. El magnetómetro proporcionó más evidencia, que informó que el campo magnético fue inducido por Júpiter. Esto podría explicarse por la existencia de una capa esférica de material conductor como el agua salada. Dado que la temperatura de la superficie de Europa era de -162 °C (-260 °F), cualquier agua que rompiera el hielo de la superficie se congelaría instantáneamente. El calor necesario para mantener el agua en estado líquido no podía provenir del Sol, que tenía solo el 4 por ciento de la intensidad de la Tierra, pero el hielo es un buen aislante y el calor podría provenir de la flexión de las mareas. Galileo también proporcionó pruebas de que la corteza de Europa se había deslizado con el tiempo, moviéndose hacia el sur en el hemisferio que mira hacia Júpiter y hacia el norte en el lado opuesto.
Hubo un enconado debate entre los científicos sobre el grosor de la corteza de hielo y aquellos que presentaron resultados que indicaban que podría ser más delgada que los 20 a 30 kilómetros (12 a 19 mi) propuestos por los científicos acreditados en el El equipo de imágenes de Galileo enfrentó intimidación, desprecio y oportunidades profesionales reducidas. El equipo de imágenes de Galileo estuvo dirigido por Michael J. Belton del Observatorio Nacional de Kitt Peak. Los científicos que planificaron las secuencias de imágenes tenían el derecho exclusivo a la interpretación inicial de los datos de Galileo, la mayoría de los cuales fueron realizados por sus estudiantes de investigación. La comunidad científica no quería que se repitiera el incidente de Morabito de 1979, cuando Linda A. Morabito, una ingeniera del JPL que trabajaba en la Voyager 1, descubrió el primer volcán extraterrestre activo en Io. El Equipo de imágenes controló la forma en que se presentaron los descubrimientos a la comunidad científica y al público a través de conferencias de prensa, documentos de conferencias y publicaciones.
Las observaciones realizadas por el Telescopio Espacial Hubble en 1995 informaron que Europa tenía una atmósfera delgada de oxígeno. Esto fue confirmado por Galileo en seis experimentos en las órbitas E4 y E6 durante ocultaciones cuando Europa estaba entre Galileo y la Tierra. Esto permitió a Canberra y Goldstone investigar la ionosfera de Europa midiendo el grado en que las partículas cargadas difractaban el haz de radio. Esto indicaba la presencia de iones de agua, que probablemente eran moléculas de agua que habían sido desalojadas de la superficie del hielo y luego ionizadas por el Sol o la magnetosfera joviana. La presencia de una ionosfera fue suficiente para deducir la existencia de una fina atmósfera en Europa. El 11 de diciembre de 2013, la NASA informó, en base a los resultados de la misión Galileo, la detección de "minerales arcillosos" (en concreto, filosilicatos), a menudo asociados a materiales orgánicos, en la corteza helada de Europa. La presencia de los minerales puede haber sido el resultado de una colisión con un asteroide o un cometa.
Ganimedes
La mayor de las lunas galileanas con un diámetro de 5270 kilómetros (3270 mi), Ganímedes es más grande que la luna de la Tierra, el planeta enano Plutón o el planeta Mercurio. Es la luna más grande del sistema solar que se caracteriza por grandes cantidades de hielo de agua, que también incluye a la luna de Saturno, Titán, y a la luna de Neptuno, Tritón. Ganímedes tiene tres veces más agua por su masa que la Tierra.
Cuando Galileo entró en la órbita joviana, lo hizo con una inclinación hacia el ecuador joviano y, por lo tanto, el plano orbital de las cuatro lunas galileanas. Para transferir la órbita y conservar el propulsor, se realizaron dos maniobras de tirachinas. En G1, la gravedad de Ganímedes se utilizó para reducir el período orbital de la nave espacial de 21 a 72 días para permitir más encuentros y sacar a Galileo de las regiones de radiación más intensa. En G2, se empleó la asistencia de la gravedad para ponerlo en una órbita coplanar para permitir encuentros posteriores con Io, Europa y Callisto. Aunque el propósito principal de G1 y G2 era la navegación, no se perdió la oportunidad de hacer algunas observaciones. El experimento de ondas de plasma y el magnetómetro detectaron un campo magnético con una fuerza de alrededor de 750 nanoteslas (0,0075 G), lo suficientemente fuerte como para crear una magnetosfera separada dentro de la de Júpiter. Esta fue la primera vez que se detectó un campo magnético en una luna contenida dentro de la magnetosfera de su planeta anfitrión.
Este descubrimiento condujo naturalmente a preguntas sobre su origen. La evidencia apuntaba a un núcleo y manto de hierro o sulfuro de hierro de 400 a 1300 kilómetros (250 a 810 millas) debajo de la superficie, encerrado en hielo. Margaret Kivelson, la científica a cargo del experimento del magnetómetro, consideró que el campo magnético inducido requería un núcleo de hierro y especuló que se requería una capa eléctricamente conductora, posiblemente un océano de salmuera a 200 kilómetros (120 millas) debajo de la superficie. Galileo regresó a Ganímedes en las órbitas G7 y G9 en abril y mayo de 1997, y en G28 y G29 en mayo y diciembre de 2000 en el GMM. Las imágenes de la superficie revelaron dos tipos de terreno: regiones oscuras llenas de cráteres y surcos de terreno acanalado. Las imágenes de Arbela Sulcus tomadas en G28 hicieron que Ganímedes se pareciera más a Europa, pero la flexión de las mareas no pudo proporcionar suficiente calor para mantener el agua en forma líquida en Ganímedes, aunque puede haber contribuido. Una posibilidad era la radiactividad, que podría proporcionar suficiente calor para que exista agua líquida de 50 a 200 kilómetros (31 a 124 millas) debajo de la superficie. Otra posibilidad era el vulcanismo. El agua fangosa o el hielo que llega a la superficie se congelaría rápidamente, creando áreas de una superficie relativamente lisa.
Calisto
Calisto es la más externa de las lunas galileanas y la más marcada, de hecho, la mayor parte de cualquier cuerpo en el sistema solar. Tantos cráteres deben haber tardado miles de millones de años en acumularse, lo que dio a los científicos la idea de que su superficie tenía hasta cuatro mil millones de años y proporcionó un registro de la actividad de meteoritos en el sistema solar. Galileo visitó Callisto en las órbitas C3, C9 y C100 durante la misión principal, y luego en C20, C21, C22 y C23 durante la GEM. Cuando las cámaras observaron Callisto de cerca, hubo una desconcertante ausencia de pequeños cráteres. Las características de la superficie parecían haber sido erosionadas, lo que indica que habían estado sujetas a procesos geológicos activos.
El sobrevuelo deGalileo's de Callisto en C3 marcó la primera vez que el Deep Space Network operó un enlace entre sus antenas en Canberra y Goldstone que les permitió operar como un conjunto gigantesco, lo que permitió una tasa de bits más alta a pesar de la larga distancia de la nave espacial a la Tierra. Con la ayuda de la antena de Parkes, esto elevó el ancho de banda efectivo hasta 1000 bits por segundo.
Los datos acumulados en C3 indicaron que Calisto tenía una composición homogénea, con elementos pesados y ligeros entremezclados. Se estimó que estaba compuesto por un 60 por ciento de roca y un 40 por ciento de hielo. Esto fue anulado por más observaciones de radio Doppler en C9 y C10, que indicaron que la roca se había asentado hacia el núcleo y, por lo tanto, que Calisto tiene una estructura interna diferenciada, aunque no tanto como las otras lunas galileanas.
Las observaciones realizadas con el magnetómetro de Galileo's indicaron que Callisto no tenía campo magnético por sí mismo, y por lo tanto carecía de un núcleo de hierro como el de Ganímedes, pero que tenía un campo inducido de la magnetosfera de Júpiter. Debido a que el hielo es un conductor demasiado pobre para generar este efecto, señaló la posibilidad de que Calisto, al igual que Europa y Ganímedes, pudiera tener un océano subterráneo de salmuera. Galileo tuvo su encuentro más cercano con Callisto en C30, cuando hizo un pase de 138 kilómetros (86 mi) sobre la superficie, durante el cual fotografió los cráteres Asgard, Valhalla y Bran. Esto se usó para maniobras de tirachinas para preparar los encuentros finales con Io en I31 e I32.
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Amaltea
Aunque la misión principal de Galileo's era explorar las lunas galileanas, también capturó imágenes de cuatro de las lunas interiores, Thebe, Adrastea, Amalthea y Metis. Tales imágenes solo eran posibles desde una nave espacial; para los telescopios terrestres no eran más que motas de luz. Dos años de intensa radiación de Júpiter pasaron factura a los sistemas de la nave espacial, y su suministro de combustible se estaba agotando a principios de la década de 2000. Las cámaras de Galileo's fueron desactivadas el 17 de enero de 2002, después de haber sufrido daños irreparables. daño por radiación.
Los ingenieros de la NASA pudieron recuperar la electrónica dañada de la grabadora, y Galileo continuó devolviendo datos científicos hasta que fue sacado de órbita en 2003, realizando un último experimento científico: una medición de Amalthea masa a medida que la nave espacial giraba a su lado. Esto fue complicado de arreglar; para ser útil, Galileo tenía que volar dentro de los 300 kilómetros (190 mi) de Amalthea, pero no tan cerca como para estrellarse contra ella. Esto se complicó por su forma irregular de papa de 146 por 262 kilómetros (91 por 163 millas). Estaba bloqueado por mareas, apuntando su eje largo hacia Júpiter en todo momento. Un sobrevuelo exitoso significaba saber en qué dirección apuntaba el asteroide en relación con Galileo en todo momento.
Galileo sobrevoló Amaltea el 5 de noviembre de 2002, durante su órbita 34, lo que permitió medir la masa de la luna cuando pasó a 160 km (99 mi) de su superficie. Los resultados sorprendieron al equipo científico; revelaron que Amalthea pesaba 2,08×1018 kilogramos (4,59× 1018 lb), y con un volumen de 2,43×106 cúbicos kilómetros (5,8×105 cu mi), por lo que tenía una densidad de 857 ± 99 kilogramos por metro cúbico, menos de la del agua.
Se produjo un descubrimiento final durante las dos últimas órbitas de la misión. Cuando la nave espacial pasó por la órbita de Amalthea, el escáner estelar detectó destellos inesperados de luz que eran reflejos de siete a nueve lunas. Ninguna de las pequeñas lunas individuales se avistó de forma fiable dos veces, por lo que no se determinaron las órbitas. Se cree que lo más probable es que fueran escombros expulsados de Amaltea y formaran un anillo tenue, y quizás temporal.
Escáner de estrellas
El escáner estelar deGalileo's era un pequeño telescopio óptico que proporcionaba una referencia de actitud. También hizo varios descubrimientos científicos por casualidad. En la misión principal, se descubrió que el escáner estelar podía detectar partículas de alta energía como una señal de ruido. Estos datos finalmente se calibraron para mostrar que las partículas eran predominantemente >2 MeV (0,32 pJ) electrones que quedaron atrapados en los cinturones magnéticos jovianos y se liberaron al Sistema de datos planetarios.
Un segundo descubrimiento ocurrió en 2000. El escáner de estrellas estaba observando un conjunto de estrellas que incluía la estrella de segunda magnitud Delta Velorum. En un momento, esta estrella se atenuó durante 8 horas por debajo del umbral de detección del escáner de estrellas. El análisis posterior de los datos de Galileo y el trabajo de astrónomos aficionados y profesionales mostró que Delta Velorum es la binaria eclipsante más brillante que se conoce, más brillante al máximo incluso que Algol. Tiene un período primario de 45 días y el oscurecimiento es apenas visible a simple vista.
Extensión de la misión
Después de que concluyó la misión principal el 7 de diciembre de 1997, la mayoría del personal de la misión partió, incluido O'Neil, pero se quedó aproximadamente una quinta parte. El orbitador Galileo inició una misión extendida conocida como Galileo Misión Europa (GEM), que duró hasta el 31 de diciembre de 1999. Esta fue una misión de bajo costo, con un presupuesto de $30 millones (equivalente a $48 millones en 2021). La razón para llamarlo "Europa" misión en lugar de la misión "Extendida" la misión era política; aunque podría parecer un desperdicio desechar una nave espacial que todavía era funcional y capaz de realizar una misión continua, el Congreso vio con malos ojos las solicitudes de más dinero para proyectos que pensó que ya habían sido financiados por completo. Esto se evitó mediante el cambio de marca.
El equipo GEM más pequeño no tenía los recursos para abordar los problemas, pero cuando surgieron, pudo llamar temporalmente a los ex miembros del equipo para realizar esfuerzos intensivos para resolverlos. La nave espacial realizó varios sobrevuelos de Europa, Callisto e Io. En cada uno, la nave espacial recolectó solo dos días ' de datos en lugar de los siete que había recopilado durante la misión principal. El entorno de radiación cerca de Io, al que Galileo se acercó a 201 kilómetros (125 mi) el 26 de noviembre de 1999, en la órbita I25, era muy poco saludable para Galileo's, por lo que estos sobrevuelos se guardaron para la misión extendida cuando la pérdida de la nave espacial sería más aceptable.
Cuando finalizó GEM, la mayor parte de la nave espacial estaba operando mucho más allá de sus especificaciones de diseño originales, habiendo absorbido tres veces la exposición a la radiación para la que había sido construida. Muchos de los instrumentos ya no funcionaban al máximo rendimiento, pero seguían funcionando, por lo que se autorizó una segunda ampliación, la Galileo Millennium Mission (GMM). Estaba previsto que durara hasta marzo de 2001, pero posteriormente se extendió hasta enero de 2003. GMM incluyó visitas de regreso a Europa, Io, Ganímedes y Calisto, y por primera vez a Amaltea. El coste total de la misión Galileo original fue de unos 1390 millones de USD (equivalente a 2000 millones de USD en 2021). De esta cantidad, 892 millones de dólares (equivalente a 1278 millones de dólares en 2021) se gastaron en el desarrollo de naves espaciales. Otros $110 millones (equivalentes a $158 millones en 2021) fueron aportados por organismos internacionales.
Anomalías relacionadas con la radiación
El entorno de radiación excepcionalmente severo de Júpiter causó más de 20 anomalías en el transcurso de Galileo's misión, además de los incidentes que se detallan a continuación. A pesar de haber excedido su límite de diseño de radiación por al menos un factor de tres, la nave espacial sobrevivió a todas estas anomalías. Finalmente, se encontraron soluciones para todos estos problemas, y Galileo nunca dejó de funcionar por completo debido a la radiación de Júpiter. Los límites de radiación para las computadoras Galileo's se basaron en datos devueltos por Pioneers 10 y 11, ya que gran parte del trabajo de diseño estaba en marcha antes de que las dos Voyagers llegaran a Júpiter en 1979.
Un efecto típico de la radiación fue que varios de los instrumentos científicos sufrieron un aumento del ruido mientras se encontraban a unos 700 000 km (430 000 mi) de Júpiter. La cámara SSI comenzó a producir imágenes totalmente blancas cuando la nave espacial fue golpeada por el excepcional 'Día de la Bastilla'. eyección de masa coronal en 2000, y lo hizo de nuevo en posteriores acercamientos a Júpiter. El cristal de cuarzo utilizado como referencia de frecuencia para la radio sufría cambios de frecuencia permanentes con cada acercamiento a Júpiter. Un detector de giro falló y la salida del giroscopio de la nave espacial fue sesgada por el entorno de radiación.
Los efectos más graves de la radiación fueron fugas de corriente en algún lugar del bus de energía de la nave espacial, muy probablemente a través de cepillos en un cojinete giratorio que conecta las secciones del rotor y el estator del orbitador. Estas fugas de corriente provocaron un reinicio de la computadora a bordo y provocaron que entrara en modo seguro. Los reinicios ocurrieron cuando la nave espacial estaba cerca de Júpiter o en la región del espacio magnéticamente corriente abajo de Júpiter. Se realizó un cambio en el software en abril de 1999 que permitió que la computadora de a bordo detectara estos reinicios y se recuperara de forma autónoma, para evitar el modo seguro.
Problemas con la grabadora
El mantenimiento de rutina de la grabadora consistía en enrollar la cinta hasta la mitad de su longitud y de nuevo hacia atrás para evitar que se pegara. En noviembre de 2002, después de completar el único encuentro de la misión con la luna de Júpiter, Amaltea, los problemas con la reproducción de la grabadora volvieron a acosar a Galileo. Aproximadamente 10 minutos después del acercamiento más cercano al sobrevuelo de Amalthea, Galileo dejó de recopilar datos, apagó todos sus instrumentos y entró en modo seguro, aparentemente como resultado de la exposición a la intensa luz de Júpiter. entorno de radiación. Aunque la mayoría de los datos de Amalthea ya estaban grabados en cinta, se descubrió que la grabadora se negaba a responder a los comandos que le indicaban que reprodujera los datos.
Después de semanas de resolución de problemas de un repuesto de vuelo idéntico de la grabadora en tierra, se determinó que la causa del mal funcionamiento era una reducción de la salida de luz en tres diodos emisores de luz (LED) infrarrojos Optek OP133 ubicados en la unidad. electrónica de la rueda del codificador del motor de la grabadora. Los LED de arseniuro de galio habían sido particularmente sensibles a los defectos de desplazamiento de la red atómica inducidos por la radiación de protones, lo que disminuyó en gran medida su salida de luz efectiva y provocó que la electrónica del motor de accionamiento creyera falsamente que la rueda del codificador del motor estaba colocada incorrectamente.
El equipo de vuelo deGalileo's luego comenzó una serie de " recocido" sesiones, donde la corriente pasó a través de los LED durante horas para calentarlos hasta un punto en el que algunos de los defectos de la red cristalina se cambiarían de nuevo a su lugar, aumentando así la salida de luz del LED. Después de aproximadamente 100 horas de recocido y ciclos de reproducción, la grabadora pudo operar hasta una hora a la vez. Después de muchos ciclos posteriores de reproducción y enfriamiento, la transmisión completa a la Tierra de todos los datos de sobrevuelo de Amalthea registrados fue exitosa.
Fin de misión y salida de órbita
Cuando se estaba considerando la exploración de Marte a principios de la década de 1960, Carl Sagan y Sidney Coleman produjeron un artículo sobre la contaminación del planeta rojo. Para que los científicos pudieran determinar si existían o no formas de vida nativas antes de que el planeta se contaminara con microorganismos de la Tierra, propusieron que las misiones espaciales deberían apuntar a un 99,9 por ciento de posibilidades de que no ocurriera la contaminación. Esta cifra fue adoptada por el Comité de Investigaciones Espaciales (COSPAR) del Consejo Internacional de Uniones Científicas en 1964, y posteriormente se aplicó a todas las sondas planetarias. El peligro se destacó en 1969 cuando los astronautas del Apolo 12 devolvieron componentes de la nave espacial Surveyor 3 que había aterrizado en la Luna tres años antes, y se descubrió que los microbios aún eran viables incluso después de tres años en ese clima severo. Una alternativa fue la Primera Directiva, una filosofía de no interferencia con formas de vida extraterrestre enunciada por la serie de televisión original de Star Trek que priorizaba los intereses de las formas de vida sobre los de los científicos. Dada la perspectiva (ciertamente escasa) de vida en Europa, los científicos Richard Greenberg y Randall Tufts propusieron que se estableciera un nuevo estándar de no mayor probabilidad de contaminación que la que podría ocurrir naturalmente por meteoritos.
Galileo no había sido esterilizado antes del lanzamiento y podría haber transportado bacterias desde la Tierra. Por lo tanto, se formuló un plan para enviar la sonda directamente a Júpiter, en un choque intencional para eliminar la posibilidad de un impacto con las lunas de Júpiter, particularmente Europa, y evitar una contaminación frontal. El 14 de abril de 2003, Galileo alcanzó su mayor distancia orbital desde Júpiter en toda la misión desde su inserción orbital, 26 millones de km (16 millones de millas), antes de precipitarse hacia el gigante gaseoso para su impacto final. Al completarse J35, su órbita final alrededor del sistema joviano, Galileo impactó con Júpiter en la oscuridad justo al sur del ecuador el 21 de septiembre de 2003 a las 18:57 UTC. Su velocidad de impacto fue de aproximadamente 48,26 km/s (29,99 mi/s).
Principales hallazgos
- La composición de Júpiter difiere de la del Sol, indicando que Júpiter ha evolucionado desde la formación del Sistema Solar.
- Galileo hizo la primera observación de las nubes de amoníaco en la atmósfera de otro planeta. La atmósfera crea partículas de hielo de amoníaco procedentes de materiales que suben desde profundidades inferiores.
- Io fue confirmado para tener una extensa actividad volcánica que es 100 veces mayor que la que se encuentra en la Tierra. El calor y la frecuencia de las erupciones recuerdan a la Tierra primitiva.
- Interacciones de plasma complejas en la atmósfera de Io crean inmensas corrientes eléctricas que se unen a la atmósfera de Júpiter.
- Varias líneas de evidencia de Galileo apoyar la teoría de que los océanos líquidos existen bajo la superficie helada de Europa.
- Ganymede posee su propio y sustancial campo magnético – el primer satélite conocido por tener uno.
- Galileo Los datos magnéticos proporcionaron evidencia de que Europa, Ganymede y Callisto tienen una capa de agua salada líquida bajo la superficie visible.
- Existe evidencia de que Europa, Ganymede y Callisto tienen una fina capa atmosférica conocida como una "exosfera de superficie".
- El sistema de anillo de Júpiter está formado por polvo lanzado como meteoroides interplanetarios chocan contra las cuatro pequeñas lunas internas del planeta. El anillo más exterior es en realidad dos anillos, uno incrustado con el otro. Probablemente hay un anillo separado a lo largo de la órbita de Amalthea también.
- El Galileo nave espacial identificó la estructura global y dinámica de la magnetosfera de un planeta gigante.
Misiones de seguimiento
Había una nave espacial Galileo de repuesto que fue considerada por el Equipo de Estudio de Planetas Exteriores de la NASA-ESA en 1983 para una misión a Saturno, pero se pasó por alto a favor de un diseño más nuevo, que se convirtió en Cassini–Huygens. Mientras operaba Galileo, Ulysses pasó por Júpiter en 1992 en su misión de estudiar las regiones polares del Sol, y Cassini–Huygens bordeado por el planeta en 2000 y 2001 en ruta a Saturno. New Horizons pasó cerca de Júpiter en 2007 para recibir asistencia gravitatoria en ruta a Plutón, y también recopiló datos sobre el planeta. La siguiente misión en orbitar Júpiter fue la nave espacial Juno, que entró en la órbita joviana en julio de 2016.
Juno
La nave espacial Juno de la NASA, lanzada en 2011 y planeada para una gira de dos años por el sistema joviano, completó con éxito la inserción orbital de Júpiter el 4 de julio de 2016.
Explorador de lunas heladas de Júpiter
La Agencia Espacial Europea planea regresar al sistema joviano con el Júpiter Icy Moons Explorer (JUICE), que está diseñado para orbitar Ganímedes en la década de 2030.
Clipper Europa
Incluso antes de que concluyera Galileo, la NASA consideró el Europa Orbiter, que era una misión a la luna Europa de Júpiter, pero se canceló en 2002. Después de su cancelación, una versión de menor costo fue estudiado. Esto llevó a que el Europa Clipper fuera aprobado en 2015; actualmente está previsto su lanzamiento a mediados de la década de 2020.
Europa Lander
El Jet Propulsion Laboratory está evaluando un concepto de módulo de aterrizaje, simplemente llamado Europa Lander. A partir de 2020, esta misión de módulo de aterrizaje a Europa sigue siendo un concepto, aunque se han liberado algunos fondos para el desarrollo y la maduración del instrumento.
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