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Cosmos: Otros Mundos 8 (2020) Los Anillos de Saturno. Giovanni Cassini. Yuri Kondratyuk, el Ingeniero Desconocido. La Sonda Cassini-Huygens

Creada19-05-2020
Modificada19-05-2020
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Reseña del Documental El Sacrificio de Cassini de la serie Cosmos: Otros Mundos

Presentador

Neil deGrasse Tyson

El Sacrificio de Cassini

Documental de la serie Cosmos: Otros Mundos (E8, 2020) en el que Neil deGrasse Tyson nos describe los descubrimientos de varios científicos sobre los Anillos de Saturno y se narra la vida de Yuri Kondratyuk, un genio de la astronáutica casi desconocido.

Hoy termina la misión. Los científicos que la diseñaron, la hicieron realidad y que durante 20 años la han dirigido, han enviado las últimas instrucciones y esperan su ejecución.

El sentimiento de orgullo por el éxito se difumina en una sensación de tristeza por la pérdida, previsible e inevitable, pero no por ello deseada.

Los Anillos Planetarios

Planeta SaturnoDe los planetas del Sistema Solar, Saturno ostenta el privilegio de disponer a su alrededor de un sistema de anillos impresionante, fácilmente visible desde la Tierra con telescopios de mediana potencia, incluso con unos potentes prismáticos.

Durante mucho tiempo los astrónomos pensaron que eran algo único, quizás irrepetible.

Cuando fueron enviadas sondas a los planetas exteriores, se descubrió que otros tres planetas tenían anillos en su órbita, pero son demasiado tenues para poder observarlos desde la Tierra, ni aún con los más potentes telescopios.

Urano tiene su eje de rotación muy inclinado, 98 grados. Se cree que esta inclinación puede deberse a una doble colisión planetaria, producida en un ángulo que hizo que el planeta rotara alrededor de un eje muy distinto al de la rotación que tuviera al formarse el planeta.

Su eje de rotación tan inclinado hace que en los polos los días duren 20 años terrestres, seguidos de noches de otros tantos. Durante el día la temperatura de la atmósfera alcanza los 260º. Por la noche baja a -240º. Se cree que bajo la atmósfera existe un océano de amoníaco, agua y, quizás, diamantes.

A su alrededor, desde cerca, se observan unos tenues anillos.

También Júpiter y Neptuno tienen anillos, e igualmente sólo son visibles desde sondas cercanas o con los más potentes telescopios espaciales, pero no desde la superficie de la Tierra.

J1407b Exoplaneta con AnillosY recientemente se ha descubierto J1407b un exoplaneta a 130 años·luz de distancia en el que por primera vez se ha detectado un sistema de anillos 200 veces más grandes que los de Saturno.

Los Pioneros de la Astronomía

Hasta el siglo XV se pensaba, según las creencias de Ptolomeo, que la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas orbitaban alrededor de la Tierra.

En el siglo XVI Nicolás Copérnico propuso la Teoría heliocéntrica, anteriormente propuesta por Aristarco de Samos, según la cual es el Sol, y no la Tierra, el que ocupa el Centro del Sistema Solar. Por desgracia, la Ciencia era muy censurada por la religión de aquella época y Copérnico no se atrevió a publicar su obra hasta 1543, el mismo año en que murió.

Galileo Galilei fue el primer astrónomo que construyó un telescopio para observar la Luna y los planetas. Con él pudo descubrir las montañas de la Luna y varios satélites alrededor de Júpiter. También pudo confirmar la Teoría Heliocéntrica de Copérnico, lo que le valió un duro enfrentamiento con las autoridades religiosas.

Al estudiar Saturno, mucho más alejado, observó que a sus lados había unas tenues manchas, y supuso que debían ser dos lunas simétricas. Posteriores observaciones le llevaron a pensar que el planeta podría tener brazos, tal vez como las asas de una jarra.

Fue Christiaan Huygens quien descubrió que las protuberancias a los lados de Saturno no eran lunas, ni grandes montañas, ni arcos que se elevaban desde el ecuador, sino anillos separados del planeta, extensos pero muy finos.

Incluso dibujó un esquema en el que explicaba cómo era posible que a veces los anillos se distinguieran con gran nitidez y otras veces resultaran invisibles, según la inclinación de su eje y el lugar de su órbita en el que se encontrase.

Giovanni Cassini

Durante miles de años, la ciencia de la astronomía estuvo impregnada con la idea de que los astros influyen en el carácter y las emociones de las personas. Los astrólogos estudiaban la posición de las estrellas en el momento del nacimiento de los reyes para definir su carácter futuro, y su posición contemporánea para augurar épocas de prosperidad o penurias, de victorias o derrotas bélicas.

Cuando astrónomos como Copérnico confirmaron la Teoría Heliocéntrica, los astrólogos tardaron más de 50 años en aceptarla, y aún entonces siguieron creyendo en sus supersticiones.

El rey Luis XIV de Francia, conocido como el Rey Sol, era un mecenas de las Artes y las Ciencias, y en 1666 fundó la Academia de Ciencias de Francia. Un año más tarde se inició la construcción del Observatorio de París, que entró en funcionamiento en 1669, estableciéndose su posición como el Meridiano 0 de París. A partir de entonces, todas las coordenadas geográficas, terrestres y marítimas, quedarían referenciadas en Francia al Meridiano de París.

Para dirigir el observatorio se nombró al italiano Giovanni Cassini.

Cassini había empezado su carrera como astrólogo, pero pronto se centró en la ciencia de la Astronomía y la Geodesia. En principio se comprometió a dirigir el observatorio durante sólo un par de años, pero su estancia se prolongó por el resto de su vida, hasta el punto de nacionalizarse y cambiar su nombre por el de Jean-Dominique Cassini.

Tras su muerte, la dirección del observatorio estuvo en manos de sus descendientes durante 125 años.

Los Trabajos de Cassini

Cassini fue el primer astrónomo que trazó un detallado mapa de la superficie de la Luna, mapa que no pudo ser superado en precisión hasta mucho después de su muerte.

En 1680 viajó por el Océano Atlántico para tomar medidas de longitud de numerosos puertos, arrecifes e islas, con el fin de perfeccionar las cartas de navegación que asegurasen los viajes marítimos.

Luis XIV le encargó que elaborara un mapa lo más detallado y exacto posible de Francia. Al hacerlo se llevó la sorpresa de que tenía menos extensión de la que geógrafos anteriores habían estimado. Cuando, con temor, llevó sus resultados al rey, éste respondió con humor, acusándole en broma de haberle hecho perder más territorios que todos sus enemigos juntos.

Cassini fue el primero que calculó la escala del Sistema Solar. Aunque no se conocían con exactitud las distancias a los planetas, pudo determinar sus distancias relativas respecto a la órbita de la Tierra.

Descubrió la Gran Mancha Roja de Júpiter. Con ella determinó la duración del día de Júpiter.

Y con la observación de determinados accidentes geográficos de Marte, también calculó la duración de su rotación, con un error de menos de tres minutos.

Y estuvo a punto de descubrir la Velocidad de la Luz.

La Velocidad de la Luz

Algún tiempo después de haber calculado la rotación de Júpiter, volvió a tomar las mismas medidas y comprobó que existía un desfase, un atraso de varios minutos con respecto a sus cálculos anteriores. Pensó en un posible error de sus primeros cálculos, pero dejó sus conclusiones a la espera de nuevas mediciones.

Cuando volvió a tomarlas, unos meses más tarde, comprobó que, ahora sí, sus observaciones coincidían con sus primeros cálculos.

Lo único que pudo constatar era que cuando se producían esos atrasos era cuando la Tierra estaba más lejos de Júpiter, al otro lado del Sol, y que cuando la Tierra estaba más cerca no se producía ese desfase.

Se le ocurrió que eso indicaría que la luz no se transmitía de forma instantánea, sino a una velocidad limitada, y que ese desfase se producía cuando la luz tenía que recorrer una mayor distancia desde Júpiter a la Tierra.

La idea le pareció descabellada, opuesta a lo que todo el mundo asumía como cierto, y dejó su hipótesis aparcada a la espera de nuevas observaciones o teorías.

Pero su colaborador, el Astrónomo Ole Rømer, no descartó la idea.

Rømer estudió la órbita de la luna Ío de Júpiter, medida más precisa que la rotación de las manchas de su atmósfera gaseosa. Con varias mediciones sucesivas a lo largo de más de un año, pudo determinar el atraso que se producía entre las posiciones más cercanas y alejadas de la Tierra respecto a Júpiter, estimando que era de unos 22 minutos (en realidad, 16'5 minutos).

A partir de esa cantidad calculó que la velocidad de la luz era de 225 Mm/s (en realidad, 300 Mm/s). Teniendo en cuenta la imprecisión de los instrumentos de hace 300 años, fue una gran hazaña.

La Edad de los Anillos

Los astrofísicos intentaron adivinar cuál sería la edad de los anillos, si se habían formado al mismo tiempo que el planeta o eran más recientes y, de ser así, cuál era su origen.

El astrónomo Édouard Roche estudiaba las fuerzas gravitatorias que afectaban a las lunas de los planetas, y de sus cálculos demostró que si una luna estaba demasiado cerca de su planeta la atracción gravitatoria sería suficiente para romper la luna, disgregarla en una nube de rocas y polvo que quedarían orbitando en forma de anillo alrededor del planeta.

En el caso de la Tierra y la Luna estimó esa distancia, el Límite de Roche, en 19'3 Mm, veinte veces más cerca de su posición actual.

No sé de donde ha sacado Tyson esta cantidad. El Límite de Roche también depende de las masas, densidades y durezas de los dos cuerpos y hay un rango muy amplio para cualquier combinación de circunstancias.

En todo caso, en 2018 programé una Calculadora de Espaguetización con la que se calcula la distancia a la que un satélite, asteroide o cometa se empezaría a disgregar por la atracción gravitatoria de un planeta durante su caída. No son las mismas condiciones ni el mismo método de cálculo, pero a partir de esas fórmulas la distancia sería de unos 15 Mm.

De ser así, es posible que el origen de los anillos sea la destrucción de una luna que se acercó demasiado a Saturno. Y quizás su edad sea de sólo unos pocos millones de años.

Aún faltaba mucho tiempo para que se zanjara esta polémica.

El Ingeniero Desaparecido

Toda la navegación espacial debe su existencia a grandes ingenieros, teóricos y prácticos, que han hecho posible que podamos enviar cohetes al espacio interplanetario.

Muchos de esos ingenieros son muy conocidos, pero algunos han quedado casi en el olvido.

Nacido en 1897 en Ucrania, Aleksandr Ignatyevich Shargei tenía 5 años cuando su madre fue detenida y ejecutada por supuestas actividades políticas en la Rusia zarista.

Se refugió en los libros de su padre, Ignat Shargei, ingeniero, físico y matemático.

A los 13 años perdió también a su padre y fue a vivir con su abuela.

Con excelentes notas, se matriculó en la Politécnica de Petrogrado, pero su carrera fue interrumpida cuando fue reclutado para el ejército zarista en la Primera Guerra Mundial. Durante las campañas, entre las marchas y las batallas, escribió varios cuadernos en los que especificaba las características que debían reunir los cohetes para llevar a cabo una misión espacial a la Luna.

Tras el fin de la guerra, y el estallido de la revolución soviética, como miembro del ejército zarista fue acusado por los bolcheviques como Enemigo del Pueblo, sin posibilidad de reanudar sus estudios ni trabajar como ingeniero.

Intentó escapar a través de la frontera de Polonia, pero sin apenas fuerzas fue detenido y devuelto a Rusia. Los guardias vieron que estaba enfermo de Tifus y pensaron que podían ahorrarse la bala de su ejecución.

Tras una larga y casi devastadora marcha, consiguió llegar a su pueblo natal en Ucrania. Unos vecinos le ayudaron a curarse y le facilitaron la identificación de una persona que había fallecido en 1921 de tuberculosis.

El Hombre que Previó

Con la nueva identidad de Yuri Kondratiuk, trabajó en el mantenimiento de ferrocarriles y se estableció en Novosibirsk, Siberia, cerca de las fronteras de Kazajistán y Mongolia.

Bucle de Kondratyuk. Viaje Tierra-LunaAllí escribió un libro, La Conquista del Espacio Interplanetario, basándose en sus estudios y proyectos. En él describía varias técnicas como el lanzamiento de cohetes por fases, trayectorias en bucle (El Bucle de Kondratiuk) para pasar de la órbita terrestre a la lunar, e incluso ideó usar la gravedad de los planetas como trampolín para acelerar y llegar antes a otros planetas más lejanos. Esta técnica, la Asistencia Gravitatoria, es usada actualmente por todas las sondas que viajan a las zonas más remotas del Sistema Solar.

Envió una copia de su libro a un ingeniero de Moscú, que lo recibió y lo publicitó entre sus colegas con entusiasmo, pero ninguna editorial se hizo cargo de su publicación.

De su propio escaso sueldo, Kondratiuk encargó a una imprenta de Novosibirsk la publicación de 2.000 ejemplares, trabajando él mismo en la imprenta para ahorrar costes y evitar errores de impresión en las fórmulas.

Dedicó el libro

A cualquiera que lea este documento con el fin de construir un cohete interplanetario.

En su ciudad, mientras tanto, ganó un concurso para construir una elevadora de grano, construida toda en madera y usando UN único clavo. Lo hizo, pero los rivales que habían perdido el concurso le acusaron de planear un sabotaje y la NKVD le detuvo, le juzgaron y condenaron a tres años de prisión. Se salvó por la intercesión del Ministro de Industria, ya que Kondratiuk también había enviado los planos de un sistema para producir energía eléctrica con aerogeneradores en la costa de Crimea y su proyecto había ganado el concurso.

En Moscú conoció a Serguéi Koroliov, que ya estaba trabajando en el diseño de cohetes espaciales y que más adelante sería conocido como El Ingeniero Jefe, director de la carrera espacial soviética. Koroliov le ofreció trabajo, pero ante el temor de que su aceptación le llevaría a ser investigado por las autoridades, y la casi certeza de que su verdadera identidad sería descubierta, declinó la oferta.

Al estallar la Segunda Guerra Mundial, Kondratiuk se ofreció voluntario al ejército y se cree que murió a finales de 1941 o principios de 1942. Su cuerpo nunca fue encontrado.

Algunos investigadores han especulado con la posibilidad de que quizás sobrevivió a la guerra y posteriormente consiguió viajar a USA, donde trabajó en proyectos espaciales con una tercera identidad, pero no hay ninguna prueba, ni indicio siquiera, de que esto ocurriera.

El Triunfo de Kondratiuk

Tras el lanzamiento del Sputnik en 1957, USA creó la NASA iniciándose la Carrera Espacial. Cuando el presidente Kennedy, en 1961 se comprometió a enviar un hombre a la Luna en esa misma década, los ingenieros de la NASA concentraron sus esfuerzos en conseguirlo. Pero el reto parecía totalmente imposible.

Con los medios técnicos de los años 1960, un cohete podía ser enviado al espacio y hasta la órbita de la Luna, pero los sistemas de control de aquella época no permitían que un cohete de ese tamaño pudiera aterrizar con seguridad en la superficie lunar. Y si conseguía aterrizar, su masa sería tan grande que no podría despegar.

Para que pudiera volver, tendría que tener el peso y el combustible justos para despegar, pero con esa limitación no tendría suficiente combustible para regresar a la Tierra.

El ingeniero John C. Houbolt intentó resolver este callejón sin salida durante semanas, hasta que uno de sus colegas le llevó un ejemplar del libro de Kondratiuk.

En él, Houbolt encontró la solución al problema.

Había que enviar un cohete compuesto de dos módulos. Uno, con cohete y combustible suficientes para el regreso a la Tierra, quedaría en la órbita lunar. El otro módulo, con el tamaño justo para aterrizar y volver a despegar hasta la órbita, se separaría del primero, aterrizaría, permanecería allí durante el tiempo programado por la misión y volvería a despegar, para reencontrarse con el módulo base. Se acoplaría a él y regresarían a la Tierra.

Así se hizo. En 1969 Neil Armstrong fue el primer astronauta en poner el pie en la Luna.

Al regresar a la Tierra, en un viaje a Rusia visitó la casa de Kondratiuk, en Siberia, y se llevó de recuerdo un puñado de la tierra que él había pisado.

Apenas 28 años después de su muerte, Kondratiuk logró una de las más grandes metas que había soñado.

No fue la única aportación importante de Kondratiuk a la navegación espacial. La técnica de la Asistencia Gravitatoria, pasar cerca de un planeta en el ángulo adecuado para ganar velocidad y llegar con más rapidez a planetas más lejanos, fue usada por casi todas las sondas enviadas al Sistema Solar exterior.

Entre ellas la sonda Cassini-Huygens.

La Sonda Cassini-Huygens

Galileo descubrió las protuberancias a los lados de Saturno. Huygens descubrió que era UN anillo, extenso y plano separado del planeta. Cassini fue el primero que pudo observarlo con detalle, y descubrió que no era un único anillo, sino varios separados por discontinuidades, huecos vacíos. También fue el primero que postuló que los anillos no eran de materia sólida, sino una nube de billones de partículas que, por efecto de las fuerzas gravitatorias, se mantenían en órbita alrededor de Júpiter, en un plano muy estrecho, tal como los planetas orbitan en torno al Sol.

Varias sondas enviadas a Saturno lo han confirmado por medio de fotografías, y una de esas sondas fue bautizada con su nombre.

Sonda Cassini a SaturnoCon 6.000 Kg de peso, el tamaño de una furgoneta y 32 Kg de Plutonio 238 como combustible, la Sonda Cassini-Huygens fue lanzada el 15 de Octubre de 1997, llegando a Saturno el 1 de Julio de 2005.

Llegó allí en pleno invierno, con el Polo Norte orientado en dirección opuesta al Sol, por lo que permanecía siempre a oscuras.

Tormenta Hexagonal en SaturnoCuando unos años más tarde llegó la Primavera y el Verano, se descubrió que alrededor del Polo Norte, ahora permanentemente iluminado, había un gigantesco huracán, mucho más grande que la misma Tierra. Y, sorprendentemente, ese huracán tenía forma hexagonal.

Los físicos especializados en Mecánica de Fluidos han conseguido entender cómo, debido a la rotación del planeta, el efecto Coriolis y el roce de distintas corrientes a distintas velocidades en distintas latitudes, pueden hacer que un huracán polar pueda tener forma poligonal, pero nadie antes había imaginado que esto pudiera ocurrir.

Durante años, la sonda exploró el sistema de anillos y sus lunas. Envió el módulo Huygens a aterrizar en Titán y realizó numerosos descubrimientos, algunos tan espectaculares como los géiseres de Encélado, origen de uno de los anillos más externos de Saturno.

También pudo zanjar una larga polémica, y confirmar que los anillos no son tan antiguos como el planeta, sino que se formaron hace apenas unos 100 millones de años.

Cuando su combustible estaba a punto de agotarse, para evitar que pudiera caer sobre alguna luna que, bajo la corteza de hielo quizás podría albergar Vida, se decidió dejarla caer en la atmósfera de Saturno.

El 15 de Septiembre de 2017, los ingenieros y científicos que la habían construido, dirigido y aprendido tato de ella, fueron emocionados testigos de su último viaje.

En mi opinión

Empezando por lo peor: Tyson presenta a los grandes genios de la astronomía como figurones, actores mudos a los que no se les da la palabra. Al contrario, Tyson se pone a ¡dar lecciones a Galileo! La verdad, me ha parecido de lo más pedante.

Igualmente, los ingenieros y científicos de la misión Cassini aparecen también como efigies mudas, sin mencionar siquiera sus nombres y sin que se les de la palabra para expresar su experiencia o sus sentimientos.

Entre ellos reconozco a Carolyn Porco y Jonathan Lunine, a los que ya he visto en otros documentales. Si os interesa, en los títulos de crédito aparecen los nombres de los ocho. Menos mal.

Se cargan mucho las tintas sobre el origen humilde, casi mísero, del hogar de la infancia de Kondratiuk, pero no es así. La madre era maestra de francés y el padre estudiante de física. Y su casa no era, desde luego, una choza como la pintan. En todo caso sí es cierto que les tocó vivir una época muy mísera.

Por lo demás, si queréis conocer mejor a este genio tan inmerecidamente desconocido, os recomiendo que leáis los enlaces adjuntos (como casi siempre, son mucho más completos los artículos en Inglés que en Español).

Y terminando por lo mejor: Si me gusta la Ciencia y me gusta la Historia, no puedo por menos que disfrutar cuando se cuenta la historia de grandes científicos y sus descubrimientos.

No dejéis de ver este documental. Vale la pena.

Ver Ficha de El Sacrificio de Cassini de la serie Cosmos: Otros Mundos

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