Missió Dawn: Els asteroides Ceres i Vesta, en detall

Dawn ha estat una missió de la NASA iniciada el 2007 i finalitzada el 2018, que ha assolit noves fites pel que fa a exploració espacial: Quan va entrar en òrbita al voltant de l’asteroide Vesta, Dawn es va convertir en la primera nau espacial a orbitar un asteroide a la zona on resideixen la majoria d’asteroides del sistema solar, el cinturó d’asteroides, entre Mart i Júpiter. Després de sortir de Vesta, el satèl·lit es va dirigir cap al planeta nan Ceres, convertint-se en la primera nau espacial que va visitar i després orbitar un planeta nan i la primera nau espacial en orbitar dos objectes extraterrestres.

Representació artística de la nau espacial Dawn orbitant el planeta nan Ceres.
(Credit / Font: NASA / astronomynow.com)

Però no va ser un viatge tranquil i plàcid. Al llarg del camí, la nau espacial va perdre tres dels quatre volants de reacció que la mantenien orientada a l’espai. Tot i això, Dawn va concloure amb èxit la seva missió principal d’estudiar ambdós objectius extraterrestres. Dawn es va quedar sense combustible l’1 de novembre de 2018, però la nau espacial continuarà orbitant Ceres durant 50 anys més.

“Avui celebrem el final de la missió Dawn: els seus increïbles èxits tècnics, la ciència vital que ens ha donat i tot l’equip que ha permès a la nau espacial fer aquests descobriments”, va dir Thomas Zurbuchen, administrador associat de la Direcció de Missió Científica de la NASA, en un comunicat quan va acabar la missió. “Les sorprenents imatges i dades que Dawn va recollir a Vesta i Ceres són fonamentals per comprendre la història i l’evolució del nostre sistema solar”.

Vesta i Ceres, comparats
L’asteroide gegant Vesta es mostra aquí com el cos més petit entre altres cossos similars del sistema solar: Mart, Mercuri, la lluna de la Terra i el planeta nan Ceres.
(Crèdit / Font: NASA/JPL-Caltech/ UCLA / space.com)

Fora d’aquest món

Dawn es va llançar des de Cap Canaveral, Florida, el 27 de setembre de 2007. Després de recórrer 2.800 milions de kilòmetres, la nau espacial va arribar a l’asteroide Vesta el 16 de juliol de 2011. Dawn va passar gairebé un any en òrbita al voltant de Vesta, el segon objecte més gran del cinturó d’asteroides, capturant imatges que sobrepassaven la imaginació de tothom: cràters, canons i fins i tot muntanyes. El 5 de setembre de 2012, Dawn va sortir de Vesta i va començar el seu camí cap al planeta nan, Ceres, després d’haver recorregut un total de 4.900 milions de kilòmetres al llarg de la seva trajectòria orbital al voltant del Sol des del seu llançament des de la Terra. Dawn ens va mostrar un criovolcà i misterioses taques brillants, que els científics més tard van trobar que podrien ser dipòsits de sal produïts per l’exposició a l’exterior de líquid salobre de l’interior de Ceres. A través dels ulls de Dawn, aquests punts lluminosos eren especialment impressionants, brillants com diamants escampats a la superfície del nan.

El 6 de març de 2015, Dawn va entrar en òrbita al voltant de Ceres. Ceres és, de lluny, l’objecte més massiu del cinturó d’asteroides entre Mart i Júpiter, amb una massa prop d’un terç de la massa total del cinturó. La seva massa i la forma esfèrica el qualifiquen de planeta nan. A diferència d’un planeta de mida completa, un planeta nan és un objecte prou massiu perquè la seva pròpia gravetat li hagi donat forma esfèrica, però massa lleuger per haver pogut expulsar de la seva òrbita altres objectes més petits a través de les seves pertorbacions gravitatòries. Dawn va ser la primera missió a arribar a un planeta nan; la missió New Horizons de la NASA va arribar a Plutó només uns mesos després (New Horizons va ser llançada abans que Dawn, però va realitzar un recorregut molt més llarg).

Impulsada per un sistema de propulsió iònica, la nau espacial trigaria quatre dies a passar de 0 a 97 km / h a la màxima acceleració que pot assolir. La força de cada motor és només com la que es necessita per arrugar un paper amb la mà. Amb el pas del temps, però, i amb l’absència total de fricció a l’espai, aquesta petita força produeix un canvi de velocitat que va sumant. Els motors iònics tenen el gran avantatge que necessiten molt menys fuel per produir un cert canvi de velocitat comparat amb els coets químics, gràcies a la més gran velocitat a la qual els ions són expulsats pel motor comparat amb els gasos d’una reacció química. El 2010, Dawn va superar el rècord anterior del canvi de velocitat assolit per un motor iònic que tenia el Deep Space 1 de la NASA, quan el seu canvi de velocitat acumulat va superar els 4,3 km per segon.

“Estic encantat que sigui Dawn qui superi el rècord de DS1”, va dir Marc Rayman, l’enginyer en cap de la missió Dawn i anterior responsable de projectes per a Deep Space 1, en un comunicat. “És un homenatge a tots els implicats en el disseny i les operacions d’aquesta notable nau espacial”.

Representació artística de la nau espacial Dawn en ple vol.
(Credit / Font: NASA / space.com)

Explorant Vesta

La primera parada de Dawn va ser Vesta, un asteroide rocós i el segon habitant més gran del cinturó d’asteroides. Les imatges captades per Dawn van permetre als científics descobrir el paisatge geològic “exòtic i divers” de Vesta. Els investigadors van utilitzar dades recollides per Dawn per a recopilar el primer mapa de l’asteroide, que té una amplada de 530 km.

L’equip d’investigació de Dawn va descobrir que Vesta té una estructura en capes com la Terra. La nau espacial també va revelar que Vesta té un nucli substancial de ferro i níquel, igual que Mercuri, la Terra i Mart. El nucli constitueix al voltant del 18 per cent de la massa total de Vesta. La superfície és completament basàltica, un tipus de lava congelada, i l’asteroide va tenir en el passat un camp magnètic.

Dawn també van confirmar que Vesta és la font dels meteorits howardita-eucrita-diogenita (HED) trobats a la Terra i a Mart. Els HEDs provenien probablement d’una conca d’impacte que l’equip de Dawn va anomenar Rheasilvia. La conca té una antiguitat de mil milions d’anys i es va formar a partir d’una col·lisió massiva que va eliminar la major part de l’hemisferi sud de l’asteroide. Amb un diàmetre de 500 km de diàmetre, Rheasilvia és gairebé tan gran com la mateixa Vesta.

“Probablement Vesta va estar a punt de trencar-se”, va dir Rayman el 2012.

Les investigacions de Dawn també suggereixen que Vesta pot amagar gel sota la seva superfície. Originalment, els científics sospitaven que la rugositat a la superfície de l’asteroide provingués d’impactes, però les dades de Dawn suggereixen que algunes d’aquestes característiques són causades pel gel enterrat a la superfície.

“Suggerim que les modificacions de la superfície mitjançant la fusió del gel enterrat podrien ser responsables d’haver suavitzat aquestes zones”, va dir Essam Heggy, un científic planetari de la Universitat del sud de Califòrnia a Los Angeles. “El gel enterrat hauria pogut sortir a la superfície després d’un impacte, que va fer que el gel escalfat es fongués i viatgés a través de les fractures fins a la superfície”.

Els resultats indiquen que el gel podria haver tingut un paper més important en la conformació de Vesta del que es pensava abans.

“Vam anar a Vesta per omplir els buits en el coneixement sobre la història inicial del nostre sistema solar”, va dir Christopher Russell, investigador principal de Dawn en un comunicat.

“Dawn ha omplert aquestes pàgines i molt més, revelant-nos com d’especial és Vesta com a supervivent dels primers dies del sistema solar. Ara podem dir amb certesa que Vesta s’assembla a un planeta petit més que a un asteroide típic.”

L’estructura interna de Vesta
Amb les dades aportades per la missió Dawn s’ha demostrat que Vesta té un nucli de ferro-níquel de 110 km de radi, cosa que suggereix que Vesta es va fondre completament en els seus inicis, permetent que el ferro s’enfonsés per formar el nucli i produir una escorça basàltica.
(Crèdit / Font: NASA/ JPL-Caltech / space.com)
Vista completa de Vesta
La muntanya elevada del pol sud, més del doble de l’alçada del Mont Everest, és visible a la part inferior de la imatge. El conjunt de tres cràters coneguts com el ninot de neu es pot veure a la part superior esquerra.
(Crèdit / Font: NASA/JPL-Caltech/UCAL/MPS/DLR/IDA / space.com)

La ciència de Ceres

Si bé Vesta és rocós, Ceres és sorprenentment gelat. Abans de l’arribada del Dawn, els científics estimaven que l’aigua podia constituir fins a una quarta part del planeta nan, tot i que aquesta aigua es trobaria sota la superfície. Les observacions realitzades pel Telescopi Espacial Hubble van revelar un núvol de vapor que va suggerir que el planeta nan es podria estar degradant, tot i que Dawn no va detectar senyals forts d’aquesta activitat.

A la superfície, Ceres apareix relativament monòton. A banda d’uns quants cràters, l’única característica destacada és una sola muntanya, Ahuna Mons. Els investigadors van sospitar que la muntanya era un criovolcà, que va expulsar gel en lloc de lava calenta. Estudis posteriors van revelar que, encara que la veiem com una “muntanya solitària” avui, podria haver tingut companys en el passat. Fetes de gel, aquestes muntanyes poden haver fluït lentament fins a desfer-se completament.

“Creiem molt possible que hi hagi hagut molts criovolcans a Ceres, però s’han deformat”, va dir l’investigador de l’equip del Dawn Michael Sori de la Universitat d’Arizona a Tucson en un comunicat.

El mateix destí pot esperar al solitari volcà. “Ahuna Mons té com a màxim 200 milions d’anys. No ha tingut temps de deformar-se”, va dir Sori.

Vista lateral de l’Ahuna Mons a Ceres, presa el desembre del 2015 per la nau Dawn a una distància de 385 km de la superfície de Ceres. L’alçària mitjana de la muntanya és de 4 km, amb un pic de 5 km. El seu diàmetre es d’aproximadament 20 Km.
(Crèdit / Font: NASA / JPL-Caltech / UCLA / Institut Max Planck d’Estudis del Sistema Solar / Centre Aeroespacial Alemany / IDA / Institut de Ciències Planetàries / wikipedia.org)
Aquesta foto de Ceres i un dels seus paratges més emblemàtics, Ahuna Mons, va ser una de les últimes visions que la nau espacial Dawn de la NASA va transmetre abans d’esgotar la seva hidrazina restant i acabar la seva missió. Aquesta visió, orientada al sud, va ser capturada l’1 de setembre de 2018 a una altitud de 3.570 km, a mesura que la nau espacial ascendia a la seva òrbita el·líptica.
(Crèdit / Font: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA / space.com)

“Això era una cosa que no ens esperàvem”, va dir Russell. “Els carbonats són una indicació molt clara dels processos que ara creiem van tenir lloc a l’interior, cosa que el fa més terrestre, ja que pot modificar la química al seu interior.” Des de la distància, Dawn va veure punts lluminosos que aviat es van revelar com a més de 130 paratges brillants, la majoria lligats a cràters. Inicialment identificats com a sal Epsom, els paratges brillants van resultar ser sals carbonatades, que només es formen en presència d’aigua. Com que l’aigua s’evapora gairebé immediatament a la superfície del planeta nan, el descobriment de carbonats va suggerir que hi havia líquid sota l’escorça del planeta nan.

El gel que flueix que va formar Ahuna Mons i la presència de sals suggereixen que hi va haver un antic oceà sota l’escorça de Ceres.

“Creiem que aquests punts brillants són un senyal que Ceres va tenir en el passat un oceà subterrani global”, va dir Lynnae Quick, geòloga planetària de la Smithsonian Institution de Washington, D.C.

L’oceà pot continuar alimentant l’activitat a Ceres avui.

“És possible que encara surti salmorra a la superfície”, va dir Nathan Stein, científic planetari de l’Institut Tecnològic de Califòrnia a Pasadena. “És certament intrigant.

Dawn va descobrir els cèlebres dipòsits de carbonat de sodi al cràter Occator i en altres llocs de Ceres que indica l’activitat hidrotermal, reforçant la idea que els planetes nans podrien haver allotjat dipòsits d’aigua sota la superfície en el passat llunyà.
(Crèdit / Font: NASA / astronomynow.com)

“Els investigadors també van veure argiles riques en amoníac al planeta nan. L’amoníac es troba amb més freqüència al sistema solar exterior. El material podria haver estat lliurat a Ceres per cometes, o la seva presència podria ser una indicació que el planeta nan s’hagués format al sistema solar exterior, i posteriorment hagués migrat fins a la seva òrbita actual.

Una altra de les grans revelacions de Dawn sobre Ceres es troba a la regió del cràter Ernutet. Es van trobar molècules orgàniques en abundància. Els compostos orgànics són els elements fonamentals de la vida, tot i que les dades de Dawn no poden determinar si els de Ceres s’han format mitjançant processos biològics.

“Hi ha una evidència creixent que els compostos orgànics a Ernutet provenien de l’interior de Ceres i en aquest cas podrien haver existit durant algun temps a l’oceà interior”, va dir Julie Castillo-Rogez, científica del projecte de Dawn i investigadora adjunta principal de JPL.

Aquests i altres descobriments de Dawn han revelat que Ceres és un món ric i en evolució.

Vista d’una part de l’hemisferi nord del planeta nan Ceres, que inclou les dades del recompte de neutrons preses per l’Instrument Detector de Rajos Gamma i Neutrons (GRaND) a bord de la nau espacial Dawn. El blau indica el recompte de neutrons més baix i, a l’altre extrem de l’escala, el vermell indica el recompte de neutrons més alt.
(Crèdit / Font: NASA/JPL-Caltech/UCLA/ASI/INAF / space.com)

Dawn: Últim acte

Tot i que la nau espacial està sense combustible, Dawn continuarà orbitant Ceres durant dècades. Donat que Ceres té condicions d’interès per als científics que estudien la química que condueix al desenvolupament de la vida, les regles de protecció planetària exigeixen que passin almenys 20 anys abans que la nau espacial es faci caure al planeta nan, per reduir les possibilitats de contaminació. A diferència de la sonda Cassini, que es va submergir deliberadament a l’atmosfera de Saturn per protegir el sistema de la contaminació, Dawn romandrà en òrbita al voltant de Ceres, que no té atmosfera, durant almenys 50 anys.

Els descobriments aconseguits gràcies a la missió Dawn reforcen la idea que els planetes nans, no només les llunes glaçades com Encèlad i Europa, podrien haver hostatjat oceans durant la seva història, i que encara podrien fer-ho. Les anàlisis de les dades de Dawn suggereixen que encara pot haver-hi líquid a la superfície de Ceres i que algunes regions han estat actives geològicament fins a una època relativament recent, alimentant-se d’embassaments interiors.

(Crèdits / Font: Nola Taylor Redd; Elizabeth Howell / space.com; astronomynow.com)

Comparteix!

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Informació básica sobre protecció de dades:El responsable del processament és Agrupació Astronòmica de Terrassa. Les dades seran processades per gestionar i moderar els teus comentaris. La legitimació de processament és el consentiment de l'interessat. No es transferiran dades a tercers, llevat d'obligació legal. Teniu dret a accedir, rectificar i esborrar dades, així com altres drets, com s'explica a política de privadesa.