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Viking 1 y 2

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Sondas interplanetarias estadounidenses lanzadas en 1975 para el estudio de Marte, constituidas cada una de un orbitador en órbita alrededor del planeta, y de un módulo de aterrizaje.


Viking 1
Viking lander.jpg
Lander Viking
Viking 1 Orbiter. Otros nombres: 1975-075A, Viking-B Orbiter, Viking Orbiter 1, 08108
Viking 1 Lander. Otros nombres: 1975-075C, Viking-B Lander, Viking Lander 1, Thomas Mutch Memorial Station, 09024.
Lanzamiento: 20 de agosto de 1975 a las 21:22 UTC.

Exploración espacial marciana previa de la NASA

Marte fue visitado por primera vez por una sonda espacial, la Mariner 4, en 1965, transmitiendo imágenes muy localizadas y de poca calidad que dieron a entender que era un cuerpo muy craterizado similar a la Luna. Dado que la exploración realizada era muy limitada los Mariner 6 y 7 sobrevolaron de nuevo Marte fotografiando el 20% de la superficie y confirmando las observaciones de la Mariner 4, pero hubo algunas sorpresas y se intuyó que el resto del planeta que no fue cubierto por las sondas podría ser muy diferente.

La NASA, aprovechando una ventana de lanzamiento en 1971, durante una exposición perihélica lanzó las Mariner 8 y 9. Resultando fallido el lanzamiento de la primera, la Mariner 9 viajó con éxito al planeta rojo y fue la primera nave de la NASA en entrar en órbita en un planeta diferente a la Tierra. La Mariner 9 llegó en medio de una tormenta de polvo que borraba todos los rasgos distintivos del planeta, y tuvo que esperar a que ésta amainase para empezar su labor de reconocimiento.

La espera valió la pena ya que el Marte de la Mariner 9 resultó muy distinto al conocido anteriormente, geológicamente muy interesante y con una puerta abierta a que algún tipo de vida primitiva pudiera existir en la superficie.

Viking 2
Viking orbiter.jpg
Orbitador Viking
Viking 2 Orbiter. Otros nombres: 1975-083A, Viking-A Orbiter, Viking Orbiter 2, 08199.
Viking 2 Lander. Otros nombres: 1975-083C, Viking-A Lander, Viking Lander 2, Gerald Soffen Memorial Station, 09408.
Lanzamiento: 9 de septiembre de 1975 a las 18:39 UT.

Gestación de la Misión

En 1968 se proyectó la misión Viking a Marte. Las dos sondas gemelas 1 y 2 se dividían cada una en un orbitador y un aterrizador. Este último descendería a la superficie marciana para realizar varios experimentos entre los que destacaban tres experimentos biológicos (inicialmente eran cuatro, pero fueron reducidos a tres). La ventana de lanzamiento elegida fue la de 1973, pero un recorte presupuestario impidió su lanzamiento, que se pospuso hasta 1975.

El nombre inicial de la misión era Voyager (viajero) pero se creyó que era mejor reservarlo a las sondas que surcarían algunos años después el Sistema Solar exterior. Se eligió el nombre Viking (vikingo) en recuerdo de Leif Erikson que llegó hacia el año 1000 a las costas canadienses.

El proyecto fue muy caro y en unos tiempos en los que el presupuesto de la NASA era más amplio debido al Programa Apollo. Costó 3.500 millones de dólares de los antiguos, involucrando a 10.000 personas.

El cohete elegido para los lanzamientos fue inicialmente el Saturno I, pero la NASA decidió entonces que no había suficientes misiones para la línea de producción de este cohete. La segunda opción el enorme Saturno V resultaba muy caro y además su capacidad de enviar a Marte una carga de pago era de algo más de 30 toneladas, bastante más de lo que necesitaba la misión y fue rechazado por el congreso en 1967.

A pesar de la guerra de Vietnam todavía coleando y el programa Apollo absorbiendo gran cantidad de recursos, el tremendo éxito del Mariner 9 abría grandes expectativas para la exploración. El programa rebautizado como Viking consiguió fondos suficientes y se eligió la ventana de lanzamiento de 1975. Es cierto que algo tuvo que ver en la financiación del proyecto la rivalidad de las dos superpotencias en conseguir un aterrizaje en Marte con éxito. Los soviéticos estaban desesperados en conseguirlo, lo intentaron en 1971, 1973 y 1975 con sonoros fracasos, por lo que se abría ahora la carrera por Marte.

En el terreno puramente técnico se escogió un módulo de descenso de tres patas parecido al módulo lunar, existían algunas razones que aprobaban esta decisión pero se confió en un diseño probado. Los costes se dispararon al aumentar hasta un 16% la inflación por la crisis del petróleo y un 25% en el sector aeroespacial. Se desarrolló un nueva configuración del vector Titán 3-Centaur, un lanzador potente dado el considerable peso de los vehículos, unos 3.400 kg cada uno entre orbitador y aterrizador.

Otro de los problema fue incluir en un exiguo espacio de 1 pie cúbico (unos 28 litros de volumen) los experimentos biológicos, que fueron encargados a la empresa TRW, que finalmente resolvió este reto tecnológico, altamente complejo, no sin antes cuadruplicar el coste inicialmente presupuestado. El 20 de agosto y el 9 de septiembre de 1975 el Viking I y el Viking II fueron lanzados con éxito.

Los Lander (aterrizadores) estuvieron alimentados eléctricamente por generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), lo que alargó su vida útil prevista en un mínimo de 90 días, hasta el 13 de noviembre de 1982, en el caso del Lander 1 y hasta el 11 de abril de 1980 en el caso del segundo Lander.

Los cuatro experimentos biológicos fueron reducidos a tres, en detrimento del centrado en la dispersión de la luz. Los tres experimentos restantes se adecuaron a lo que se creía se podía encontrar como "vida". Descubrimientos posteriores en nuestro planeta han revisado los resultados que se obtendrían después. La misión Viking se dio por concluida en 1983. Los orbiters captaron 47.000 fotografías y los lander un total de 1.400.

Primera imagen de la superficie de Marte realizada por la Viking Lander 1 (NASA).

Fechas importantes en la misión

Instrumentación

  • Lander:
    • Cámara panorámica en color 360º
    • Sismómetro
    • Brazo robótico manipulador
    • Estación meteorológica: termómetro, barómetro, anemómetro
    • Paquete de instrumentos biológicos: espectrómetro de masas, cromatógrafo de gases
  • Orbitador Viking
    • Experimento de radio
    • Cámara visible
    • Detector de vapor de agua
    • Cartógrafo de infrarrojos

El propósito de los políticos era que la Viking I aterrizara en Marte, coincidiendo con el 4 de julio, fiesta nacional de los Estados Unidos ya que en 1976 se celebraba el bicentenario de la nación.

Los científicos fueron más cautos y mediante las imágenes mandadas por el orbiter trataron de asegurar un aterrizaje exitoso eligiendo la llanura Chryse posponiéndose para el 20 de julio de 1976 el primer aterrizaje marciano.

La Viking 2 obtuvo el mismo éxito algo después, al descender el 3 de septiembre satisfactoriamente. Únicamente se aprecia en las imágenes obtenidas por el segundo lander que el vehículo quedó algo inclinado al descansar encima de una piedra.

Óleo sobre lienzo del orbitador Viking soltando el módulo de descenso Lander. Obra de Don Davis para la NASA.

Sistema de descenso de los lander

  1. Separación del lander y el módulo de descenso
  2. El lander enciende sus propulsores de hidracina para abandonar la órbita
  3. El lander envía datos al orbiter para su posterior retransmisión a la Tierra
  4. Entrada en la atmósfera marciana y frenado aerodinámico protegido por escudo térmico hasta alcanzar 900 km/h
  5. Despliegue del paracaídas a 5.800 metros
  6. Separación del paracaídas a 1.400 metros, la velocidad disminuye hasta 230 km/h
  7. Disparo de los retrocohetes para disminuir la velocidad hasta 9,6 km/h
  8. Aterrizaje suave, los sensores de las patas apagan los motores

Resultados científicos de las misiones Viking

1. Experimentos biológicos

En el primero de ellos, se tomó una muestra de 0,1 g de terreno marciano en una cámara hermética y se introdujo en ella una mezcla de CO2 y CO, el carbono de estos compuestos era radiactivo para seguirle la pista.

Se le iluminó con una lámpara que simulaba las condiciones marcianas, salvo los letales rayos ultravioleta. Si había microorganismos marcianos transformarían estos compuestos carbonáceos en vapores orgánicos. Al cabo de 120 horas se calentaría la cámara para descomponer los presuntos microorganismos (pirólisis) que deberían desprender radiactividad.

El experimento en definitiva trataba de averiguar si la fotosíntesis se producía en Marte. El resultado fue positivo pues se detectaron emanaciones gaseosas de compuestos carbonáceos sugerían ser dióxido de carbono. Al calentar una muestra gemela no hubo dicha emisión.

En el segundo experimento se utilizó un caldo orgánico (llamado humorísticamente caldo de pollo) en la que se pretendía que los microorganismos hipotéticos emitieran CO2 como producto metabólico de desecho. También se empleaban aquí marcadores radiactivos. Se desprendieron compuestos carbonáceos radiactivos, pero en la muestra duplicada con un tratamiento de calor no hubo ningún resultado.

El tercer experimento, el del intercambio gaseoso, consistió en introducir un caldo rico en nutrientes orgánicos con marcadores de carbono radiactivos y vigilarlo durante 200 días en busca de metabolitos orgánicos como el metano. Se detectó el desprendimiento significativo de oxígeno y de dióxido de carbono con pequeñas variaciones en la cantidad de nitrógeno.

Los resultados fueron ambiguos y contradictorios, pero se descartó la presencia de vida cerca de la superficie pues sería rápidamente destruida por la radiación ultravioleta solar (en Marte no hay capa de ozono), por lo que se concluyó que de existir algún tipo de vida esta tenía que ser subterránea. Como la misión Viking no estaba diseñada para perforar en el suelo a una profundidad adecuada, esta incógnita debería ser aclarada por futuras misiones.

Tanto los resultados del primer y tercer experimento se han podido atribuir a procesos geológicos, lo cual no significa que no puedan ser resultado de la acción biológica. En el segundo experimento al calentar la muestra no detectó metabolitos tal vez porque el analizador químico no tenía una sensibilidad suficiente para detectarlos.

Tormenta de polvo en el lugar de amartizaje de Viking 1 (NASA).

2. Datos meteorológicos

  • Temperatura: las temperaturas registradas por ambos aterrizadores estuvieron casi siempre bajo cero, registrándose en Chryse (22,4º N) hasta -14º C de máxima y -77ºC de mínima a mitad de verano marciano. El Viking 2 (48º N) registró en Utopia unos -120º C de mínima, suficiente para depositar una capa de escarcha de CO2 todos los inviernos. Las temperaturas positivas fueron muy contadas.
  • La presión atmosférica seguía unos patrones estacionales, durante los inviernos de uno y otro hemisferio el casquete polar correspondiente crecía disminuyendo la presión a 6 o 7 hPa, alcanzándose en otras épocas del año hasta 10 o 11 hPa (el 1% de la presión terrestre a nivel del mar o la terrestre a 30 km de altura).
  • Composición atmosférica: 95,3% de CO2, 2,7% de N2, 1,6% de argón, 0,13% de oxígeno, 0,07% de CO (monóxido de carbono) y 0,03% de vapor de agua. La riqueza de isótopos pesados del nitrógeno y argón implica que la densidad atmosférica en el pasado era mucho mayor.
  • Estudio de los vientos: los vientos registrados por los aterrizadores fueron menores a lo esperado, siempre inferiores a 120 km/h. Se estudiaron más de una docena de tormentas de arena, incluyendo dos globales que se originaron durante el verano del Sur.

3. Estudios sismológicos:

El sismómetro del Lander 1 no funcionó, mientras que el del Lander 2 registró un suceso no atribuible a procesos sismológicos. Se concluyó que la actividad sísmica era muy débil.

4. Estudios cartográficos:

Desde los dos orbitadores se elaboró un mapa mucho más preciso de Marte, llegando a fotografiar el 97% de su superficie. Los increíbles rasgos orogénicos y volcánicos marcianos descubiertos por la Mariner 9, fueron recogidos con mucho más detalle.

5. Aspectos geológicos:

En Marte hay inequívocas huellas de erosión fluvial, y hay una fuerte evidencia de que el agua existió en el pasado. Así mismo se han descubierto volcanes apagados en escudo de los que el Mons Olympus se destaca como la cima más alta de Marte con 27.000 metros de altura. También se observa una inmensa herida en forma de enorme falla tal vez resultado de una gran colisión al otro lado del planeta, llamada Vallis Marineris. El casquete polar norte parecía más abundante en hielo de agua que el sur en el que predominaba el CO2 congelado. Existen canales en Marte, pero parecen más bien riachuelos serpenteantes, en forma de cauces secos muy diferentes de lo que imaginó Percival Lowell y totalmente invisibles desde la Tierra.

Phobos, satélite de Marte fotografiado por Viking 1 (NASA).

6. Estudio de los satélites marcianos:

Ambos orbitadores tomaron fotografías de alta resolución, tanto de Fobos como de Deimos, a los que se les supone son asteroides capturados por la gravedad marciana y con albedos en torno a 0,06. Mediante las aproximaciones a las dos lunas marcianas calculando el pequeño desplazamiento inducido por su gravedad se calculó la masa de Phobos en aproximadamente 10E16 kg y para Deimos 2 × 10E15 kg. Sabiendo aproximadamente sus superficies se calculan sus volúmenes respectivos y de ahí su densidad media que resulta de 1,9 g/cm³ para Phobos y 1,4 g/cm³ para Deimos. Son por tanto rocas muy poco densas y se ha llegado a especular que tengan una textura porosa.

Fobos gira alrededor de Marte en 7 h y 39 min con lo que visto desde el planeta hace el efecto de salir por el Oeste y ponerse por el Este. En realidad lo que sucede es que Fobos adelanta a Marte en su rotación. Marte está robando energía orbital a Fobos mediante sus mareas con lo que Fobos está acercándose más y más al centro del planeta. Ya se encuentra dentro del llamado límite de Roche. Este límite es de unos 2,46 veces el radio del planeta si tienen densidades similares. Un cuerpo que se halle dentro de este límite experimenta la fuerza de las mareas de forma diferencial en cada uno de sus extremos lo que provoca tensión estructural creciente que acabará disgregando el cuerpo. El que todavía no se haya roto es porque se trata de un cuerpo relativamente pequeño, por eso los satélites y sondas pueden orbitar dentro de este límite pues dadas sus reducidas dimensiones esta tensión estructural es despreciable, pero no en un cuerpo mayor, por lo que en un futuro tal vez en 50 millones de años, Fobos acabará desgarrándose en cuerpos menores y estos con el tiempo en rocas hasta formar en un futuro unos anillos oscuros.

Superficie de Marte fotografiada por Viking 1 Lander (NASA).

Las fotografías de Phobos muestran un cuerpo irregular de 27×22×19 km, con un cráter bastante grande proporcionalmente denominado Stickney de 11 km de diámetro. También son característicos unos surcos o cadenas de cráteres que tal vez puedan ser cráteres secundarios de grandes impactos sobre Marte. Phobos, como la Luna, siempre muestra la misma cara al planeta que orbita.

Deimos, más lejano de Marte, es algo más pequeño que su hermano (15×12×11 km) y también muestra la misma cara hacia el planeta. Las fotografías de alta resolución del orbitador Viking mostraron cráteres, pero los relieves son mucho más suaves que los de su hermano Phobos, tal vez porque los restos de impactos (astroblema), donde el polvo llamado regolita han rellenado en parte sus cráteres. Los satélites marcianos presentan idénticas características a los asteroides tipo C, como Hygeia de tipo Condrito Carbonáceo.

Referencias

Bibliografía

Notas