Misión NASA-DART: el lunes se producirá la primera carambola cósmica provocada por el ser humano... y también el primer cambio de look de un objeto celeste

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El lunes 26 de setiembre será un día glorioso para la astronomía y, por qué no, para toda la humanidad. Si todo sale bien, a unos diez millones de kilómetros de nuestro planeta, por primera vez se habrá logrado alterar la órbita de un objeto celeste. Tal es la misión de la sonda de la NASA llamada DART, por Double Asteroid Redirection Test o, en español, Prueba de Redireccionamiento de un Asteroide Doble. Podrán preguntarse qué necesidad tenemos de andar cambiándoles la órbita a los asteroides que surcan el cosmos, pero les aseguro que no se trata de una mera exhibición de ego y prepotencia antrópica.

Hace 66 millones de años hubo un día que quedó marcado a fuego en nuestro planeta. Un asteroide de unos diez kilómetros de diámetro impactó cerca de donde hoy es Yucatán, México. Tal fue la magnitud de la colisión, que hubo una devastación global. Las extinciones masivas de distintas formas de vida incluyeron la desaparición casi total de los dinosaurios e implicaron el inicio de la proliferación de los mamíferos. Pero el que hierro mata a hierro muere: beneficiados por un cataclismo cósmico, no podemos evitar pensar que algo así puede volver a suceder. Según los astrónomos, las colisiones con asteroides de decenas de kilómetros pueden darse cada 100 o 200 millones de años. Falta lo suficiente como para no preocuparse demasiado: seguro que para ese entonces o ya no estamos o somos otra cosa.

El asunto es que el estudio de lo que en inglés se llaman NEO, por Objetos Cercanos a la Tierra, nos borra de un plumazo tal tranquilidad. Se estima que hay unos 20.000 asteroides de entre 25 y 160 metros de diámetro que, de colisionar con la Tierra, dejarían cráteres de entre uno y dos kilómetros y provocarían muertes masivas si cayeran en zonas pobladas. La frecuencia de colisión de estos asteroides es de uno cada 25.000 años. Objetos menores, de entre cuatro y 25 metros, si bien por lo general explotan en el aire, son capaces de causar daños muy extendidos en zonas pobladas. Y de esos, que tengan órbitas cercanas a la Tierra, hay unos cinco millones y presentan una frecuencia de caída de uno cada 100 años.

A diferencia de los galos de la aldea de Ásterix, que, impotentes, temían que el cielo cayera sobre sus cabezas, hoy podemos hacer un poco más que cruzar los dedos para que justo las probabilidades de caída de un asteroide no coincidan con las pocas décadas en las que vivimos. La Academia Internacional de Aeronáutica viene realizando desde hace casi una década la Conferencia de Defensa Planetaria. ¿Qué es eso? ¿Otra vez la idea de militarizarlo todo como en una pesadilla de la era Reagan? No.

Dado que sabemos que hay NEO que podrían colisionar con la Tierra, en esas conferencias investigadores de todas partes del mundo discuten las posibles formas de desviar los asteroides que causarían una angustiante destrucción de nuestro hogar y la pérdida de millones de vidas. Las alternativas más firmes hoy son el desvío mediante una explosión nuclear, el uso de un remolcador que, tras atrapar al asteroide, lo arrastra hacia otra órbita, el tractor gravitacional, que intenta desviar la trayectoria mediante la atracción gravitatoria, la ablación solar, estrategia que busca calentar el objeto para que emita gases que, cual jets, lo propulsen y cambien su dirección, y el impacto cinético, un objeto que impacta con el asteroide y, como en una carambola, lo desvía. Esta última estrategia es la que pondrá a prueba el lunes la misión DART. Y entre el equipo internacional de científicos que piensa el problema está Gonzalo Tancredi, del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República.

Tras haber sido uno de los responsables de plantear la moción de cambiar el estatus de Plutón, dejándolo afuera del selecto grupo de planetas del sistema solar, Tancredi, el único latinoamericano en este equipo internacional de DART, otra vez se cuela por la puerta grande de la astronomía. Así que, cual sonda espacial, salimos veloces a su encuentro.

En antiacné: atraído por los granos

A unas 26 veces la distancia que nos separa de la Luna se encuentra en estos días un asteroide curioso. Se llama Didymos, fue descubierto en 1996 y, con sus 780 metros de diámetro, era uno más de los casi 1.000 objetos de entre 160 y 1.000 metros de diámetro que los astrónomos seguían porque podría ser potencialmente peligroso. Tiempo después se descubrió que Didymos no estaba solo: a su alrededor tenía un satélite de 160 metros de diámetro, al que llamaron Dimorphos. Ser un sistema binario tampoco alcanzaría para llevar a la dupla de asteroides a la primera plana de los medios. El asunto es que el pequeño Dimorphos será el blanco del primer intento de desviar un cuerpo celeste que ensayará la humanidad. ¿Cómo llega Gonzalo Tancredi a estar implicado en esta histórica misión? Por los granos y las conferencias, no de dermatología, sino de defensa planetaria.

“Todo esto viene bastante de antes, llevo años trabajando en la física de los medios granulares”, dice Tancredi. “De cierta forma diría que la misión japonesa Hayabusa, que visitó al asteroide Itokawa en 2005, me cambió la cabeza”, dice. Las imágenes que se obtuvieron lo conmocionaron. “Antes uno tenía la idea de que un asteroide es una gran roca viajando en el espacio. Cuando la sonda japonesa visitó este asteroide de tan sólo 500 metros de largo, lo que se encontró fue que estaba conformado por una cantidad de pedruscos, era como una gran pila de arena y pedregullo”, grafica.

Ante esto, Tancredi se puso a trabajar. “Comenzamos a hacer estudios sobre procesos que ocurren en los medios granulares que permitieran explicar algunas características de la superficie de estos asteroides. En particular estuvimos trabajando bastante en lo que se llama el efecto nueces de Brasil”, cuenta. “Es un efecto muy conocido en la vida real. Si colocás en un balde arena y pedregullo y lo agitás, te queda la arena abajo y el pedregullo arriba. El nombre del efecto viene porque en algunos bares de Brasil se sirven nueces de Pará junto con maníes, y al rato quedan los maníes abajo y las nueces arriba”, explica.

Newton pensó en la dinámica de los cuerpos celestes al ver caer una manzana. Más divertido es pensar qué pasa en los asteroides haciendo una picada en un bar. ¿Qué tiene que ver el efecto de las nueces de Brasil con estos cuerpos celestes pequeños? “Como los asteroides no son objetos esféricos, sino que son objetos deformados, uno de los trabajos que hicimos fue correlacionar las zonas con partículas más pequeñas, tipo arena, que estarían en la parte más central del asteroide, y en los extremos habría rocas de mayor tamaño”, dice. La física de los medios granulares aportaba entonces a conocer los asteroides. Y Tancredi hace años que venía participando en las reuniones de la Comisión de Defensa Planetaria. Y ambas cosas están relacionadas.

“Una de las cosas que he planteado en varias presentaciones en esas conferencias es la diferencia que puede haber entre intentar desviar un asteroide monolítico y uno que es un aglomerado”. Su planteo fue bien recibido. Así que hubo más trabajo: “Entonces comenzamos a trabajar en dos líneas en paralelo. Por una parte, en simulaciones numéricas de todo este proceso, y, por otra, montamos en el segundo subsuelo de la Facultad de Ciencias un laboratorio experimental, en el que nos dedicamos al estudio de procesos en medios granulares”. Cuando lo dice uno se imagina un laboratorio de física cualquiera, si bien eso ya es raro cuando hablamos de astronomía. Sin embargo, una vez más la realidad supera a la ficción.

Defensa planetaria y porte de armas

Tancredi muestra una foto insólita. Está parado en un andamio. En sus manos tiene una pistola. Apunta a una caja que está bajo sus pies. La escena parece salida de una serie como Breaking Bad. ¿Qué tan literal es eso de defensa planetaria? “En el laboratorio tenemos pistolas y rifles, entre otro tipo de cosas”, dice riendo. Pero hay una explicación.

“En la caja a la que apunto hay microesferas de vidrio. Disparamos a esa caja y analizamos la propagación de la onda sísmica generada por el impacto mediante una serie de sensores de aceleración y presión”, nos alivia. También alivia que para sus experimentos no tenga que tener porte de armas. “Son pistolas de aire comprimido o de pistón que hemos comprado con dineros de proyectos de la facultad”, dice. “La anécdota en la facultad es que cuando las pedimos era la primera vez que el departamento de compras llenaba el ítem Armas en su pedido”. Tancredi entonces no anda calzado. No en ese sentido al menos: sí anda alto del piso, su ciencia no deja de pensar en los asteroides.

“Hay muy poca gente haciendo este tipo de experiencia de laboratorio con aplicaciones para la astronomía. Eso es como una novedad”, dice Tancredi, con lo que su imagen armado y disparando en un laboratorio se vuelve aún más asombrosa. “Soy un astrónomo que, además de una cantidad de cosas, de observar y hacer simulaciones, me meto en un laboratorio de física típico a hacer experiencias, algo que no es muy común”, dice satisfecho del trabajo que realiza en el laboratorio junto a Thomas Gallot y a las simulaciones en colaboración con Sergio Nesmachnow, del Instituto de Computación de la Facultad de Ingeniería.

Armando cocoa

Tancredi ha participado en dos trabajos recientes específicamente relacionados con la misión DART. El primero se llama “Predicciones previas al encuentro de DART del comportamiento de eyección y observabilidad” y el otro, aún en versión preprint y en vías de ser publicado, “Levantamiento de polvo eyectado a baja velocidad producido en el experimento DART y producción de una nube de polvo”.

“Hicimos primero el trabajo de predicción y después, en ese segundo trabajo que terminamos ahora, damos un poco el fundamento de por qué pensamos que estos procesos iban a ser relevantes”, comenta. En ese segundo artículo los disparos y las simulaciones sobre la propagación de ondas cobran especial relevancia para la misión DART.

“Nosotros consideramos que al momento del impacto va a producirse inicialmente lo que llamamos el cráter, va a haber una eyección de materiales que saldrán despedidos a relativamente alta velocidad, capaz que a velocidades de varios metros por segundo o de varias decenas de metros por segundo”, dice Tancredi. Sin embargo, como dejó claro en el seminario “Jugando al billar cósmico”, la velocidad de escape para abandonar el asteroide Dimorphos es bastante baja. “Sí, de 0,1 metros por segundo. Entonces el tema es que a esa velocidad lenta, que es algo que todos podemos hacer, mover diez centímetros un objeto en un segundo, planteamos que cualquier vibración que haya en la superficie logrará expulsar material”, dice.

“Y ahí aparece lo que yo denominé el efecto cocoa, que parte también de una experiencia cotidiana, en este caso de preparar la cocoa para mis hijos. Si se cae y se golpea levemente la lata con cocoa, sale una nube de polvo. Lo que está sucediendo es que una vibración que hay en la base se propaga en todo el medio y las partículas que están arriba salen despedidas. Con la gravedad tan alta de la Tierra, eso inmediatamente cae”. Pero eso no será lo que suceda cuando la sonda DART golpee a Dimorphos. “Si hacés vibrar el suelo de un asteroide, se eyectarán partículas que van a salir a velocidades posiblemente superiores a la velocidad de escape, van a escapar y eso va a formar como una nube que va a ir desplazándose lentamente”, pronostica con base en su trabajo.

“A su vez hay que considerar otro efecto, que es el que la presión de radiación solar ejerce sobre las partículas pequeñas, como que las va soplando”, agrega. Esa radiación que menciona es la que ha llevado al desarrollo de velas solares que impulsan, por ejemplo, a algunas sondas. “La presión de la radiación solar va a ir dispersando esa nube. Y esa nube va a formar una pequeña cola”, dice Tancredi. Él lo dice muy pancho, pero sería la primera vez que un asteroide se disfrazaría de cometa debido a la mano del ser humano.

Un asteroide drag

“Un asteroide, a diferencia de un cometa, es un objeto inerte, no tiene sublimación de hielo. Los cometas son los que tienen una cabellera o coma, una nube de gas y polvo, y después una cola”, distingue. “La cola se forma porque el hielo que se sublima pasa a la fase gaseosa, eleva polvo, y con él el polvo queda arrastrado. Pero eso no ocurre en los asteroides. Sin embargo, hemos visto asteroides que cada tanto presentan como unas colas y una nube de polvo alrededor y ha estado muy discutido cuál es la razón de eso”, sostiene.

Para Tancredi, el efecto cocoa, sumado a lo que hablaba de la velocidad de escape, podría tener algo que ver. “Lo que nosotros pensamos es que la razón pueden ser impactos que producen la eyección de partículas a muy baja velocidad. Si salieran muy rápido se dispersarían muy rápidamente y no veríamos nada, pero si salen a muy baja velocidad forman como esa nube de polvo o coma y después una cola”.

Le digo entonces que DART sería la primera intervención humana que le cambiaría la fisonomía a un cuerpo celeste. Dimorphos será el primer asteroide travestido: si las predicciones de Tancredi y sus colegas son correctas, al verlo en los telescopios luciría como un cometa. Tancredi ríe. Como pisamos aguas resbaladizas –bastante complicadas están las cosas aquí en la Tierra para que se reconozcan las identidades de género como para agregar ahora a los cuerpos celestes–, él medita sobre el concepto.

“Más bien sería un drag asteroid”, dice ya como probando cómo suena en el idioma en el que se comunica la ciencia. Es cierto, es más acertado: las personas drag se visten o maquillan en ocasiones para hacer una performance o entretener, sin que eso tenga necesariamente que ver con identidades de género. El asteroide se verá maquillado de cometa por el impacto de la sonda DART, el tema de su identidad es otro cantar.

En la astronomía no se meten en estos bailes. “Se habla de objeto transicional. En el artículo el término que se utiliza es ‘asteroides activados’. Y a mí no me gusta ese término porque justamente no es que el asteroide tenga actividad”, dice Tancredi.

Para él y otros astrónomos, no hay un cambio de estado. El asteroide no se activa para pasar (o transicionar) a ser un cometa con cola. Sigue sin sublimar gases. Sólo cambia su aspecto por un momento (¡es un asteroide drag!) debido a un impacto que, por el efecto cocoa y demás, levantará una nube de polvo que formará una cola temporal. Se verá como un cometa sin serlo. Y DART sería la primera vez que los humanos lograrán –si todo sale bien– este cambio de look de un asteroide, que naturalmente se dan dos por tres debido a las colisiones que tienen con otros objetos que andan por allí en el espacio.

“La sonda tiene unos 550 kilogramos y es más o menos un cubito de unos 130 centímetros de lado. Si fuera una roca sería una relativamente pequeña, de las que hay varias decenas de millones en el espacio, y más en el cinturón de asteroides del sistema solar. Entonces ese tipo de colisiones no es que sean frecuentes, pero se dan, de manera que hemos observado varios de estos asteroides activados”, cuenta.

“En el último artículo que mandamos justamente resaltamos que, más allá de que el objetivo de la misión es probar el desvío de un asteroide, la experiencia nos va a servir porque estamos generando un asteroide activado artificialmente y podremos observar qué es lo que pasa desde el momento del impacto”, dice esperanzado.

“En el caso de los asteroides activados naturalmente los hemos visto semanas o meses después. En ellos suponemos que hubo un impacto, pero no estamos seguros de qué es lo que les ocurrió. En este caso sabemos lo que va a ocurrir, conocemos la masa de los objetos que impactan, las velocidades”, agrega.

Granos, cálculos y desvío

Hay otra cosa relevante para el éxito de DART que tiene que ver con la línea de investigación sobre medios granulados. Si se pretende impactar a un asteroide para desviarlo y ese asteroide en lugar de ser un objeto macizo está compuesto por arena y pequeñas rocas, se requieren otros cálculos para prever qué va a suceder. Al efecto de cómo se eyectará el material de Dimorfos y afectará a las fuerzas del impacto lo denominan factor beta.

“Desde el punto de vista del objetivo de la defensa planetaria, lo importante es determinar la eficiencia de la transferencia del momento lineal”, cuenta Tancredi. “El momento lineal es muy sencillo de entender, es la multiplicación de la masa por la velocidad de un objeto. Entonces vamos a tener una sonda espacial, que sabemos su masa y velocidad al momento del impacto, que al chocar con otro objeto va a transferir parte de ese momento lineal al asteroide, como sucede en una carambola, y lo que queremos ver es cuánto de ese movimiento lineal se transfiere”, explica, mostrando que es un buen docente.

“Si el choque es inelástico, esa transferencia sería igual a uno, es decir, todo el momento lineal se transfiere de la sonda al asteroide. Pero también puede ser menor o mayor, dependiendo de qué parte de ese momento lineal se la lleven los materiales eyectados por el impacto”, plantea. “Si el material eyectado sale en la dirección contraria a la que trae la sonda, ahí vamos a tener una contribución positiva y la eficiencia de la transferencia va a ser mayor. Esa sería la situación óptima, porque en definitiva uno con una masa más pequeña logra mayor eficiencia al desviar y cambiar la velocidad del asteroide”, dice.

Sin embargo, por su constitución granular, también podría suceder que la sonda eyecte material hacia adelante, lo que generaría una fuerza contraria a la que uno busca para modificar la trayectoria del asteroide. “También se puede dar que salga material en varias direcciones”, complejiza. Y entonces observando qué sucede hay mucho para aprender sobre cómo desviar este tipo de objetos. Si en lugar del primer escenario, en el que el material se eyecta sólo hacia atrás, suceden los otros, se precisarán sondas más grandes para lograr el efecto deseado.

“Se abre una cantidad de interrogantes. La primera en realidad es que la sonda DART va a impactar y lo único que vamos a tener son imágenes hasta unos segundos antes del impacto”, adelanta. Al colisionar la sonda con Dimorphos, ya no habrá forma de que envíe imágenes por la sencilla razón de que no habrá antena ni circuitos o memorias que contengan los 0 y los 1 de fotos o videos. Se estima que las últimas imágenes que lograrán ser enviadas se habrán registrado tres o cuatro segundos antes del impacto.

“El otro problema que presenta esta idea de la nube de polvo es que, como la eyección de las partículas es a muy baja velocidad, podría llevar varios días, quizás hasta más de una semana, en que se disperse esa nube, y entonces eso afectará cómo vamos a medir cuánto se desvió el asteroide”, confiesa.

“Este sistema binario de Didymos-Dimorphos tiene la particularidad de tener eclipses mutuos. Nosotros desde la Tierra no vemos los dos objetos separados, vemos solamente el brillo conjunto”, describe. Cuando ambos asteroides están separados el brillo de ambos se suma y lo percibimos más brillante. Cuando el satélite pasa por delante de Didymos, ese brillo es menor, y cuando lo hace por detrás, el brillo disminuye aún más.

“Esa variación del brillo con el tiempo nos permite medir la secuencia de eclipses y poder saber el período de traslación de Dimorphos en torno a Didymos con mucha precisión. Si nosotros logramos desviar Dimorphos, va a cambiar ese período. Entonces lo que hay que hacer es observar el sistema y medir el período de los eclipses”, dice Tancredi. “Pero si tenemos la nube de polvo ahí molestando y abrillantando todo el sistema, no vamos a poder medir el brillo hasta quizás una o dos semanas después del impacto”, teme.

En vivo

“Va a haber una transmisión de la NASA que la va a poder ver cualquier persona a través de Youtube y otros medios. Esa transmisión va a ser en inglés y en hora de Uruguay irá desde las 19.00 hasta las 20.30. El impacto va a ser 20.14, y apenas se produzca se termina la transmisión. Lo último que se va a ver es la confirmación de los ingenieros diciendo que no tienen más comunicación con la sonda”, cuenta Tancredi. Si la transmisión de imágenes de la sonda continúa... es que fallamos. Le erramos al billar cósmico.

Será un evento histórico: la primera vez que los seres humanos logran alterar la trayectoria de un cuerpo natural del cosmos. No será, sin embargo, la primera vez que le pegamos a uno. “Por ejemplo, hay un antecedente en 2005 con la misión de la NASA Deep Impact, que impactó contra un cometa bastante más grande, de entre cinco y siete kilómetros de diámetro”, dice Tancredi. Pero en el caso de Deep Impact no se buscaba cambiar su trayectoria.

Por otro lado, también será histórico si se produce la cola y el asteroide drag se ve por un tiempo como un cometa. Algo que ya sucede en algunos asteroides ahora se daría por gracia de la inteligencia humana.

“Esta misión no está dentro de las misiones científicas o de investigación de la NASA, está bajo la órbita de la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria. El objetivo entonces es más técnico o tecnológico, de poner a prueba la técnica de desvío de asteroides”, describe Tancredi. “Sin embargo, también vamos a aprender algo en cuanto a este tema de las diferencias o similitudes entre asteroides y cometas. Algunos piensan que los asteroides también pueden tener hielo, especialmente en la parte más exterior, y eso tiene implicancias cosmogónicas, sobre el origen del sistema solar, bastante relevantes. Algunos interpretan que los asteroides activados están liberando hielo y yo he estado cuestionando eso”, plantea. “He hecho presentaciones en las que digo que los asteroides activados, también conocidos como cometas del cinturón principal de asteroides, no son cometas, sino que son asteroides sacudidos”, adelanta.

Tancredi ya ha degradado a Plutón a planeta enano. Ahora, si las cosas se dan como él calcula, degradaría a los asteroides activados a meros asteroides sacudidos. Sea como sea, hay una gran chance de que el lunes a las 20.14 el cosmos deje de ser como venía siendo. Un pequeño satélite de un pequeño asteroide cambiará su órbita. Los culpables serán unos pequeños habitantes de un pequeño planeta. Y entre ellos habrá investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República. Digámoslo una vez más a ver si los legisladores toman nota, aprovechando además que Tancredi es presidente de la Asociación de Investigadores e Investigadoras del Uruguay: con ciencia grande, no hay país pequeño.

Artículo: “Pre-encounter Predictions of DART Impact Ejecta Behavior and Observability”
Publicación: The Planetary Science Journal (setiembre de 2022).
Autores: Eugene Fahnestock, Andrew Cheng, Stavro Ivanovski, Patrick Michel, Sabina Raducan, Alessandro Rossi, Paul Abell, Steven Chesley, Elisabetta Dotto, Fabio Ferrari, Ludmilla Kolokolova, Emily Kramer, Jian-Yang Li, Stephen Schwartz, Stefania Soldini, Gonzalo Tancredi, Adriano Campo Bagatin y Yun Zhang.

Artículo: “Lofting of low speed ejecta produced in the DART experiment and production of a dust cloud”
Publicación: arXiv (preprint, setiembre de 2022).
Autores: Gonzalo Tancredi, Po-Yen Liu, Adriano Campo-Bagatin, Fernando Moreno y Bruno Domínguez.