En 1972, se necesitó un astronauta en una caminata espacial para hacer lo que Lynn Carter ahora puede hacer con unos pocos clics del mouse durante el almuerzo.

Carretero, profesor de ciencias planetarias en el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona, apunta a un pequeño, fotografía enmarcada sobre su escritorio. Muestra la nave espacial Apolo 17, la última misión tripulada a la luna, navegando por encima del gris, extensión llena de cráteres debajo.

"¿Ves esa pequeña antena que sobresale? Ese fue el primer radar planetario en una nave espacial, y mientras daba la vuelta a la luna, hizo ping a la superficie, ", dijo." Cada vez que golpeaba una capa de roca diferente, reflejaba una señal y la grababa en una película ".

Una de las cosas que se les encargó a los astronautas del Apolo 17 fue trazar un mapa de la superficie de la luna desde la vista de pájaro de su orbitador. Además de fotografiar lo obvio:características topográficas como colinas, cráteres y rocas:la antena del radar les permitió revelar características geológicas ocultas debajo de la superficie de la luna. Los datos del radar se registraron en cintas de casete anticuadas almacenadas debajo de una escotilla a la que solo se podía acceder desde el exterior de la nave espacial. Para recuperar la película, El astronauta Ron Evans tuvo que ponerse un traje espacial y pasar por la escotilla de la cápsula Apolo mientras se precipitaba a través del espacio en algún lugar entre la luna y la Tierra a casi 25, 000 millas por hora.

"Hoy dia, es totalmente diferente "Dice Carter." Todo es digital, y los instrumentos tienen una resolución mucho mejor. Podemos ver cosas en Marte desde nuestra sala de estar que no podrías ver incluso si pudieras viajar allí y estar en la superficie tú mismo ".

Mapeo de otros mundos

Carter se especializa en hacer mapas de lo invisible:utilizando datos obtenidos con instrumentos de radar que penetran en el suelo, ella visualiza e interpreta características enterradas bajo la superficie de cuerpos planetarios como la luna, Marte y Venus.

Para un científico planetario como Carter, cartografiar otro mundo es mucho más que averiguar qué es dónde en la superficie y cómo llegar del punto A al punto B (aunque la navegación se está convirtiendo en un objetivo cada vez más importante, con esfuerzos aumentando para enviar astronautas a nuevos horizontes como Marte o asteroides cercanos a la Tierra).

"Observamos los planetas para comprender cómo se formaron, "Carter dice, "y también para comprender mejor las características aquí en la Tierra que han sido oscurecidas por los mismos procesos geológicos que hacen que nuestro planeta sea especial. Estudiar otros objetos en el sistema solar es una forma de estudiar cosas que no resultaron como lo hicieron aquí en Tierra."

Toma Venus por ejemplo, Vecino de la Tierra y el "planeta favorito de Carter, "como admite fácilmente. Incluso con los telescopios más potentes, nunca llegamos a ver su superficie, que está permanentemente protegido de la vista por un velo de nubes ardientes. Hasta la década de 1960, novelas de ciencia ficción especulaban sobre un exuberante, mundo tropical cubierto de selvas.

"Radar aplastó esa idea, como desveló un sólido, superficie supercaliente con muchos volcanes ", dice Carter." De repente, Venus no parecía nada hospitalario ".

A diferencia de los exploradores y cartógrafos que se aventuraron a trazar un mapa de la Tierra desde la tierra y el mar, los científicos planetarios tienen que trazar mapas desde lejos, mirando a través de telescopios, o, si tienen la suerte de conseguir financiación para una misión espacial, desde la órbita.

¿Una mesa de café en Marte?

Una de las misiones de visualización más exitosas es HiRISE, que está liderado por la UA. HiRISE es una cámara de imágenes de alta resolución que ha fotografiado Marte con un detalle sin precedentes mientras orbita el planeta rojo a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA durante más de 10 años. Las imágenes son tan detalladas que a lo largo de una década, después de romper 62, 712 imágenes, ha cubierto apenas el 3,5 por ciento de la superficie marciana. Pero la cobertura nunca fue el objetivo, más bien, HiRISE fue enviado a Marte para encontrar futuros lugares de aterrizaje y proporcionar imágenes que ayudarán a los científicos a comprender los procesos geológicos antiguos y actuales de Marte. El planeta ha demostrado ser sorprendentemente activo a pesar de que es un resfriado, mundo polvoriento que carece de tectónica de placas o de un campo magnético y cuya atmósfera flota en gran parte hacia el espacio.

Hola, cuyo ojo es lo suficientemente agudo como para ver una mesa de café (si la hubiera) en el suelo desde 180 millas de altura, se encuentra ahora en su quinta extensión y aún se mantiene fuerte. En el momento de su lanzamiento, mapas igualmente detallados de la Tierra fueron clasificados y solo accesibles para los individuos en el Pentágono, dijo Alfred McEwen, Profesor de Ciencias Planetarias de la UA Regents e investigador principal de HiRISE.

Desde entonces, HiRISE ha revelado un planeta increíblemente hermoso. La visión estéreo del instrumento, La resolución sin precedentes y los repetidos pases de imágenes cambiaron por completo la forma en que los científicos interpretaron las imágenes anteriores tomadas del planeta rojo. Dice McEwen.

"Lo que pensamos que eran dunas antiguas, por ejemplo, congelado en el tiempo durante posiblemente millones de años, resultó estar cambiando constantemente ".

HiRISE ha visto una serie completa de actividad en curso que incluye nuevos cráteres de impacto, donde el meteorito impactante hizo estallar el hielo de agua debajo de la superficie del planeta, barrancos de erosión y otras características, algunos tan sobrenaturales que los geólogos planetarios como McEwen todavía están luchando por explicar su origen con certeza.

"Seguimos encontrando cosas nuevas, como las características de las regiones polares que llamamos arañas, ", Dice McEwen." Creemos que son causados ​​por el gas de dióxido de carbono que fluye debajo de las capas de hielo, tallando la topografía de la superficie. Otro descubrimiento reciente son las rocas que se mueven lentamente cuesta abajo, posiblemente impulsado por la expansión y contracción estacional del hielo subterráneo ".

Tomar fotografías es solo el primer paso para generar un mapa de una superficie planetaria lo suficientemente precisa como para permitir que los módulos de aterrizaje aterricen sin chocar contra rocas no descubiertas o evitar que los rovers robóticos se atasquen en la arena suelta.

"Para hacer un mapa, tienes que entender la geometría de tus imágenes y juntarlas en mosaico. Y luego tienes que cambiar la perspectiva a lo que parece hacia abajo, a menos que los originales se hayan adquirido de esa forma, McEwen dijo sobre el proceso llamado ortorrectificación.

La ortorrectificación es necesaria para derivar la topografía de una imagen, el explica. Los científicos de la UA que produjeron el primer atlas detallado de la luna utilizaron un método bastante análogo, pero una configuración elegante y sencilla para lograrlo. Estos días, se realiza con la mirada atenta de personas especialmente capacitadas y software sofisticado.

Satélites de cambio de forma de Júpiter

Algunos de los otros desafíos que enfrentan los cartógrafos del sistema solar son cómo definir el nivel del mar cuando su objeto de estudio no tiene un mar o cómo precisar coordenadas en un objeto que no es exactamente esférico o cambia constantemente de forma.

"Muchos de los satélites de Júpiter son lo que llamamos elipsoides triaxiales, ", Dice McEwen." Sus formas tridimensionales cambian con las fuertes fuerzas de marea bajo el campo gravitacional de Júpiter, y eso es un verdadero desafío si desea hacer un mapeo de precisión ".

Medir tales cambios es interesante por sí mismo, sin embargo, porque revela pistas sobre las propiedades interiores de aquellos objetos que serían difíciles o imposibles de estudiar de otra manera, McEwen agrega.

Los científicos e ingenieros de la UA han impulsado el campo al diseñar instrumentos y cámaras que han volado en varias misiones espaciales para mapear territorios desconocidos. incluido Mercurio, el planeta más cercano al sol, Las lunas de Saturno, Titán y Encelado, y la luna de Júpiter Io. También están trabajando en los instrumentos propuestos para futuros proyectos de mapeo que incluyen la luna de la Tierra, Marte y Europa, La gran luna de Júpiter, cuyo océano de agua subterránea se considera un candidato caliente para la vida extraterrestre.

Más reciente, Los científicos de la UA están a punto de completar el mapa más detallado jamás hecho de cualquier cuerpo del sistema solar, incluida la Tierra:las cámaras diseñadas en la UA están escaneando la superficie rocosa de Bennu, un asteroide cercano a la Tierra tan alto como el Empire State Building, y el equipo de la misión de retorno de muestras OSIRIS-REx dirigida por la UA trazó un mapa de la superficie de Bennu hasta una pulgada. Ser capaz de seleccionar un sitio seguro para que la nave espacial aterrice y tome una muestra es un requisito previo lógico para la misión. que está a punto de devolver una muestra de material de asteroide prístino a la Tierra en 2023.

"Cuando terminemos con la caracterización de los sitios de muestra candidatos, podremos ver un objeto del tamaño de un centavo, "dice Daniella DellaGiustina, científico principal en procesamiento de imágenes para OSIRIS-REx.

DellaGiustina agrega que además de garantizar la seguridad de la misión, el mapeo con un detalle sin precedentes ofrece "realmente genial, ciencia increíble ".

"Al obtener un conjunto de datos de un asteroide completo y pasar de esa escala a imágenes de píxeles del tamaño de un centímetro, realmente podemos comenzar a conectar asteroides con la población de meteoritos que tenemos en nuestros laboratorios, "Dice DellaGiustina.

Para hacerlo el equipo tuvo que inventar nuevas técnicas y aumentar el software de mapeo disponible para capturar una representación precisa de Bennu, un objeto de forma irregular cuya superficie está tachonada de rocas, incluyendo algunas del tamaño de un garaje de estacionamiento y con voladizo.

Navegando en tres dimensiones

"Un sistema de coordenadas no es suficiente, por lo que trabajamos tanto en latitud como en longitud y coordenadas cartesianas todo el tiempo, ", Dice DellaGiustina. Esto nos permite generar nubes de puntos 3-D y asignar coordenadas precisas a cada píxel".

Además de permitir futuras misiones de exploración humana a Marte, esta investigación ayuda a responder preguntas fundamentales sobre cómo el planeta rojo llegó a ser lo que es hoy, Explica Bramson.

"Al mapear el hielo subterráneo, podemos intentar reconstruir la historia climática del planeta, ", dice." Esto nos permite comprender los cambios climáticos naturales sin los factores de confusión que tenemos en la Tierra, como la población humana, vegetación y océanos ".