Cuando los astronautas del Apolo aterrizaron en la Luna, trajeron consigo dispositivos llamados retrorreflectores, que son esencialmente pequeñas matrices de espejos. El plan era que los científicos de la Tierra les apuntaran con láseres y calcularan el tiempo que tardaban los rayos en regresar. Esto proporcionó mediciones excepcionalmente precisas de la órbita y la forma de la Luna, incluyendo cómo cambió ligeramente en función de la atracción gravitacional de la Tierra.

La investigación con estos retrorreflectores lunares de la era Apolo continúa hasta el día de hoy, y los científicos quieren realizar experimentos similares en Marte. El rover Perseverance de la NASA, programado para aterrizar en el Planeta Rojo el 18 de febrero, 2021:incluye la matriz de retrorreflectores láser (LaRA) del tamaño de la palma de la mano. También hay uno pequeño a bordo del módulo de aterrizaje InSight de la agencia, llamado retrorreflector láser para InSight (LaRRI). Y habrá un retrorreflector a bordo del rover ExoMars de la ESA (Agencia Espacial Europea) que se lanzará en 2022.

Si bien actualmente no se está trabajando con láser para este tipo de investigación en Marte, los dispositivos están orientados hacia el futuro:reflectores como estos podrían algún día permitir a los científicos que llevan a cabo lo que se llama investigación de alcance láser para medir la posición de un rover en la superficie marciana, probar la teoría de la relatividad general de Einstein, y ayudar a que los futuros aterrizajes en el Planeta Rojo sean más precisos.

"Los retrorreflectores láser son brillantes, marcadores de posición puntuales, "dijo Simone Dell'Agnello, quien dirigió el desarrollo de los tres retrorreflectores en el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, que construyó los dispositivos en nombre de la Agencia Espacial Italiana. "Debido a que son simples y no requieren mantenimiento, pueden funcionar durante décadas ".

Una caja de espejos

Los dispositivos funcionan como un reflector de bicicleta, rebotando la luz en la dirección de su fuente. LaRA de la perseverancia, por ejemplo, es una cúpula de 2 pulgadas de ancho (5 centímetros de ancho) moteada con agujeros de media pulgada que contienen celdas de vidrio. En cada celda, tres caras reflejadas se colocan en ángulos de 90 grados entre sí, de modo que la luz que ingresa a los orificios se dirige hacia afuera exactamente en la misma dirección en la que proviene.

LaRA es mucho más pequeña que los retrorreflectores de la Luna. Los primeros entregado por las misiones Apolo 11 y 14, tienen aproximadamente el tamaño de un monitor de computadora típico e incorporan 100 reflectores; los entregados por Apollo 15 son aún más grandes y están integrados con 300 reflectores. Eso es porque los láseres tienen que viajar hasta 478, 000 millas (770, 000 kilómetros) a la Luna y viceversa. Por el viaje de regreso, los rayos son tan tenues, no pueden ser detectados por el ojo humano.

Los rayos que LaRA de Perseverance y LaRRI de InSight fueron construidos para reflejar en realidad tendrían un viaje mucho más corto, a pesar de que Marte se encuentra a unos 401 millones de kilómetros de distancia en su punto más alejado de la Tierra. En lugar de viajar de un lado a otro de la Tierra, lo que requeriría enormes retrorreflectores, los rayos láser solo necesitarían viajar de un lado a otro desde un futuro orbitador de Marte equipado con un láser apropiado.

Ciencia iluminadora

Tal orbitador podría determinar la posición precisa de un retrorreflector en la superficie marciana. Y como la perseverancia será móvil, podría proporcionar múltiples puntos de referencia. Mientras tanto, la posición del orbitador también se rastrearía desde la Tierra. Esto permitiría a los científicos probar la teoría de la relatividad general de Einstein, como lo han hecho con los retrorreflectores en la Luna. La órbita de cada planeta está muy influenciada por la curva en el espacio-tiempo creada por la gran masa del Sol.

"Este tipo de ciencia es importante para comprender cómo la gravedad da forma a nuestro sistema solar, el universo entero, y, en última instancia, los roles de la materia oscura y la energía oscura, "Señaló Dell'Agnello.

En el caso del módulo de aterrizaje InSight, que aterrizó el 26 de noviembre, 2018, La ciencia de alcance láser también podría ayudar a la misión principal de la nave espacial de estudiar el interior profundo de Marte. InSight se basa en un instrumento de radio para detectar diferencias sutiles en la rotación del planeta. Al aprender del instrumento cómo el planeta se tambalea con el tiempo, los científicos finalmente pueden determinar si el núcleo de Marte es líquido o sólido.

Y si el equipo científico pudiera usar el retrorreflector del módulo de aterrizaje, podrían obtener datos de posicionamiento aún más precisos que los que proporciona la radio de InSight. LaRRI también podría detectar cómo cambia el terreno en el que se asienta InSight con el tiempo y en qué dirección, revelando cómo la corteza marciana se expande o contrae.

Mejores aterrizajes en Marte

Los aterrizajes en Marte son difíciles. Para ayudar a que la perseverancia salga a la superficie de manera segura, la misión se basará en la navegación relativa al terreno, una nueva tecnología que compara las imágenes tomadas durante el descenso con un mapa a bordo. Si la nave espacial se ve a sí misma acercándose demasiado al peligro (como un acantilado o dunas de arena), puede desviarse.

Pero en un evento de misión tan crítica, nunca puede tener demasiadas copias de seguridad. Las misiones futuras que se dirijan hacia la superficie del Planeta Rojo podrían usar la serie de puntos de referencia de los retrorreflectores láser como un control del rendimiento de sus sistemas de navegación relativa al terreno, y quizás incluso aumentar su precisión a unos pocos centímetros. Cuando la diferencia entre aterrizar con éxito cerca de una formación geológica tentadora o deslizarse por la pendiente empinada de la pared de un cráter se puede medir en meros pies, Los retrorreflectores pueden ser críticos.

"El alcance láser podría abrir nuevos tipos de exploración de Marte, ", Dijo Dell'Agnello.

Más sobre la misión

Un objetivo clave de la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover también caracterizará el clima y la geología del planeta, allanar el camino para la exploración humana del Planeta Rojo, y ser la primera misión planetaria en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos (roca rota y polvo). Misiones posteriores, actualmente bajo consideración por la NASA en cooperación con la Agencia Espacial Europea, enviaría naves espaciales a Marte para recolectar estas muestras almacenadas en caché de la superficie y devolverlas a la Tierra para un análisis en profundidad.

Gestionado para la NASA por JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, El rover Perseverance Mars 2020 es parte de un programa más amplio que incluye misiones a la Luna como una forma de prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo. Encargado de regresar astronautas a la Luna para 2024, La NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para el 2028 a través de los planes de exploración lunar Artemis de la NASA.