MAVEN es una nave espacial de la NASA que orbita Marte para estudiar la pérdida de gases atmosféricos de ese planeta al espacio, proporcionando información sobre la historia del clima y el agua del planeta. [4] El nombre es un acrónimo de " Mars Atmosphere and Volatile Evolution " (Atmósfera y evolución volátil de Marte), mientras que la palabra maven también denota "una persona que tiene conocimientos o experiencia especiales; un experto". [5] [6] MAVEN fue lanzada en un cohete Atlas V desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida, el 18 de noviembre de 2013 UTC y entró en órbita alrededor de Marte el 22 de septiembre de 2014 UTC . La misión es la primera de la NASA en estudiar la atmósfera de Marte. La sonda está analizando la atmósfera superior y la ionosfera del planeta para examinar cómo y a qué ritmo el viento solar está eliminando compuestos volátiles.
La investigadora principal de la misión es Shannon Curry, de la Universidad de California en Berkeley , quien reemplazó a Bruce Jakosky, del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder , quien propuso y dirigió la misión hasta 2021. [4] El proyecto costó 582,5 millones de dólares para construirlo, lanzarlo y operarlo durante su misión principal de dos años. [7]
Propuesta en 2006, la misión fue la segunda del Programa Mars Scout de la NASA , que anteriormente había dado como resultado Phoenix . Fue seleccionada para su desarrollo para el vuelo en 2008. [8]
El 2 de agosto de 2013, la nave espacial MAVEN llegó al Centro Espacial Kennedy , en Florida, para comenzar los preparativos del lanzamiento. [9]
El 1 de octubre de 2013, sólo siete semanas antes del lanzamiento, un cierre gubernamental provocó la suspensión de los trabajos durante dos días y amenazó inicialmente con obligar a posponer la misión por 26 meses. Dado que el lanzamiento de la nave espacial estaba programado nominalmente para el 18 de noviembre de 2013, un retraso más allá del 7 de diciembre de 2013 habría hecho que MAVEN perdiera la ventana de lanzamiento, ya que Marte se desplazó demasiado de su alineación con la Tierra . [10]
Sin embargo, dos días después, el 3 de octubre de 2013, se hizo un anuncio público de que la NASA había considerado que el lanzamiento de MAVEN en 2013 era tan esencial para asegurar la comunicación futura con los activos actuales de la NASA en Marte (los exploradores Opportunity y Curiosity ) que se autorizó una financiación de emergencia para reiniciar el procesamiento de la nave espacial en preparación para un lanzamiento a tiempo. [11]
Las características de Marte que se asemejan a los lechos de ríos secos y el descubrimiento de minerales que se forman en presencia de agua indican que Marte alguna vez tuvo una atmósfera lo suficientemente densa y era lo suficientemente cálido como para que el agua líquida fluyera en la superficie. Sin embargo, esa atmósfera espesa se perdió de alguna manera en el espacio. Los científicos sospechan que a lo largo de millones de años, Marte perdió el 99% de su atmósfera a medida que el núcleo del planeta se enfriaba y su campo magnético se desintegraba, lo que permitió que el viento solar se llevara la mayor parte del agua y los compuestos volátiles que alguna vez contenía la atmósfera. [12]
El objetivo de MAVEN es determinar la historia de la pérdida de gases atmosféricos al espacio, proporcionando respuestas sobre la evolución del clima marciano . Al medir la velocidad con la que la atmósfera se escapa actualmente al espacio y reunir suficiente información sobre los procesos relevantes, los científicos podrán inferir cómo evolucionó la atmósfera del planeta a lo largo del tiempo. Los principales objetivos científicos de la misión MAVEN son:
MAVEN se lanzó desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral (CCAFS) el 18 de noviembre de 2013, utilizando un vehículo de lanzamiento Atlas V 401. [13] [14] Llegó a Marte el 22 de septiembre de 2014 y se insertó en una órbita elíptica aproximadamente a 6200 km (3900 mi) por 150 km (93 mi) sobre la superficie del planeta . [14]
En octubre de 2014, mientras la nave espacial se estaba poniendo a punto para iniciar su misión científica principal, el cometa Siding Spring también estaba realizando un sobrevuelo cercano a Marte. Los investigadores tuvieron que maniobrar la nave para mitigar los efectos nocivos del cometa, pero mientras lo hacían, pudieron observar el cometa y realizar mediciones sobre la composición de los gases y el polvo expulsados. [15]
El 16 de noviembre de 2014, los investigadores completaron las actividades de puesta en servicio de MAVEN y comenzaron su misión científica principal, programada para durar un año. [16] Durante ese tiempo, MAVEN había observado un cometa cercano, medido cómo los gases volátiles son arrastrados por el viento solar y realizado cuatro "inmersiones profundas" hasta el límite de las atmósferas superior e inferior para caracterizar mejor toda la atmósfera superior del planeta. [17] En junio de 2015, la fase científica se extendió hasta septiembre de 2016, lo que permitió a MAVEN observar la atmósfera marciana durante la totalidad de las estaciones del planeta. [18]
El 3 de octubre de 2016, MAVEN completó un año completo de observaciones científicas marcianas. Se había aprobado una misión adicional de dos años, que se extendería hasta septiembre de 2018. Todos los sistemas de la nave espacial seguían funcionando como se esperaba. [19]
En marzo de 2017, los investigadores de MAVEN tuvieron que realizar una maniobra no programada previamente para evitar colisionar con Fobos la semana siguiente. [20]
El 5 de abril de 2019, el equipo de navegación completó una maniobra de aerofrenado de dos meses para reducir la órbita de MAVEN y permitirle servir mejor como retransmisor de comunicaciones para los módulos de aterrizaje actuales, así como para el rover Perseverance . Esta nueva órbita elíptica tiene aproximadamente 4.500 km (2.800 mi) por 130 km (81 mi). Con 6,6 órbitas por día terrestre, la órbita más baja permite una comunicación más frecuente con los rovers. [21]
A partir de septiembre de 2020, la nave espacial continúa también su misión científica, con todos los instrumentos todavía en funcionamiento y con suficiente combustible para durar al menos hasta 2030. [21]
El 31 de agosto de 2021, Shannon Curry se convirtió en la investigadora principal de la misión. [22]
La NASA se percató de fallos en las unidades de medición de inercia (IMU) de MAVEN a finales de 2021, necesarias para que la sonda mantenga su órbita; tras haber pasado ya de la IMU principal a la de reserva en 2017, vieron que las de reserva mostraban signos de fallo. En febrero de 2022, ambas IMU parecían haber perdido la capacidad de realizar su medición correctamente. Después de hacer una terminación de latido para restablecer el uso de la IMU de reserva, los ingenieros de la NASA se dispusieron a reprogramar MAVEN para utilizar un modo "totalmente estelar" utilizando las posiciones de las estrellas para mantener su altitud, eliminando la dependencia de las IMU. Esto se puso en marcha en abril de 2022 y se completó el 28 de mayo de 2022, pero durante este período, MAVEN no pudo utilizarse para observaciones científicas ni para retransmitir comunicaciones a la Tierra desde los rovers Curiosity y Perseverance y el módulo de aterrizaje Insight . La comunicación reducida fue manejada por otros orbitadores de Marte. [23]
MAVEN fue construido y probado por Lockheed Martin Space Systems . Su diseño se basa en los de Mars Reconnaissance Orbiter y 2001 Mars Odyssey . El orbitador tiene una forma cúbica de aproximadamente 2,3 m × 2,3 m × 2 m (7 pies 7 pulgadas × 7 pies 7 pulgadas × 6 pies 7 pulgadas) de alto, [24] con dos paneles solares que sostienen los magnetómetros en ambos extremos. La longitud total es de 11,4 m (37 pies). [25]
El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA proporcionó una carga útil de radio de retransmisión de ultraalta frecuencia ( UHF ) Electra que tiene una tasa de retorno de datos de hasta 2048 kbit/s. [26] La órbita altamente elíptica de la nave espacial MAVEN puede limitar su utilidad como retransmisor para operar módulos de aterrizaje en la superficie, aunque los largos períodos de visión de la órbita de MAVEN han proporcionado algunos de los mayores retornos de datos de retransmisión hasta la fecha de cualquier orbitador marciano. [27] Durante el primer año de operaciones de la misión en Marte (la fase científica primaria), MAVEN sirvió como orbitador de retransmisión de respaldo. En el período extendido de la misión de hasta diez años, MAVEN proporcionará servicio de retransmisión UHF para los exploradores y módulos de aterrizaje de Marte presentes y futuros. [18]
La Universidad de Colorado en Boulder , la Universidad de California en Berkeley y el Centro de Vuelo Espacial Goddard construyeron cada uno un conjunto de instrumentos para la nave espacial, que incluyen: [28]
Construido por el Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, Berkeley :
Construido por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado en Boulder :
Construido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard :
SWEA, SWIA, STATIC, SEP, LPW y MAG son parte del conjunto de instrumentos de partículas y campos, IUVS es el conjunto de instrumentos de teledetección y NGIMS es su propio conjunto homónimo.
La construcción, el lanzamiento y la operación de MAVEN en su misión principal costaron 582,5 millones de dólares, casi 100 millones de dólares menos de lo que se había estimado originalmente. De este total, 366,8 millones de dólares se destinaron al desarrollo, 187 millones a los servicios de lanzamiento y 35 millones a la misión principal de dos años. En promedio, la NASA gasta 20 millones de dólares al año en las operaciones extendidas de MAVEN. [7]
Marte pierde agua en su delgada atmósfera por evaporación. Allí, la radiación solar puede dividir las moléculas de agua en sus componentes, hidrógeno y oxígeno . El hidrógeno, como el elemento más ligero, tiende a ascender hasta los niveles más altos de la atmósfera marciana , donde varios procesos pueden arrastrarlo al espacio, para perderse para siempre en el planeta. Se pensaba que esta pérdida se producía a un ritmo bastante constante, pero las observaciones de MAVEN del hidrógeno atmosférico de Marte a lo largo de un año marciano completo (casi dos años terrestres) muestran que la tasa de escape es mayor cuando la órbita de Marte lo acerca más al Sol , y solo una décima parte cuando está más lejos. [39]
El 5 de noviembre de 2015, la NASA anunció que los datos de MAVEN muestran que el deterioro de la atmósfera de Marte aumenta significativamente durante las tormentas solares . Esa pérdida de atmósfera hacia el espacio probablemente jugó un papel clave en el cambio gradual de Marte desde su atmósfera dominada por dióxido de carbono , que había mantenido a Marte relativamente cálido y permitido que el planeta sustentara agua líquida en la superficie, al planeta frío y árido que vemos hoy. Este cambio tuvo lugar entre aproximadamente 4.2 y 3.7 mil millones de años atrás. [40] La pérdida atmosférica fue especialmente notable durante una eyección de masa coronal interplanetaria en marzo de 2015. [41]
En 2014, los investigadores de MAVEN detectaron auroras generalizadas en todo el planeta, incluso cerca del ecuador. Dados los campos magnéticos localizados en Marte (a diferencia del campo magnético global de la Tierra), las auroras parecen formarse y distribuirse de diferentes maneras en Marte, creando lo que los científicos llaman auroras difusas. Los investigadores determinaron que la fuente de las partículas que causan las auroras fue una enorme oleada de electrones originados en el Sol. Estas partículas altamente energéticas pudieron penetrar mucho más profundamente en la atmósfera de Marte de lo que lo habrían hecho en la Tierra, creando auroras mucho más cerca de la superficie del planeta (~60 km en comparación con los 100-500 km de la Tierra). [43]
Los científicos también descubrieron auroras de protones, diferentes de las llamadas auroras típicas, que son producidas por electrones. Hasta ahora, las auroras de protones solo se habían detectado en la Tierra. [44]
La llegada fortuita de MAVEN justo antes de un sobrevuelo del cometa Siding Spring brindó a los investigadores una oportunidad única de observar tanto el cometa en sí como sus interacciones con la atmósfera marciana. El instrumento IUVS de la nave espacial detectó intensas emisiones ultravioletas de iones de magnesio y hierro, resultado de la lluvia de meteoritos del cometa, que fueron mucho más fuertes que cualquier otra cosa detectada hasta ahora en la Tierra. [45] El instrumento NGIMS pudo tomar muestras directamente del polvo de este cometa de la Nube de Oort , detectando al menos ocho tipos diferentes de iones metálicos. [46]
En 2017 se publicaron resultados que detallaban la detección de iones metálicos en la ionosfera de Marte. Es la primera vez que se detectan iones metálicos en la atmósfera de un planeta distinto de la Tierra. También se observó que estos iones se comportan y se distribuyen de manera diferente en la atmósfera de Marte, dado que el planeta rojo tiene un campo magnético mucho más débil que el nuestro. [47]
En septiembre de 2017, la NASA informó de una duplicación temporal de los niveles de radiación en la superficie de Marte, así como de una aurora 25 veces más brillante que cualquier otra observada anteriormente. Esto ocurrió debido a una tormenta solar masiva e inesperada . [48] La observación proporcionó información sobre cómo los cambios en los niveles de radiación podrían afectar la habitabilidad del planeta, lo que ayudó a los investigadores de la NASA a comprender cómo predecir y mitigar los efectos en los futuros exploradores humanos de Marte.
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