Una sonda interestelar es una sonda espacial que ha abandonado (o se espera que abandone) el Sistema Solar y se adentra en el espacio interestelar , que normalmente se define como la región situada más allá de la heliopausa . También se refiere a las sondas capaces de llegar a otros sistemas estelares .
A partir de 2024, hay cinco sondas interestelares, todas lanzadas por la agencia espacial estadounidense NASA : Voyager 1 , Voyager 2 , Pioneer 10 , Pioneer 11 y New Horizons . También a partir de 2024, Voyager 1 y Voyager 2 son las únicas sondas que han llegado realmente al espacio interestelar. [1] Las otras tres están en trayectorias interestelares.
El choque de terminación es el punto en la heliosfera donde el viento solar se desacelera a velocidad subsónica. A pesar de que el choque de terminación ocurre tan cerca como 80-100 UA ( unidades astronómicas ), se cree que la extensión máxima de la región en la que el campo gravitatorio del Sol es dominante (la esfera de Hill ) está alrededor de 230.000 unidades astronómicas (3,6 años luz). [2] Este punto está cerca del sistema estelar conocido más cercano, Alpha Centauri , ubicado a 4,36 años luz de distancia. Aunque las sondas estarán bajo la influencia del Sol durante mucho tiempo, sus velocidades superan con creces la velocidad de escape del Sol , por lo que se van para siempre.
El espacio interestelar se define como el espacio que se encuentra más allá de una región magnética que se extiende aproximadamente a 122 UA del Sol, detectada por la Voyager 1, y la región de influencia equivalente que rodea a otras estrellas. La Voyager 1 entró en el espacio interestelar en 2012. [3]
Actualmente, se están considerando tres proyectos: Shensuo de la CNSA , Interstellar Probe de la NASA y StarChip de Breakthrough Initiatives .
El científico planetario G. Laughlin señaló que, con la tecnología actual, una sonda enviada a Alpha Centauri tardaría 40.000 años en llegar, pero expresó su esperanza de que se desarrolle nueva tecnología para realizar el viaje en el plazo de una vida humana. [4] En esa escala de tiempo, las estrellas se mueven notablemente. Por ejemplo, en 40.000 años Ross 248 estará más cerca de la Tierra que Alpha Centauri. [5]
Una tecnología que se ha propuesto para lograr velocidades más altas es una vela eléctrica . [6] Al aprovechar el viento solar, podría ser posible alcanzar 20-30 AU por año sin siquiera usar combustible. [6]
La Voyager 1 es una sonda espacial lanzada por la NASA el 5 de septiembre de 1977. A una distancia de aproximadamente 162,755 UA (2,435 × 10 10 km) al 19 de agosto de 2024, [7] [8] es el objeto creado por el hombre más alejado de la Tierra . [9]
Más tarde se estimó que la Voyager 1 cruzó la zona de choque de terminación el 16 de diciembre de 2004 a una distancia de 94 UA del Sol. [10] [11]
A finales de 2011, la Voyager 1 entró y descubrió una región de estancamiento donde las partículas cargadas que salen del Sol se ralentizan y giran hacia el interior, y el campo magnético del Sistema Solar se duplica en intensidad a medida que el espacio interestelar parece estar ejerciendo presión. Las partículas energéticas originadas en el Sistema Solar se redujeron casi a la mitad, mientras que la detección de electrones de alta energía provenientes del exterior se multiplicó por 100. El borde interior de la región de estancamiento se encuentra aproximadamente a 113 unidades astronómicas (UA) del Sol. [12]
En 2013 se pensó que la Voyager 1 cruzó la heliopausa y entró en el espacio interestelar el 25 de agosto de 2012 a una distancia de 121 UA del Sol, convirtiéndose en el primer objeto fabricado por el hombre en hacerlo. [13] [14]
En 2017 [actualizar], la sonda se movía a una velocidad relativa al Sol de unos 16,95 km/s (3,58 UA/año). [15]
Si no choca con nada, la Voyager 1 podría llegar a la nube de Oort en unos 300 años. [16] [17]
La Voyager 2 cruzó la heliopausa y entró en el espacio interestelar el 5 de noviembre de 2018. [18] Previamente había pasado la zona de choque de terminación hacia la heliopausa el 30 de agosto de 2007. A fecha de 19 de agosto de 2024, la Voyager 2 se encuentra a una distancia de 133,101 UA (1,991 × 10 10 km) de la Tierra. [19] La sonda se movía a una velocidad de 3,25 UA/año (15,428 km/s) en relación con el Sol en su camino hacia el espacio interestelar en 2013. [20]
Se mueve a una velocidad de 15,4 km/s (55.000 km/h) con respecto al Sol a partir de diciembre de 2014. [21] Se espera que la Voyager 2 proporcione las primeras mediciones directas de la densidad y la temperatura del plasma interestelar. [22]
New Horizons fue lanzada directamente a una trayectoria de escape hiperbólica, recibiendo asistencia gravitacional de Júpiter en el camino. Para el 7 de marzo de 2008, New Horizons estaba a 9,37 UA del Sol y viajaba hacia afuera a 3,9 UA por año. Sin embargo, reducirá su velocidad de escape a solo 2,5 UA por año a medida que se aleja del Sol, por lo que nunca alcanzará a ninguna de las Voyager. A principios de 2011, viajaba a 3,356 UA/año (15,91 km/s) en relación con el Sol. [23] El 14 de julio de 2015, completó un sobrevuelo de Plutón a una distancia de aproximadamente 33 UA del Sol. [24] [25] New Horizons se encontró nuevamente con 486958 Arrokoth el 1 de enero de 2019, a aproximadamente 43,4 UA del Sol. [26] [27] [28]
La onda de terminación de la heliosfera fue atravesada por la Voyager 1 a 94 unidades astronómicas (UA) y por la Voyager 2 a 84 UA según la misión IBEX. [29]
Si New Horizons puede alcanzar la distancia de100 UA , viajará a unos 13 km/s (29.000 mph), alrededor de 4 km/s (8.900 mph) más lento que la Voyager 1 a esa distancia. [30]
La última recepción exitosa de telemetría de Pioneer 10 fue el 27 de abril de 2002, cuando estaba a una distancia de 80,22 UA, y la última señal de la nave espacial se recibió el 23 de enero de 2003, a una distancia de 82 UA del Sol viajando a aproximadamente 2,54 UA/año (12 km/s). [23]
Las operaciones rutinarias de la misión Pioneer 11 se detuvieron el 30 de septiembre de 1995, cuando se encontraba a 6.500 millones de kilómetros (aproximadamente 43,4 UA) de la Tierra, viajando a una velocidad de aproximadamente 2,4 UA/año (11,4 km/s). [23]
La tercera etapa de New Horizons, un cohete STAR-48 , se encuentra en una trayectoria de escape fuera del Sistema Solar similar a la de New Horizons , pero pasará a millones de kilómetros de Plutón. [23] Cruzó la órbita de Plutón en octubre de 2015. [23]
Los cohetes impulsores de tercera etapa para Pioneer 10 , Voyager 1 y Voyager 2 también están en trayectorias de escape fuera del Sistema Solar.
En abril de 2016, Breakthrough Initiatives anunció Breakthrough Starshot , un programa para desarrollar una flota de prueba de concepto de pequeñas naves espaciales con velas ligeras de un centímetro de tamaño, llamadas StarChip , [31] capaces de hacer el viaje a Alpha Centauri , el sistema estelar más cercano , a velocidades del 20% [32] [33] y el 15% [34] de la velocidad de la luz , tardando entre 20 y 30 años en llegar al sistema estelar, respectivamente, y unos 4 años en notificar a la Tierra una llegada exitosa.
En 2024 se lanzaría una misión espacial de la CNSA propuesta por primera vez en 2019 con la intención de investigar la heliosfera. Ambas sondas utilizarían asistencia gravitatoria en Júpiter y sobrevolarían objetos del cinturón de Kuiper , y la segunda también está prevista para sobrevolar Neptuno y Tritón. El otro objetivo es llegar a 100 UA del Sol en 2049, el centenario de la fundación de la República Popular China. [35]
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Un estudio financiado por la NASA, dirigido por el Laboratorio de Física Aplicada , sobre las posibles opciones para una sonda interestelar. El concepto nominal se lanzaría en un SLS en la década de 2030. Realizaría un sobrevuelo rápido de Júpiter, un sobrevuelo propulsado de Júpiter o una maniobra de propulsión y perihelio muy cercano, y alcanzaría una distancia de 1000-2000 UA (93-186 mil millones de millas; alrededor del 1,5-3% de un año luz) en 50 años. También se están investigando las posibilidades para la ciencia planetaria, astrofísica y de exoplanetas en el camino. [36]
Un estudio de referencia tecnológica publicado en 2006 con la ESA propuso una sonda interestelar centrada en abandonar la heliosfera. El objetivo sería alcanzar las 200 UA en 25 años, con un lanzamiento tradicional pero con aceleración mediante una vela solar . La sonda, de unos 200 a 300 kg, llevaría un conjunto de varios instrumentos, entre ellos un analizador de plasma, un experimento de ondas de radio de plasma, un magnetómetro, un detector de átomos neutros y cargados, un analizador de polvo y un fotómetro UV. La energía eléctrica procedería de un RTG . [37]
La NASA propone enviar una carga útil científica de 35 kg a una distancia de al menos 200 UA. Alcanzaría una velocidad máxima de 7,8 UA por año utilizando una combinación de un cohete de carga pesada, asistencia gravitacional de Júpiter y un motor de iones alimentado por generadores térmicos de radioisótopos estándar . La sonda sugirió un lanzamiento en 2014 (para aprovechar la asistencia gravitacional de Júpiter ), para alcanzar las 200 UA alrededor de 2044. [38]
Los estudios sugieren varias tecnologías, incluyendo RTG basado en americio-241 , comunicación óptica (en oposición a la radio) y electrónica semiautónoma de bajo consumo. Trajectory utiliza una asistencia gravitacional de Júpiter y la maniobra Solar Oberth para alcanzar 20 AU/año, lo que permite 1000 AU en 50 años y una extensión de la misión hasta 20.000 AU y 1000 años. La tecnología necesaria incluía propulsión avanzada y escudo solar para quemar el perihelio alrededor del Sol. Se examinaron la energía solar térmica (STP), la energía nuclear térmica de fisión (NTP) y el pulso de fisión nuclear, así como varios isótopos RTG. Los estudios también incluyeron recomendaciones para una sonda solar (véase también la sonda solar Parker ), tecnología nuclear térmica, sonda de vela solar, sonda de 20 AU/año y una visión a largo plazo de una sonda de 200 AU/año a la estrella Epsilon Eridani . [39]
La sonda interestelar de "próximo paso" en este estudio sugería un reactor de fisión de 5 megavatios que utilizaría 16 toneladas métricas de H2 como propulsor. [39] Con el objetivo de lanzarlo a mediados del siglo XXI, aceleraría hasta 200 UA/año a lo largo de 4200 UA y alcanzaría la estrella Epsilon Eridani después de 3400 años de viaje en el año 5500 d. C. [39] Sin embargo, esta era una visión de segunda generación para una sonda y el estudio reconocía que incluso 20 UA/año podrían no ser posibles con la tecnología actual (2002). [39] A modo de comparación, la sonda más rápida en el momento del estudio era la Voyager 1 a aproximadamente 3,6 UA/año (17 km/s), en relación con el Sol. [23]
La sonda interestelar era una nave espacial de propulsión con velas solares planificada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Se planeó que alcanzara una distancia de hasta 200 UA en 15 años a una velocidad de 14 UA/año (unos 70 km/s, y funcionara hasta 400 UA o más). [40] Una tecnología crítica para la misión es una gran vela solar de 1 g/ m2 .
La misión TAU (Mil Unidades Astronómicas) fue una propuesta de cohete nuclear eléctrico que utilizaba un reactor de fisión de 1 MW y un motor iónico con un tiempo de combustión de unos 10 años para alcanzar una velocidad de 106 km/s (unas 20 UA/año) para alcanzar una distancia de 1000 UA en 50 años. [41] El objetivo principal de la misión era mejorar las mediciones de paralaje de las distancias a las estrellas dentro y fuera de nuestra galaxia, siendo los objetivos secundarios el estudio de la heliopausa , las mediciones de las condiciones en el medio interestelar y (a través de comunicaciones con la Tierra) las pruebas de la relatividad general . [42]
El Proyecto Orión era una propuesta de nave de propulsión nuclear por pulsos que habría utilizado bombas de fisión o fusión para aplicar fuerza motriz. El diseño se estudió durante las décadas de 1950 y 1960 en los Estados Unidos de América , con una variante de la nave capaz de realizar viajes interestelares .
Comunicación interestelar a través de una sonda, en lugar de enviar una señal electromagnética.
Eugene Sanger propuso una nave espacial impulsada por antimateria en la década de 1950. [43] El empuje debía provenir de rayos gamma reflejados producidos por la aniquilación de electrones y positrones . [43]
Propuesta en 1964 y examinada en una edición de octubre de 1973 de Analog , la nave espacial Enzmann proponía utilizar una bola de 12.000 toneladas de deuterio congelado para alimentar la propulsión de pulsos termonucleares. [44] Aproximadamente el doble de larga que el Empire State Building y ensamblada en órbita, la nave espacial era parte de un proyecto más grande precedido por grandes sondas interestelares y observación telescópica de sistemas estelares objetivo. [44] [45] [46]
El Proyecto Dédalo era una propuesta de nave de propulsión nuclear por pulsos que utilizaba la fusión por confinamiento inercial de pequeñas bolitas dentro de una boquilla de campo magnético para proporcionar fuerza motriz. El diseño fue estudiado durante la década de 1970 por la Sociedad Interplanetaria Británica y estaba previsto que sobrevolara la Estrella de Barnard en menos de un siglo desde su lanzamiento. Los planes incluían la extracción de helio-3 de Júpiter y una masa previa al lanzamiento de más de 50 mil toneladas métricas desde la órbita.
El Proyecto Longshot fue una propuesta de nave de propulsión nuclear por pulsos que utilizaba la fusión por confinamiento inercial de pequeñas bolitas dentro de una boquilla de campo magnético para proporcionar fuerza motriz, de una manera similar a la del Proyecto Daedalus. El diseño fue estudiado durante la década de 1990 por la NASA y la Academia Naval de los Estados Unidos . La nave fue diseñada para llegar y estudiar Alpha Centauri .
Starwisp es un diseño hipotético de sonda interestelar no tripulada propuesto por Robert L. Forward . [47] [48] Está propulsado por una vela de microondas, similar en concepto a una vela solar, pero alimentada por microondas de una fuente artificial.
Medusa fue un novedoso diseño de nave espacial, propuesto por Johndale C. Solem, que utilizaba una gran vela ligera (spinnaker) impulsada por pulsos de presión de una serie de explosiones nucleares . El diseño, publicado por la British Interplanetary Society , fue estudiado durante la década de 1990 como un medio de viaje interplanetario. [49] [50] [51] [52] [53]
El lanzador Starseed fue un concepto para lanzar sondas interestelares de microgramos a hasta 1/3 de la velocidad de la luz. [54]
AIMStar fue una propuesta de nave de propulsión nuclear catalizada por antimateria que utilizaría nubes de antiprotones para iniciar la fisión y la fusión dentro de pastillas de combustible. [55] Una boquilla magnética obtenía fuerza motriz de las explosiones resultantes. El diseño fue estudiado durante la década de 1990 por la Universidad Estatal de Pensilvania . La nave fue diseñada para alcanzar una distancia de 10.000 UA del Sol en 50 años.
El Proyecto Ícaro es un estudio teórico para una sonda interestelar y se lleva a cabo bajo la guía de la Fundación Tau Zero (TZF) y la Sociedad Interplanetaria Británica (BIS), y fue motivado por el Proyecto Dédalo , un estudio similar que se llevó a cabo entre 1973 y 1978 por la BIS. [56] El proyecto está planificado para durar cinco años y comenzó el 30 de septiembre de 2009. [57]
La Iniciativa para Estudios Interestelares (i4is) ha iniciado un proyecto que trabaja en una pequeña nave espacial interestelar, propulsada por una vela láser en 2014 bajo el nombre de Proyecto Dragonfly . [58] [59] Cuatro equipos de estudiantes trabajaron en conceptos para dicha misión en 2014 y 2015 en el contexto de un concurso de diseño. [60]
En 2016, Breakthrough Initiatives anunció un programa para desarrollar una flota de sondas ligeras con velas de luz para viajes interestelares, con el objetivo de realizar el viaje a Alpha Centauri . Este programa de investigación, con una financiación inicial de 100 millones de dólares, prevé acelerar las sondas a aproximadamente el 15% o 20% de la velocidad de la luz, lo que se traduciría en un tiempo de viaje de entre 20 y 30 años.
Geoffrey A. Landis propuso para el proyecto de viajes interestelares una sonda interestelar con suministro de energía desde una fuente externa ( láser de una estación base) y un propulsor iónico. [61] [62]
A principios de la década de 2000 se descubrieron muchos cuerpos planetarios nuevos y relativamente grandes más allá de Plutón, y con órbitas que se extendían cientos de UA más allá de la heliopausa (90-1000 UA). La sonda de la NASA New Horizons puede explorar esta área ahora que ha realizado su sobrevuelo de Plutón en 2015 (la órbita de Plutón varía de aproximadamente 29 a 49 UA). Algunos de estos grandes objetos más allá de Plutón incluyen 136199 Eris , 136108 Haumea , 136472 Makemake y 90377 Sedna . Sedna se acerca hasta 76 UA, pero se aleja hasta 961 UA en el afelio, y el planeta menor (87269) 2000 OO 67 se aleja más allá de 1060 UA en el afelio. Cuerpos como estos afectan la manera en que se entiende el Sistema Solar, y atraviesan un área que anteriormente solo estaba en el dominio de las misiones interestelares o sondas precursoras. Después de los descubrimientos, el área también está en el dominio de las sondas interplanetarias; algunos de los cuerpos descubiertos pueden convertirse en objetivos para misiones de exploración, [63] un ejemplo de lo cual es el trabajo preliminar en una sonda a Haumea y sus lunas (a 35-51 UA). [64] La masa de la sonda, la fuente de energía y los sistemas de propulsión son áreas tecnológicas clave para este tipo de misión. [63] Además, una sonda más allá de las 550 UA podría usar el Sol mismo como una lente gravitacional para observar objetivos fuera del Sistema Solar, como sistemas planetarios alrededor de otras estrellas cercanas, [65] aunque se han notado muchos desafíos para esta misión. [66]
en 1964, Robert D. Enzmann, de la Raytheon Corporation, propuso un arca interestelar impulsada por ocho cohetes de pulso nuclear. El espacio habitable de la nave espacial, habitable para 200 personas pero con espacio para crecer, ...
