LA NASA MUESTRA EL ARMA GRANDE PARA LA CIENCIA DE IMPACTOS DE ASTEROIDES


Fotografía de alta velocidad que muestra las consecuencias de un proyectil que golpea una superficie planetaria, simulado en la cámara de vacío de la pistola.
Cortesía de Peter Schultz.




Una vista desde arriba de la instalación de tiro en el Ames Research Center.

Justo antes de que se prepare para disparar un proyectil en el cañón de 14 pies de una pistola vertical, el científico planetario Peter Schultz se vuelve hacia mí y me da una sonrisa apologética.

“Hay algo que tienes que hacer”, dice, mientras su estudiante graduado se ríe. “Tienes que asumir la posición de Gault”.

Resulta que la posición de Gault implica cruzar su dedo índice sobre su parte media, su dedo anular sobre su meñique, luego cruzar los dos brazos uno sobre el otro y finalmente cruzar las piernas (mientras está de pie). Schultz lo asume, explicando que sirve como una medida de buena suerte, al igual que su estudiante graduado y los otros ingenieros en la sala de control de armas. Cumplo, al igual que el fotógrafo de WIRED Ariel Zambelich.

“Estamos armados”, llama alguien. “El voltaje se ve bien”. Un klaxon zumba y, segundos más tarde, se escucha el sonido de una poderosa explosión en la habitación de al lado. Una ráfaga de llamas y arena aparece en la pantalla de la computadora frente a nosotros y, de esa manera, la gama Ames Vertical Gun de la NASA ha proporcionado un nuevo conjunto de datos para la ciencia.

La pistola es una herramienta fantástica para estudiar los efectos de los impactos de meteoritos en diferentes lugares del Sistema Solar. Verás, que la Tierra es algo así como una anomalía. La mayoría de los otros cuerpos rocosos están cubiertos por innumerables cráteres que van desde el tamaño de los continentes hasta el tamaño de los granos de arena. La tectónica activa de nuestro planeta recicla su corteza, borrando las cicatrices a largo plazo que provienen de vivir en un Sistema Solar lleno de escombros. Pero casi todos los demás planetas rocosos, la Luna, los asteroides y los cometas están recubiertos de marcas, un testimonio de cuán generalizados e importantes han sido los impactos en la historia de nuestro Sistema Solar.

A lo largo de sus casi 50 años de carrera, la pistola se utilizó para descubrir por qué las cicatrices de un impacto se ven diferentes en Marte que en Venus. Ha ayudado a explicar cómo “el Hombre en la Luna pudo haber captado su rostro”. Y ha proporcionado datos clave para muchas misiones de la NASA, en particular la nave espacial Deep Impact , que disparó un proyectil contra un asteroide.

Peter Schultz , quien enseña geociencias en la Universidad de Brown, ha hecho gran parte de esta investigación. Ha trabajado en el campo de las armas durante 33 años, convirtiéndose en su principal investigador en 2012, y sabe mucho sobre su historia y desarrollo.


El científico planetario Peter Schultz, investigador principal en el “Vertical Gun Range” en Ames.

Donald Gault (frente), quien ayudó a diseñar y construir la gama de pistolas verticales Ames, se encuentra con William Quaide (en la escalera) cuando la instalación era nueva. Crédito: NASA/Ames Research Center.

Aunque se llama arma, la instalación no se parece mucho a ningún arma de fuego que hayas visto. El chasis principal es un largo tubo de metal tan grueso como un cañón montado en un enorme mástil rojo que se bifurca al final en dos patas. Schultz explica que el mástil rojo fue utilizado una vez para sostener misiles Nike-Hércules MIM-14 que sirvieron como una defensa antibalística contra las ojivas nucleares soviéticas. Este conjunto apunta a un enorme cilindro rotativo y se puede mover hacia arriba y hacia abajo en incrementos de 15 grados para simular un impacto de meteorito en diferentes ángulos. Toda la máquina se encuentra en un edificio industrial de 3 pisos en el campus Ames de la NASA.

El cañón de 14 pies (4.27 metros) de largo y su cabezal. Crédito: NASA/Ames Research Center.

En el extremo opuesto del tubo de metal (cañón), se utiliza una explosión de pólvora para comprimir gas hidrógeno hasta 1 millón de veces la presión atmosférica. El gas comprimido se libera y se envía por el tubo de lanzamiento, disparando un proyectil a velocidades entre 7,000 y 15,000 mph (11.200 km/h y 24.000 km/h). El disparo ingresa al cilindro, en el que se mantiene una presión baja o incluso un vacío, y golpea un plato lleno de diferentes materiales que simula todo lo que los investigadores están estudiando del cuerpo planetario. Las cámaras de alta velocidad montadas en ventanas alrededor del cilindro registran las consecuencias del impacto en hasta 1 millón de cuadros por segundo.

Cámaras de alta velocidad, disparan más de un millón de cuadros por segundo para capturar en detalle una explosión simulada de meteorito. Crédito: NASA/Ames.

El origen. Estudiando el regolito lunar para las misiones Apolo.

El origen tanto de la instalación como de la posición extraña que me vi obligado a tomar provino del planetólogo Donald Gault, quien diseñó y utilizó el equipo para estudiar los impactos en la Luna. Construido en 1965, el arma ayudó a interpretar la información devuelta por las sondas Ranger , que se estrellaron contra la superficie lunar durante la era de Apolo. Los científicos no estaban seguros de la composición exacta del regolito en ese momento y necesitaban saberlo antes de intentar llevar a la gente allí.

“Hubo informes en el momento en que iba a ser muy, muy esponjoso”, dijo Schultz. “Hubo un documento que decía que los astronautas aterrizarían y luego se perderían de vista”.

Usando los datos obtenidos de simulaciones de impactos con el arma, Gault ayudó a descubrir que los astronautas del Apolo no iban a morir por arenas movedizas lunares. Después de que la NASA terminó su objetivo de aterrizar y devolver a los astronautas de manera segura, Gault continuó utilizando el campo de tiro para estudiar la formación de cráteres en la Luna. Cuando se retiró, la NASA planeó silenciar el arma, pero una protesta de la comunidad científica planetaria reabrió el campo de tiro como una instalación nacional. Fue durante este tiempo que Schultz, quien había trabajado con Gault como postdoctorado, fue contratado para asumir el cargo de coordinador científico para el campo de tiro.

Simulando impactos de meteorito en Marte y Venus.

El día que WIRED visitó el arma, Schultz y su estudiante graduada, Stephanie Quintana , simularon los impactos de meteoritos en Marte. Dentro de la cámara de vacío de la instalación había un gran plato gris lleno de polvo de dolomita, que representaba la superficie marciana.

Schultz y Quintana investigaban cómo una explosión de meteorito podría crear una onda de choque de polvo y vapor que formaría un vórtice con velocidades de tres a cuatro veces superiores a las de un tornado, lo que causaría graves daños. Los investigadores ya habían utilizado imágenes satelitales para identificar cicatrices reveladoras (.pdf) en torno a cráteres de impacto reales en Marte. A pesar de que tenían algunas ideas, la forma exacta en que se formaron estas vetas heladas seguía siendo un misterio.

Schultz explicó que dispararían una bolita de espuma de poliestireno de un cuarto de pulgada (0.63 cm) al polvo de dolomita y verían el estallido posterior. Es fácil hablar con él, genial, enérgico y rápido para divulgar interesantes detalles de información sobre los impactos de meteoritos que revelan su amplio conocimiento sobre el tema.

A la izquierda el plato conteniendo polvo de dolomita que simula la superficie en Marte. A la derecha, Peter Schultz muestra el proyectil que será disparado por el arma.
Imagen del interior de la cámara de vacio luego de disparar el proyectil. Se ve el crater formado en la dolomita.

Dos cráteres de impacto de aspecto diferente en dos planetas diferentes. Un pequeño cráter sin nombre en Marte se ve en la parte superior, mientras que el cráter Addams en Venus se ve en la parte inferior.
Créditos:NASA / JPL / ASU . 

“La situación en Marte es totalmente diferente de lo que sucedería en Venus”, dijo. La delgada atmósfera marciana permite que las eyecciones de un impacto se extiendan por todas partes en todas direcciones. Pero la presión atmosférica aplastante de Venus se mantiene en el vapor, evitando que se expanda y actúa “como una olla a presión”, dijo. Cuando un meteorito golpea a Venus, el polvo y los escombros se condensan bajo la presión y llueve como sílice fundida que luego fluye desde el cráter, creando depósitos largos y hermosos que se alejan del lugar del impacto.

En medio de este improvisado curso de comparación de impactos interplanetarios, otro de los estudiantes de Schultz, Megan Bruck Syal , le dice que los datos de uno de sus instrumentos están prontos. Es el espectrómetro, que usarán para analizar la bola de gas y vapor creada durante su simulacro de impacto en la superficie de Marte.

“¡Oh, lo tienes!”, Dijo Schultz, frotándose las manos como un niño esperando un caramelo. Él mira a los espectros, gritos, y luego canta unos compases de “Estamos en el dinero”. “Maldita sea”, dijo. “Esos son bonitos y afilados”.

Cómo se propaga una de choque de impacto en un cuerpo planetario

Está claro que Schultz tiene esa misma pasión por el descubrimiento científico en cada experimento que realiza. Explica una prueba que realizó hace años en la que fabricó esferas transparentes y luego disparó un proyectil en ellas para ver cómo evoluciona una onda de choque dentro de un cuerpo planetario.

El giro interesante se produjo cuando simuló que un meteorito entraba en ángulo con la superficie, un proceso conocido como impacto oblicuo. Con una cámara de alta velocidad, Schultz observó cómo la onda de choque de un impacto golpea una tangente de alrededor de 30 grados propagada hacia adelante. Las vibraciones se extendieron desde el sitio de impacto inicial y luego convergieron en el otro lado de la esfera, pero no directamente opuestas al cráter.

“Apliqué esto para entender cómo haces al hombre en la luna”, dijo.


Animación de alta velocidad de un proyectil estrellándose en una esfera transparente, que modela las ondas de choque de un impacto de meteorito propagándose a través del interior de un planeta.
Animación cortesía de Peter Schultz.

En un extremo lunar se encuentra uno de los cráteres de impacto más grandes del sistema solar, la Cuenca Aitken del Polo Sur, que cubriría la mitad de los Estados Unidos si estuviera en la Tierra. Schultz ha sugerido que la enorme roca que golpeó la Luna hace miles de millones de años para formar ese cráter puede haber entrado en un ángulo oblicuo.

Usando modelos de computadora, calculó que la onda de choque podría haber girado alrededor del lado cercano de la luna, causando un temblor de 10 minutos. Las grietas habrían aparecido en la superficie, abriéndose y cerrándose, y agrietándose nuevamente. Esto podría haber creado algo así como una bomba que permitió que el magma ascendiera a la superficie lunar, que surgió como lava que cubrió las enormes áreas conocidas como Mare Imbrium y Oceanus Procellarum, las principales características cercanas que los humanos han observado durante milenios.

Una habitación en el mismo edificio que la gama de pistolas tiene estantes llenos de miscelánea, que se asemejan a algo como un garaje para la instalación. Aquí, Schultz me mostró algunos resultados de sus experimentos anteriores. Un grueso bloque plano de aluminio presenta un marcado pozo. Básicamente es un cráter de impacto que puedes sostener en tu mano, y fue increíble ver los detalles: el piso del cráter deprimido, el borde elevado, los rayos brillantes que se extienden hacia atrás desde el lugar del impacto.

Recreando el impacto que formó el crater de Chicxulub.

Rápidamente tienes la sensación de que Schultz se divierte con muchos de sus experimentos. Me mostró un video de alta velocidad de un impacto que simuló la explosión en el cráter de Chicxulub hace 65 millones de años, terminando el reinado de los dinosaurios. Pequeños juguetes de plástico de dino se habían colocado alrededor del plato impactado. La película mostraba la ola de escombros que se levantaba y se expandía más allá de los juguetes.

Recreando el impacto que mató a los dinosaurios. Los dinosaurios murieron después de un ataque masivo de asteroides con mil millones de veces más energía que la bomba atómica lanzada sobre Hiroshima. El equipo de NASA/Ames dirigido por Peter Scultz, estudia el impacto para aprender más. Crédito: Peter Schultz, NASA /Ames Research Center.

“¡Oh no! Nooo ”, dijo en un gemido agudo, dando voz a los dinosaurios de plástico experimentando la mayor parte de la explosión.

La Misión “Deep Impact”.

Aparte del tiempo de juego, en realidad es esta cortina de polvo que emana de un sitio de impacto lo que le da a Schultz mucha de su información. La gama de ametralladoras de Ames fue fundamental para interpretar los resultados de la misión Deep Impact de la NASA, que disparó un proyectil en la superficie del cometa Tempel 1 en 2005 y fotografió el penacho resultante.

El tiro al blanco que muestra el proyectil de Deep Impact golpeando al cometa Tempel CréditoNASA / JPL-CALTECH / UMD.

Schultz utilizó la gama de pistolas para realizar muchos experimentos simulando diferentes escenarios que podrían haber surgido en función de la composición del cometa. Cuando las primeras imágenes de Deep Impact se enviaron de regreso a la Tierra, él estaba listo, a pesar de que los científicos tenían muchas dificultades para mirar a través de los escombros para ver el lugar del impacto. Algunos de sus experimentos previos predijeron que la columna tendría “una apariencia del tipo de pantalla al revés, entonces tendría una columna vertical”, dijo Schultz.

“Y eso es lo que vimos”, dijo. “Sabíamos que si el cometa tuviera una densidad muy baja pero especificada, afectaría la forma en que el material salía del cráter”.

Deep Impact mostró que el Tempel 1 era mucho más seco y polvoriento de lo que los científicos habían creído previamente. Los investigadores pudieron interpretar los resultados tan rápidamente debido a los extensos experimentos con el arma.

La gama tiene pocos rivales en el mundo de la balística. Ames mantiene otras dos instalaciones , la Instalación aerodinámica de vuelo libre de hipervelocidad, utilizada para probar el reingreso del vehículo a la atmósfera, y la Instalación de tubos de arco eléctrico de descarga eléctrica, que realiza experimentos con radiación. En los últimos años, se han construido algunos nuevos rangos de pistolas en otros laboratorios, pero ninguno tiene la cámara grande y la alta velocidad de disparo de este.

Teniendo en cuenta que es una pieza de tecnología de medio siglo de antigüedad, le pregunté a Schultz si alguna vez se podría reemplazar el alcance de la pistola. Los avances en la velocidad de las computadoras y los procesadores han hecho que el modelado de fenómenos muy complejos sea mucho más fácil de realizar en forma digital. Se quedó pensativo por un momento.

“No lo creo”, dijo finalmente. “Cuando haces un impacto, tienes complejidades en todas las escalas. Estamos viendo cosas a una centésima parte del diámetro del proyectil, y no creo que puedas hacer eso en una computadora y obtener todas las cosas a gran escala al mismo tiempo “.

“Parte de mi alegría es encontrar cosas que las computadoras no pueden hacer”, dijo sonriendo. “Lo bueno es que cada vez que disparamos, siempre estamos haciendo algo un poco diferente. Así que es emocionante ver qué pasa “.

“Tengo que ver volar las chispas”, dijo. “Nunca envejece, simplemente nunca envejece”.

Fuente del artículo: Wired.

Artículo original: “NASA Brings Out the Big Gun for Asteroid Impact Science.” Adam Mann. Aug. 19, 2013.

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