Los planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, son algunos de los más imponentes de nuestro sistema solar y tienen una gran importancia para la investigación espacial y nuestra comprensión del gran universo.

Sin embargo, siguen siendo los menos explorados, especialmente los «gigantes de hielo» Urano y Neptuno, debido a su distancia de la Tierra y las condiciones extremas que las naves espaciales deben sobrevivir para ingresar a sus atmósferas. Como tales, también son los planetas menos entendidos del sistema solar.

Nuestra investigación en curso analiza cómo superar las duras condiciones de entrada experimentadas durante las misiones a planetas gigantes. Mientras esperamos futuras misiones potenciales, esto es lo que podemos esperar.

Pero primero, ¿qué son los planetas gigantes?

A diferencia de los planetas rocosos, los planetas gigantes no tienen una superficie para aterrizar. Incluso en sus atmósferas más bajas permanecen gaseosos, alcanzando presiones extremadamente altas que aplastarían cualquier nave espacial mucho antes de que pudiera aterrizar en algo sólido.

Hay dos tipos de planetas gigantes: gigantes gaseosos y gigantes de hielo.

Los más grandes Júpiter y Saturno son gigantes gaseosos. Estos están hechos principalmente de hidrógeno y helio, con una capa gaseosa exterior y una capa «metálica» parcialmente líquida debajo. También se cree que tienen un pequeño núcleo rocoso.

Urano y Neptuno tienen atmósferas exteriores y núcleos rocosos similares, pero su capa interna está formada por un 65% de agua y otros llamados «hielos» (aunque técnicamente permanecen líquidos) como el metano y el amoníaco.

Tirachinas al borde del sistema solar

Cualquier misión a un planeta gigante es extremadamente difícil. Aún así, ha habido algunas misiones pasadas enviadas a los gigantes gaseosos.

La misión Galileo de la NASA de 1989 tuvo que lanzarse alrededor de Venus y la Tierra para darle suficiente impulso para llegar a Júpiter, que estuvo en órbita durante ocho años. La misión Juno de 2011 pasó cinco años en tránsito, utilizando un sobrevuelo alrededor de la Tierra para llegar a Júpiter (que todavía orbita).

De manera similar, la misión Cassini-Huygens dirigida por la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) tardó siete años en llegar a Saturno. La nave espacial pasó 13 años explorando el planeta y sus alrededores, y lanzó una sonda para explorar la luna de Saturno, Titán.

Los tiempos de vuelo se vuelven aún más largos para los dos gigantes de hielo, que están mucho más lejos del Sol. Ninguno ha tenido una misión dedicada hasta ahora.

Un viaje complejo

La última y única nave espacial que visitó los gigantes de hielo fue la Voyager 2, que sobrevoló Urano en 1986 y Neptuno en 1989.

Si bien se está generando un impulso para un regreso, no será simple. Si lanzamos durante las próximas ventanas de lanzamiento convenientes de 2030–34 para Urano y 2029–30 para Neptuno, los tiempos de vuelo variarían de 11 a 15 años.

Un problema importante es el poder. La nave espacial Juno es el objeto más distante del Sol que ha utilizado paneles solares. Gira alrededor de Júpiter, que está cinco veces más lejos del Sol que la Tierra. Sin embargo, donde las células solares de Juno generarían 14 kilovatios de potencia continua en la Tierra, solo generan 0,5 kW en Júpiter.

Mientras tanto, Urano y Neptuno están 20 y 30 veces más lejos, respectivamente, del Sol que la Tierra. La energía para estas misiones tendría que generarse a partir de la descomposición radiactiva del plutonio (la fuente de energía para las misiones Galileo y Cassini).

Esta descomposición radiactiva puede dañar e interferir con los instrumentos. Por lo tanto, está reservado para las naves espaciales que realmente lo necesitan, como las misiones que operan lejos del Sol.

Luchando contra el calor

La escala masiva de los planetas gigantes significa que las velocidades de órbita de las naves espaciales entrantes son increíblemente rápidas. Y estas velocidades calientan mucho la nave espacial.

La sonda Galileo entró en la atmósfera de Júpiter a 47,5 kilómetros por segundo, sobreviviendo a las condiciones de entrada más duras jamás experimentadas por una sonda de entrada. La capa de choque que se formó en la parte delantera de la nave espacial durante la entrada alcanzó una temperatura de 16.000 ℃, alrededor de tres veces la temperatura de la superficie del Sol.

Aun así, se descubrió que la distribución de la masa del escudo térmico era ineficiente, lo que demuestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo ingresar a planetas gigantes.

Las futuras misiones de sonda propuestas a Urano y Neptuno ocurrirían a velocidades de entrada más lentas de 22 km/s y 26 km/s, respectivamente.

Para ello, la NASA ha desarrollado un material resistente pero relativamente ligero tejido a partir de fibra de carbono, llamado HEEET (Heatshield for Extreme Entry Environment Technology), diseñado específicamente para sobrevivir a la entrada en planetas gigantes y Venus.

Si bien el material ha sido probado con un prototipo a gran escala, aún tiene que volar en una misión.

Los siguientes pasos

En 2024, la misión Europa Clipper de la NASA se lanzará para investigar la luna Europa de Júpiter, que se cree que alberga un océano de agua líquida debajo de su superficie helada, donde se pueden encontrar signos de vida. La misión Dragonfly, cuyo lanzamiento está previsto para 2026, tendrá como objetivo buscar signos de vida en la luna Titán de Saturno.

Hay planes para una misión conjunta de la NASA y la ESA para visitar uno de los gigantes de hielo dentro de la próxima ventana de lanzamiento. Pero si bien ha habido una amplia preparación, aún no se ha decidido qué gigante de hielo se visitará.

Se está considerando una sola misión a ambos planetas. También se planea una sonda de entrada. Pero si la misión visita ambos planetas, no se ha decidido qué atmósfera del planeta explorará la sonda.

Si queremos cumplir con la próxima ventana de lanzamiento, los conceptos de misión esperados deberán finalizarse para 2025, a más tardar. En otras palabras, se acerca el momento crucial.

Si una misión sigue adelante, los dos objetivos más importantes para los científicos de la NASA serán determinar la composición interior de los gigantes de hielo (exactamente de qué están hechos) y su composición (cómo se forman).

Otros objetivos incluirán el estudio de sus campos magnéticos, que son muy diferentes a los gigantes gaseosos y todos los demás tipos de planetas.

También querrán estudiar el calor liberado por Urano y Neptuno, que tienen temperaturas promedio de alrededor de -200 ℃. Todos los planetas gigantes están destinados a enfriarse muy lentamente, ya que liberan la energía obtenida durante su formación.

Esta liberación de calor se puede detectar para Júpiter, Saturno y Neptuno. Sin embargo, Urano no parece liberar calor, y los científicos no saben por qué.