la versión original de esta historia apareció en Revista Quanta.
En octubre, está previsto el lanzamiento de un cohete Falcon Heavy desde Cabo Cañaveral, en Florida, que transportará la misión Europa Clipper de la NASA. La misión de 5 mil millones de dólares está diseñada para descubrir si Europa, la cuarta luna más grande de Júpiter, puede albergar vida. Pero debido a que Europa es bombardeada constantemente por una intensa radiación creada por el campo magnético de Júpiter, la nave espacial Clipper no puede orbitar la luna misma. En cambio, se deslizará hacia una órbita excéntrica alrededor de Júpiter y recopilará datos pasando repetidamente por Europa (53 veces en total) antes de retirarse de lo peor de la radiación. Cada vez que la nave espacial orbite Júpiter, su trayectoria será ligeramente diferente, lo que garantizará que pueda tomar fotografías y recopilar datos desde los polos de Europa hasta su ecuador.
Para planificar recorridos complicados como este, los planificadores de trayectorias utilizan modelos informáticos que calculan meticulosamente la trayectoria paso a paso. La planificación tiene en cuenta cientos de requisitos de la misión y está respaldada por décadas de investigación matemática sobre las órbitas y cómo unirlas en recorridos complicados. Los matemáticos ahora están desarrollando herramientas que esperan puedan usarse para crear una comprensión más sistemática de cómo se relacionan las órbitas entre sí.
“Lo que tenemos son los cálculos anteriores que hemos hecho, que nos guían mientras hacemos los cálculos actuales. Pero no es una imagen completa de todas las opciones que tenemos”, dijo Daniel Scheeresingeniero aeroespacial de la Universidad de Colorado, Boulder.
«Creo que esa fue mi mayor frustración cuando era estudiante», dijo Dayung Koh, ingeniero del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. «Sé que estas órbitas están ahí, pero no sé por qué». Dado el costo y la complejidad de las misiones a las lunas de Júpiter y Saturno, no saber por qué las órbitas están donde están es un problema. ¿Qué pasaría si existiera una órbita completamente diferente que pudiera realizar el trabajo con menos recursos? Como dijo Koh: “¿Los encontré a todos? ¿Hay más? No puedo decir eso”.
Después de obtener su doctorado en la Universidad del Sur de California en 2016, Koh se interesó en cómo se pueden catalogar las órbitas en familias. Las órbitas jovianas que están lejos de Europa forman una familia de este tipo; también lo hacen las órbitas cercanas a Europa. Pero otras familias son menos obvias. Por ejemplo, para dos cuerpos cualesquiera, como Júpiter y Europa, hay un punto intermedio donde los efectos gravitacionales de los dos cuerpos se equilibran para crear puntos estables. Las naves espaciales pueden orbitar este punto, aunque no haya nada en el centro de la órbita. Estas órbitas forman una familia llamada órbitas de Lyapunov. Agregue un poco de energía a esa órbita encendiendo el motor de una nave espacial y al principio permanecerá en la misma familia. Pero agregue lo suficiente y pasará a otra familia, digamos, una que incluya a Júpiter dentro de sus órbitas. Algunas familias de órbitas pueden requerir menos combustible que otras, permanecer expuestas a la luz del sol en todo momento o tener otras características útiles.
