Durante todos los milenios que la humanidad lleva mirando las estrellas y décadas lanzando sondas para explorar nuestro universo, sólo dos naves espaciales que transportaban instrumentos de trabajo han logrado escapar del burbuja de espacio gobernada por nuestro sol.
El nave espacial gemela Voyager lanzado en 1977 en una gira épica por los planetas exteriores; ambos pasaron por Júpiter y Saturno, mientras que la Voyager 2 agregó Urano y Neptuno al itinerario. Desde entonces, las dos naves espaciales han viajado hacia el exterior y varios de sus instrumentos han continuado sus observaciones a pesar de los desafíos de Tecnología obsoleta y suministros de energía menguantes.. Y el 16 de diciembre de 2004, la Voyager 1 alcanzó el shock de terminación, el comienzo de su transición de un año de duración. al espacio interestelar. La Voyager 2 cruzó el mismo umbral en 2007. En los años transcurridos desde entonces, la nave espacial ha estado brindando a la humanidad la única muestra directa de lo que hay en las afueras y más allá de la burbuja de la influencia del sol en el espacio, un área que los científicos llaman heliosfera.
“Ahora sabemos lo poco que sabemos sobre la heliosfera”, dice Merav Opher, físico espacial de la Universidad de Boston. “Es mucho más complejo, mucho más dinámico de lo que pensábamos”.
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Esto es lo que los científicos sí saben: nosotros, los terrícolas cotidianos, podemos pensar de manera simplista que el sol es una bola compacta de luz distante, en parte porque nuestra lujosa atmósfera nos protege de los peores peligros de nuestra estrella. Pero en realidad el sol es una masa turbulenta de plasma y magnetismo que se irradia a lo largo de miles de millones de kilómetros en forma de viento solar, que es una corriente constante de plasma cargado que fluye desde nuestra estrella. El campo magnético del sol viaja con el viento solar y también influye en el espacio entre los planetas. La heliosfera crece y se contrae en respuesta a cambios en los niveles de actividad del sol en el transcurso de un ciclo de 11 años.
“Se ven estos dramáticos altibajos, mínimos y máximos, caídas y picos de 11 años en toda la heliosfera”, dice Jamie Rankin, físico espacial de la Universidad de Princeton y científico adjunto del proyecto de la misión Voyager. Y, señala, los astrónomos de todo tipo están atrapados dentro de ese trasfondo caótico de maneras que pueden afectar o no sus datos e interpretaciones. “Cada una de nuestras mediciones hasta la fecha, hasta que las Voyager cruzaron la heliopausa, se ha filtrado a través de las diferentes capas del sol”, dice Rankin.
La Voyager 1 cruzó la heliopausa, o el borde de la heliosfera, en agosto de 2012. En una dirección diferente, la Voyager 2 cruzó otra parte de la heliopausa en noviembre de 2018.
En su viaje al espacio interestelar, las Voyager tuvieron que cruzar una serie de límites: primero un choque terminal a unos siete mil u ocho mil millones de millas del Sol, donde el viento solar comienza abruptamente a disminuir, luego la heliopausa, donde la presión hacia afuera La presión del viento solar es igual a la presión interna del medio interestelar. Entre estos dos límites marcados se encuentra la heliovaina, una región donde el material solar continúa ralentizándose e incluso invirtiendo su dirección. El viaje a través de estos límites llevó a la Voyager 1, la más rápida de las sondas gemelas, casi ocho años; tal es la inmensidad de la escala en juego.
Más allá de la heliopausa está el espacio interestelar, en el que entró la Voyager 1 en 2012 y la Voyager 2 en 2018. Es un entorno muy diferente al que hay dentro de nuestra heliosfera: más tranquilo pero difícilmente inactivo. “Es una reliquia del entorno en el que nació el sistema solar”, dice Rankin sobre el medio interestelar. En su interior se encuentran fragmentos atómicos energéticos llamados rayos cósmicos galácticos, así como polvo expulsado por estrellas moribundas a lo largo de los eones del universo, entre otros ingredientes.
El medio interestelar varía a lo largo de la galaxia, con áreas más densas y más tenues que se alternan a lo largo de la galaxia. Vía Láctea brazos en espiral. Nuestro sol y la burbuja que crea atraviesan este medio interestelar, y la interacción entre la dinámica del sol y el medio interestelar influye en la forma de la heliosfera.
Sin embargo, los científicos aún no saben cuál es realmente esa forma. La forma de la heliosfera puede parecerse a la de un cometa, con una cola larga detrás de una nariz compacta donde el sol empuja hacia el espacio interestelar. O tal vez la interacción entre el campo magnético del Sol y el medio interestelar moldea la burbuja en forma de croissant, con dos lóbulos siguiendo a nuestra estrella. La forma de la heliosfera también podría adoptar alguna otra forma que los científicos ni siquiera han considerado todavía; La certeza es difícil desde nuestra visión limitada de la Tierra. “Es como si fuéramos peces de colores tratando de medir nuestra pecera desde el interior, y ni siquiera podemos llegar a los bordes”, dice Sarah Spitzer, física espacial del Instituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, Israel.
Las sondas Voyager son excepciones accidentales a este desafío. Las naves espaciales gemelas fueron diseñadas como exploradoras de los planetas exteriores, y el programa proporcionó a la humanidad las primeras (y hasta ahora únicas) vistas de cerca de Urano y Neptuno. En 1989, estas observaciones estaban completas, pero las sondas todavía gozaban de buena salud. Así que la NASA los mantuvo en funcionamiento, aunque apagó los instrumentos que no producirían datos interesantes sin planetas que observar. Pasaron los años y las Voyager viajaron cada vez más lejos, nadando hacia las paredes de nuestra pecera cósmica.
“Las Voyager se parecen mucho a biopsias de la heliosfera. …No sabemos nada sobre la estructura tridimensional global de la heliosfera exterior sólo a partir de estos dos conjuntos de puntos”.
Pero los peces dorados no se quedaron de brazos cruzados. En 2008, la NASA lanzó el Interstellar Boundary Explorer (IBEX), que orbita la Tierra y toma muestras de partículas, llamadas átomos energéticos neutros, que fluyen desde el borde de la heliosfera. Los científicos pueden utilizar las mediciones del IBEX de las características de estas partículas para reconstruir algo de lo que está sucediendo allá afuera, a miles de millones de kilómetros de distancia.
Entre las contribuciones clave del IBEX se encuentra el descubrimiento de una cinta de átomos neutros energéticos que cubren la heliofunda. Los científicos creen que la cinta puede ser causada por partículas que rebotan dentro y fuera de la heliosfera. Pero en un ejemplo de mala suerte cósmica, la nave espacial Voyager no pudo estudiar directamente la cinta de IBEX: pasaron rápidamente por ambos lados. “Justo entre ellos se encuentra la cosa más grande y deslumbrante de la heliosfera exterior”, dice David McComas, físico espacial de la Universidad de Princeton e investigador principal del IBEX.
Es exactamente el tipo de situación que muestra las limitaciones de confiar en observaciones locales de algo tan abarcador como la vasta burbuja de influencia de nuestra estrella. “Las Voyager se parecen mucho a las biopsias de la heliosfera”, dice McComas. “No sabemos nada sobre la estructura tridimensional global de la heliosfera exterior sólo a partir de estos dos conjuntos de puntos”.
IBEX todavía está observando, habiendo durado mucho más de lo planeado originalmente, y la nave espacial ha logrado recopilar datos a lo largo de un ciclo solar completo de 11 años para observar la respuesta de la heliosfera a la actividad del sol. Pero McComas también está trabajando arduamente para preparar otra misión que lidera para su lanzamiento el próximo año. Describe la misión Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) como “IBEX con esteroides”, con las mismas capacidades básicas pero con resoluciones más nítidas y con mediciones adicionales agregadas, como el análisis de granos de polvo interestelar (restos de estrellas muertas). que se cuelan en el sistema solar.
Mientras tanto, otros científicos están planeando recopilar más observaciones directamente de la región. Una nave espacial más ya está en camino de seguir a las Voyager fuera de la heliosfera: La misión Nuevos Horizontes de la NASAque pasó zumbando por Plutón en 2015. Después de estudiar el planeta enano (y, en 2019, un objeto rocoso aún más distante llamado Arrokoth), la nave espacial está en camino de cruzar la heliopausa en quizás una década más o menos. Y Los científicos esperan que sus instrumentos sigan funcionando.listo para la tercera expedición de la humanidad más allá de la influencia del sol.
Los científicos también han diseñado una posible misión, denominada Sonda interestelarque, a diferencia de las Voyager y New Horizons, está diseñada para iluminar los confines de la heliosfera y más allá. Utilizaría un cohete masivo para salir rápidamente del sistema solar, llevando instrumentos diseñados para estudiar plasma y campos magnéticos en lugar de cuerpos rocosos e idealmente viajaría lo suficientemente lejos como para mirar hacia atrás y discernir la elusiva forma de nuestra heliosfera desde la distancia. Pero esa misión no fue recomendada como una prioridad por una encuesta decenal publicada recientemente que trazó la heliofísica estadounidense para la próxima década, y esto perjudica las posibilidades de que los científicos de la nación tomen muestras del medio interestelar en el corto plazo. (Los investigadores chinos pueden ser más afortunados porque el país esta persiguiendo una misión interestelar propia.)
Por ahora, los científicos todavía están atrapados estudiando detenidamente las señales que llegan desde las Voyager. En cierto modo, es una gran cantidad de información: aproximadamente dos décadas de datos sobre el límite del espacio interestelar y lo que hay más allá de dos naves en dos ubicaciones diferentes. Y los retornos son ricos en rarezas, con una nave espacial aparentemente cruzando el choque terminal cinco veces diferentes, tal vez mientras la heliosfera entraba y salía en sincronía con la fuerza fluctuante del viento solar. Pero las observaciones lejanas de las Voyager son también meras migajas de pan, tentadoras vislumbres de una región que se encuentra cerca de fuera de nuestro alcance: exactamente el tipo de datos que plantean más preguntas que respuestas.
Una cosa es segura: no importa cuándo termine su misión, la nave espacial Voyager dejará a los científicos con ganas de más datos del espacio interestelar. “Los instrumentos se apagarán antes de que tengamos una imagen completa”, dice Opher. “Pero tener las Voyager extendidas tanto como sea posible no tiene precio”.