Júpiter es el más grande de todos los planetas del Sistema Solar, con sus 70.000 kilómetros de diámetro y una masa superior a la suma de la del resto de planetas, y se encuentra situado a una distancia cinco veces mayor a la que separa la Tierra del Sol. Se trata de un planeta gaseoso, compuesto principalmente de helio e hidrógeno, sin superficie sólida, cuya atmósfera ocupa una gran parte de su volumen total. Además, posee una magnetosfera extensa formada por un campo magnético de gran intensidad. De hecho, después del campo magnético del Sol, el campo magnético de este planeta es la estructura de mayor tamaño en todo el Sistema Solar.

El sistema joviano se compara a menudo con un Sistema Solar en miniatura. En 1979, la misión Voyager 1 descubrió que el planeta se encuentra rodeado por un importante sistema de anillos y gran cantidad de satélites (más de noventa registrados hasta la fecha). De estos, destacan por su tamaño las cuatro lunas galileanas: Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, descubiertas en 1610 por Galileo Galilei.

Ío es el objeto con mayor actividad volcánica de todo el Sistema Solar y se cree que, bajo la superficie de los otros tres - Europa, Ganímedes y Calisto-, pueden hallarse océanos de agua salada. La presencia de agua líquida es una característica imprescindible para que un cuerpo sea candidato a albergar vida, algo que, de momento, solo se ha hallado en un lugar en el universo: la Tierra.

La superficie de Europa está compuesta en su mayor parte por hielo de agua y hay indicios de que podría estar cubriendo un océano de agua o hielo en suspensión. Se cree que Europa posee el doble de agua que nuestro planeta. Esta luna es de gran interés por su potencial para tener una zona habitable en la subsuperficie, ya que en la Tierra se han encontrado formas de vida cerca de volcanes subterráneos y en otros lugares extremos que pueden ser análogos a lo que podría existir allí.

Ganímedes, por su parte, es el satélite de mayor tamaño del Sistema Solar, mayor incluso que Plutón y Mercurio, y es la única luna de nuestro sistema que genera su propio campo magnético. Presenta una amplia gama de características superficiales con edades muy diferentes, ofreciendo un registro geológico que abarca varios miles de millones de años. Tiene un océano subsuperficial y una relación compleja con el entorno alrededor de su planeta progenitor (el campo magnético intrínseco de Ganímedes ha generado una magnetosfera dentro de la mayor de Júpiter, con la que interactúa).

Por último, Calisto posee una superficie muy antigua, plagada de cráteres, que no parece haber estado geológicamente activa desde hace unos mil millones de años. Este satélite parece tener un campo magnético que no se genera internamente, como el de Ganímedes, sino que se produce o bien por un gran depósito de líquido que se esconde bajo su cubierta helada, o bien debido a interacciones en su atmósfera superior ionizada. Es el satélite galileano menos evolucionado geológicamente y, por ello, su estudio puede revelar información única sobre su formación inicial y sobre el origen del sistema de Júpiter.

Estos tres satélites conforman las llamadas lunas heladas de Júpiter, que, junto al planeta en sí, son los objetivos principales de la nueva misión JUICE de la Agencia Espacial Europea.

LA MISIÓN JUICE

JUICE (JUpiter Icy Moons Explorer), el Explorador de las Lunas de Hielo de Júpiter, fue seleccionado en 2012 como la primera misión a gran escala del programa Cosmic Vision 2015-2025 de la ESA, que se basa en cuatro temas clave: ¿cuáles son las condiciones para la formación de planetas y la aparición de la vida?, ¿cómo funciona el Sistema Solar?, ¿cuáles son las leyes físicas fundamentales del universo? y ¿cómo se originó el universo y de qué está hecho? Esta misión busca dar algunas respuestas a las dos primeras preguntas.

JUICE estudiará la aparición de mundos habitables alrededor de gigantes gaseosos y utilizará el sistema de Júpiter como arquetipo de los numerosos planetas gigantes que ahora se sabe que orbitan alrededor de otras estrellas. Actualmente, solo se ha hallado vida en la Tierra, pero encontrarla en otras partes del universo ha sido siempre uno de los grandes objetivos de la ciencia espacial.

A fin de investigar las condiciones para la formación de planetas y la aparición de la vida y averiguar cómo funciona el Sistema Solar, la misión explorará la “zona habitable” del gigante gaseoso, caracterizando los océanos, las capas de hielo, la composición, la superficie, el entorno y la actividad de Ganímedes, Europa y Calisto. Asimismo, en un sentido más amplio, estudiará el sistema de Júpiter, caracterizando su atmósfera, su entorno magnético, su sistema de anillos y otros de sus satélites (incluyendo Ío).

ITINERARIO DE LA MISIÓN

Esta misión se lanzará en abril de 2023 (la ventana de lanzamiento va desde el día 5 y 25, con primera fecha de intento de lanzamiento el 13 de abril), desde el Puerto Espacial Europeo de Kourou, en la Guayana Francesa, a bordo de un Ariane 5, uno de los cohetes de carga pesada más exitosos del mundo. Durante sus casi treinta años de servicio, ha volado, entre muchas otras, misiones como el observatorio espacial de rayos X XMM-Newton, la sonda Rosetta, los dos satélites de BepiColombo o, más recientemente, el telescopio espacial James Webb. JUICE será la última misión de este cohete, que será remplazado por el Ariane 6.

Una vez en el espacio, una serie de sobrevuelos gravitatorios del sistema Tierra-Luna (agosto de 2024), de Venus (agosto de 2025) y de la Tierra (septiembre de 2026, enero de 2029), intercalados por las continuas órbitas alrededor del Sol, pondrán a la nave en ruta hacia Júpiter, al que llegará en julio de 2031. El sobrevuelo de JUICE al sistema Tierra-Luna, conocido como asistencia gravitatoria Luna-Tierra (LEGA), será una primicia mundial ya que, al realizar esta maniobra -un sobrevuelo de la Luna con asistencia gravitatoria seguido tan solo 1,5 días después por otro de la Tierra-, la nave podrá ahorrar una cantidad significativa de carburante en su viaje.

JUICE iniciará su misión científica unos seis meses antes de entrar en órbita alrededor de Júpiter, realizando observaciones a medida que se acerque a su destino.

Entre julio de 2031 y noviembre de 2034 realizará treinta y cinco sobrevuelos de las lunas heladas (dos de Europa, doce de Ganímedes y veintiuno de Calisto). En total, durante su estancia en la órbita de Júpiter, pasará cuatro años realizando observaciones detalladas de Júpiter, Ganímedes, Calisto y Europa. En diciembre de 2034 entrará en órbita alrededor de Ganímedes, convirtiéndose en la primera nave espacial en orbitar la luna de otro planeta. Con el tiempo, la órbita de JUICE alrededor de Ganímedes decaerá de forma natural -no habrá suficiente carburante para mantenerla- y se precipitará hacia la superficie de la luna (finales de 2035).

NAVE E INSTRUMENTOS

JUICE es una misión liderada por la Agencia Espacial Europea (ESA), con participación de la NASA, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) y la Agencia Espacial de Israel (ISA), y construida por Airbus Defence and Space.

La nave transportará diez instrumentos de última generación (nueve dirigidos por socios europeos y uno por la NASA), con los equipamientos de teledetección, geofísica e in situ más potentes jamás lanzados al Sistema Solar exterior:

• El paquete de teledetección está formado por los instrumentos JANUS -un sistema de cámara óptica-, MAJIS -un espectrómetro de imágenes visibles e infrarrojas-, UVS -un espectrógrafo de imágenes UV- y SWI -un instrumento de ondas submilimétricas-.
• El paquete geofísico incluye un altímetro láser (GALA) y un radar sonda (RIME) para explorar la superficie y el subsuelo de las lunas, y un experimento radiocientífico (3GM) para sondear las atmósferas de Júpiter y sus satélites y medir su campo gravitatorio.
• Y el paquete in situ contiene un potente conjunto de instrumentos para estudiar el entorno de partículas (PEP), un magnetómetro (J-MAG) y un instrumento de ondas de radio y plasma (RPWI), que incluye sensores de campos eléctricos y magnéticos y cuatro sondas de Langmuir.

JUICE también llevará un experimento llamado PRIDE (Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment), que realizará mediciones precisas utilizando radiotelescopios terrestres, y un monitor de radiación (RADEM).

La nave operará en un ambiente extremo y ha sido construida para afrontar una gran cantidad de desafíos.

El sistema joviano es uno de los ambientes con mayor radiación de todo el Sistema Solar, lo que ha hecho imprescindibles los escudos que protegerán el equipamiento más sensible. Asimismo, deberá ser capaz de afrontar temperaturas hostiles (+250°C durante el sobrevuelo de Venus, -230°C en Júpiter), por lo que se le ha instalado un aislamiento multicapa (MLI), para mantener estable la temperatura interna. La larga distancia a la que se encontrará también puede suponer dificultades, tanto para la comunicación como para la carga de energía. Para hacer frente a estos problemas, la nave cuenta con una antena de 2,4 metros para enviar datos a la Tierra -y un potente ordenador de a bordo que resuelve algunos problemas de forma independiente-, y unos paneles solares de 85 metros cuadrados de área para capturar la luz del sol.

PARTICIPACIÓN DEL IAA-CSIC

El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha logrado cultivar durante años un gran prestigio y dilatada experiencia en la construcción de diferentes componentes de la tecnología de las naves espaciales interplanetarias, especialmente en lo que a fuentes de alimentación se refiere. Por ello, los países líderes de diferentes instrumentos espaciales, a la hora de formar los consorcios que diseñarán y construirán el instrumento, eligen el IAA-CSIC como el suministrador de las fuentes de alimentación.

El IAA-CSIC ha proporcionado fuentes de alimentación para la cámara OSIRIS de la misión Rosetta (2004-2015) y del altímetro láser BELA de la misión a Mercurio BepiColombo (2018-actualidad) y está produciendo ahora mismo cuatro fuentes para diferentes instrumentos de la misión Comet Interceptor (2029) a bordo de las naves europeas de la misión.

En el caso de JUICE, forma parte de los consorcios internacionales que han construido dos de los instrumentos: la cámara JANUS (a cargo de la Agencia Espacial Italiana) y el altímetro láser GALA (a cargo de la Agencia Espacial Alemana). Además, para JANUS, ha desarrollado la electrónica de control y ha diseñado y fabricado, en colaboración con la empresa SENER Aeroespacial, la rueda de filtros, una pieza de apenas 724 gramos y 142 milímetros de diámetro que alberga trece filtros científicos, y que supuso un gran reto tecnológico para que la cámara en su totalidad cumpliera con los requerimientos científicos y técnicos impuestos. Las ruedas de filtros de telescopios terrestres son de un tamaño mayor y pueden llegar a pesar decenas de kilos y para la de JANUS se debió realizar un gran trabajo de miniaturización que ahora se está aplicando a futuras misiones espaciales de la ESA.

LA EXPLORACIÓN DEL SISTEMA JOVIANO: JUNO, JUICE Y EUROPA CLIPPER

JUICE se ha construido sobre la base del legado científico y tecnológico de anteriores misiones planetarias y allanará el camino para la futura exploración del Sistema Solar exterior.

En las últimas tres décadas, se han diseñado varias misiones que han tenido como objetivo este coloso de gas - Galileo (1989-2003), Juno (2011- actualidad), JUICE (2023) y Europa Clipper (2024)-, o que lo han observado en su viaje a sus destinos finales - Cassini–Huygens (1997-2017), en su viaje a Saturno, y New Horizons (2006- actualidad), en su camino a Plutón-. JUICE supera las capacidades de misiones anteriores como fueron Galileo y Cassini-Huygens, y su trabajo complementará directamente los resultados de las misiones Juno y Europa Clipper, ambas de la NASA.

Juno se lanzó el 5 de agosto de 2011 y llegó a su objetivo el 4 de julio de 2016, tras un viaje de cinco años y 1700 millones de kilómetros. Su misión consiste en sondear bajo las densas nubes del planeta y responder a preguntas sobre el origen y la evolución de Júpiter, nuestro Sistema Solar y los planetas gigantes en general. Sus descubrimientos han revolucionado nuestra comprensión del gigante gaseoso y de la formación del Sistema Solar: han cambiado nuestra visión del interior del planeta, su campo magnético interno, su atmósfera (incluidos los ciclones polares, la atmósfera profunda y las auroras) y su magnetosfera. La misión inicial fue ampliada y actualmente continúa con su investigación, lo que seguirá haciendo hasta septiembre de 2025, o hasta el final de la vida útil de la nave. Hacia el final de la misión principal, cuyo objetivo era el planeta en sí, a medida que la órbita de la nave evolucionaba, los sobrevuelos de la luna Ganímedes iniciaron la transición de Juno hacia un explorador completo del sistema joviano y, conforme siga evolucionando su órbita, se planea realizar sobrevuelos de las lunas Europa e Ío.

Aunque Juno no coincidirá con JUICE y Europa Clipper (ambos estarán aún en su viaje hacia Júpiter cuando este explorador complete su investigación), su trabajo se ha utilizado para preparar mejor ambas misiones: optimizar las estrategias y la planificación de la observación, las prioridades científicas y el diseño de la misión. Básicamente, Juno está planteando cuestiones sobre el sistema joviano que JUICE y Europa Clipper tratarán de responder.

Europa Clipper, como su nombre indica, es una misión centrada en la luna Europa, que busca estudiar el océano que se cree que existe bajo su superficie y determinar si esta luna helada podría tener condiciones adecuadas para la vida.

JUICE tiene muchos más objetivos: las tres lunas heladas, la atmósfera de Júpiter, la magnetosfera, Ío, otras lunas más pequeñas y los anillos de Júpiter, con un enfoque especial sobre el satélite Ganímedes. No obstante, que haya dos misiones trabajando simultáneamente en el sistema joviano supone una gran oportunidad para la ciencia y, por ello, los equipos científicos de ambas misiones están trabajando juntos para maximizar sus futuros resultados. Aproximadamente una vez al año se organiza una reunión conjunta y los dos equipos están en contacto regular entre estas reuniones. Además, recientemente se ha creado un grupo directivo dedicado a esta colaboración, que incluye a miembros de ambos grupos.

RESULTADOS DE LA MISIÓN

Durante el viaje a Júpiter se recogerán algunas imágenes y datos y esta será la primera información disponible de la misión como tal, pero no será hasta unos seis meses antes de la llegada al planeta cuando comenzará la misión científica en sí. Será en ese momento cuando se tomarán imágenes de Júpiter desde la distancia, que se publicarán poco después.

En febrero de 2032 tendrá lugar el primer sobrevuelo científico de una luna joviana (Ganímedes) y la primera aproximación a Júpiter: entonces se tomarán y difundirán las primeras imágenes realmente interesantes. En cuanto a los primeros resultados científicos, aunque no se puede precisar con exactitud, se estima que llegarán en algún momento de 2032.

¿Y cómo nos llegan estos datos? En 1998, la ESA decidió crear su propia red de seguimiento de sondas del espacio profundo para hacer frente al rápido aumento previsto del número de misiones interplanetarias y, por ello, en la década de los 2000 construyó en Nueva Norcia (Australia) la primera de sus tres Antenas de Espacio Profundo (DSA), de 35 metros de diámetro, a la que siguieron las estaciones de Cebreros (España) y Malargüe (Argentina). Estas tres estaciones terrestres se encuentran separadas unos 120° en longitud, para proporcionar una cobertura continua mientras la Tierra gira. Son estas estaciones, que se gestionan de forma centralizada desde el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC), situado en Darmstadt, Alemania, las que recibirán las datos de JUICE.

La ESA se encargará de transformar los datos de telemetría directamente de la nave espacial en datos brutos. Posteriormente, los datos brutos serán calibrados por el equipo científico de cada instrumento a bordo de la nave, transformados a formato estándar y se almacenarán en el Planetary Science Archive (PSA), alojado en el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC) de la ESA, en Villanueva de la Cañada (Madrid, España). Será en este centro donde se alberguen los datos finales de la misión, que estarán a disposición de todos durante décadas, garantizando así el retorno científico a largo plazo y el apoyo a futuras misiones.