Lo que aprendemos de las señales ruidosas del espacio profundo



Aislado en el desierto de Mojave, el plato DSS-14 de 21 pisos puede escuchar llamadas de sondas espaciales dentro y fuera del sistema solar.

Aislado en el desierto de Mojave, el plato DSS-14 de 21 pisos puede escuchar llamadas de sondas espaciales dentro y fuera del sistema solar. (NASA /)

Buscar. En algún lugar más allá de nuestro sistema solar, donde está muy por debajo de cero, completamente oscuro, y la siguiente estrella más cercana está a un viaje de 400 siglos, una carga eléctrica genera una señal de radio. El problema es débil, unos 22 vatios, no más potencia que la que necesita una bombilla de refrigerador típica. La fuente es Voyager I. Su antena de 12 pies está llamando a casa desde la oscuridad.

Veinte horas después, después de un viaje interestelar épico, esta onda ondulante llegará a la Tierra. Para cuando el ping llega aquí, su fuerza ha disminuido drásticamente, hasta aproximadamente 0.1 billon billonésima parte de un vatio. El viaje de la señal a través de nuestro sistema solar ha terminado, pero su viaje acaba de comenzar. El desafío ahora es mayor que cruzar nuestro rincón de la galaxia; es escuchar y dar sentido a la información dentro del mensaje, el susurro más distante de nuestra propia creación.

Capturar esta pequeña astilla de casi nada requiere oídos altamente entrenados y técnicos. Varios de ellos. Para los Voyagers I y II, toman la forma de tres platos de 21 pisos de altura, cada uno con un diámetro de 230 pies y un peso de casi 3.000 toneladas, colocados de manera uniforme en todo el mundo. Construidos específicamente para escuchar en el espacio profundo, giran hacia el cielo, listos para recibir los informes de estado diarios de las sondas.

Uno de los platos, denominado DSS-14, se cierne sobre un parche solitario del desierto de Mojave del sur de California, aproximadamente a 60 millas de la carretera más cercana. Se encuentra en un pequeño valle, entre montañas bajas y escarpadas, los restos de volcanes muertos hace mucho tiempo. Para acercarte, pasas por dos capas de puertas de seguridad en la base militar de Fort Irwin. Una extensa sesión informativa te presenta a los vecinos, que incluyen municiones sin explotar, tres especies de serpientes de cascabel, arañas de camello, escorpiones y manadas de burros salvajes, que tienen un yen para galopar y morder un trozo de un visitante desprevenido solo por el infierno. de eso.

DSS-14 aparece alrededor de una curva en el camino, de pie como un centinela, proyectando una larga y deformada sombra sobre el brillante suelo del desierto. En lo alto, los buitres de pavo montan el viento por su borde. Todo está en silencio, aparte de las ráfagas y el crujido, crujido, crujido de pasos en la arena. Pero también hay otro sonido, en algún lugar mucho más allá de todo oído humano, mezclado con el zumbido del resto del universo.

El complejo con sede en Fort Irwin, que el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA llamó Goldstone después de una ciudad minera abandonada hace mucho tiempo, también alberga alrededor de una docena de platos más pequeños, el primero de los cuales se puso en línea en 1958. (Una antena Apollo desmantelada aún persigue el terreno cubierto de matorrales. ) Existen campos similares en el monte australiano, en las afueras de Canberra, y en Robledo de Chavela, cerca de Madrid, que se establecieron en 1965. El DSS-14 y sus copias internacionales aumentaron en los años sesenta y setenta. Desde la misión Mercury IV en 1964, estas tres matrices nos han vinculado con cada nave que hemos enviado por encima de la órbita terrestre baja.

El posicionamiento de las orejas gigantes es clave. Los tres sitios están separados por la longitud (separados 120 grados para una cobertura completa de 360) y unidos en proximidad. Proximidad a aproximadamente nada. El aislamiento evita que las señales espaciales de alta potencia y las comunicaciones terrenales, como la charla del control del tráfico aéreo, interfieran entre sí.

Las tres instalaciones y sus antenas comprenden la Red Deep Space, un programa que se ejecuta fuera de la sede de JPL cerca de Pasadena, California. El sistema escucha constantemente los pings y envía comandos a unas 40 sondas, naves espaciales, satélites y rovers. Algunos están tan cerca como la luna. Otros están muy lejos, como Juno zumbando alrededor de Júpiter y New Horizons, que a mediados de 2015 zumbó a Plutón. Y, por supuesto, los Voyagers I y II, ambos lanzados en 1977 para estudiar a Júpiter y Saturno. Son las misiones más antiguas y más remotas que la NASA o el JPL, o cualquiera, supervisan.

Las descargas de los dos Voyagers brindan información sobre el mundo enrarecido del espacio interestelar: observaciones sobre partículas cargadas de baja energía, campos magnéticos y el plasma que representa la mayoría de nuestro universo. Los datos recorren la forma de onda como cadenas de unos y ceros, a una velocidad de 160 bits por segundo (eso es una decimoquinta parte de la información de la conexión de máquina de fax más lenta). Estudiarlo ha ayudado a los físicos a hacer cosas como delinear los contornos de la heliosfera, la burbuja magnética que rodea nuestro sistema solar, y determinar la velocidad del viento del sol.

En un momento en que la NASA está experimentando con sistemas de comunicación basados ​​en luz más rápidos y densos, es fácil suponer que la radio se desvanecerá. Sin embargo, uno nunca eclipsará al otro. A medida que las sondas Voyager llevan la tecnología a sus límites exteriores, proporcionan un recordatorio de todas las ideas únicas que las ondas de radio recopilan a lo largo de su trayectoria de vuelo. El ruido que captan las señales al pasar por planetas, lunas y asteroides proporciona una ventana a nuestro vecindario cósmico. En algunos casos, la estática es tan valiosa como el mensaje en sí.

La llamada Habitación Oscura en JPL controla a más de tres docenas de naves. El personal atiende sus monitores durante todo el día y recibe datos del espacio profundo.

La llamada Habitación Oscura en JPL controla a más de tres docenas de naves. El personal atiende sus monitores durante todo el día y recibe datos del espacio profundo. (AFP / Getty Images /)

Empotrado en el piso de una sala en el campus del Laboratorio de Propulsión a Chorro hay una placa que dice El Centro del Universo. Cada señal de cada objeto que enviamos al sistema solar entra y sale de esta instalación. La llamada Sala Oscura, cuya oscuridad se ilumina con el brillo de docenas de monitores, cuenta con personal las 24 horas del día, los 7 días de la semana, desde los primeros días de la Red del Espacio Profundo. No mucho puede cerrar las operaciones aquí. No llueve, ni la mayoría de los terremotos, ni siquiera un incendio. Cuando se produjo un incendio hace varios años, los ingenieros tendieron las terminales de forma remota a través del humo, para no perder ni una sola llamada desde el espacio.

En este momento, acurrucados alrededor de un par de pantallas, dos hombres barbudos observan una serie de números y líneas codificadas por colores. Es un enlace descendente, proveniente de la sonda Juno, que ha estado orbitando a Júpiter desde 2016. Mike Levesque, quien administra las operaciones de la red y las actividades relevantes de la Sala Oscura, se encuentra cerca, observando y explicando el proceso. "Esos son los operadores de sistemas de datos", dice, señalando a los dos hombres con barba. "Es su trabajo extraer la información de la nave espacial", la temperatura, el combustible, lo que está encendido y lo que está apagado, "y enviarlo al soporte de la misión". En la Voyager I, por ejemplo, de 160 bits, solo 10 son relevantes a los acontecimientos a bordo de la nave.

El resto de los paquetes de datos viajan a otros lugares, principalmente a científicos, no a ingenieros. Al primero le importa qué instrumentos nos dicen sobre el espacio alrededor de la sonda, en lugar de la sonda en sí.

Los dos hombres frente a las pantallas ejecutan programas que limpian todos los ceros. Pero a veces ahorran el ruido porque la interferencia también es de interés. A medida que una señal se propaga a través de cualquier medio, siendo golpeada por una atmósfera o un campo gravitacional, los cambios resultantes en la onda revelan verdades sobre el espacio. "Cuando una nave se mueve a través de algo interesante, los datos de ruido serán lo que queremos", dice Levesque. En esos momentos, "el ruido en la señal resulta ser ciencia".

Cuando eso sucede, los datos van a Kamal Oudrhiri, quien dirige el Grupo de Radar Planetario y Radiociencias Planetarias de JPL. Para comprender su campo, explica, es útil imaginar un autobús escolar lleno de niños. El objetivo singular del conductor es entregar de forma segura a todos los niños. ¿Pero qué pasa si no te importan los rugrats? ¿Qué pasa si, en cambio, lo que realmente le interesaba era el autobús?

Los escolares en la analogía de Oudrhiri son los datos, transportados por la señal. La señal es el autobús. Los ingenieros de vuelo y el personal que atiende a Mission Control se preocupan por los datos, de la misma manera que casi todos se preocupan por los niños. Pero los radio científicos consideran que el vehículo en sí es más interesante porque está lleno de ruido.

Si estudias el autobús con cuidado, puedes descubrir por lo que pasó mientras se acercaba a su destino. Las marcas, las imperfecciones, las partes feas y deformes, le informan sobre el viaje: no solo el camino recorrido, sino también los otros vehículos, el clima, el tráfico a lo largo de la ruta. Gente como Oudrhiri escudriña estas innumerables fallas en una escala, oh, aproximadamente del tamaño del universo.

Muchos de los primeros experimentos de radiociencia no fueron intencionales. En 1971, cuando la sonda Mariner 9 pasó a Marte, su señal viajó a través de la atmósfera del Planeta Rojo, que colisionó y cambió la ola. "La gente de las telecomunicaciones lo vio como una interferencia, pero otros vieron que si estudiabas la interferencia, podías determinar la densidad, la presión, incluso la temperatura de la atmósfera en Marte", continúa Oudrhiri. "Ese fue el comienzo de la radiociencia".

Desde entonces, observar cuidadosamente el ruido espacial ha profundizado nuestra comprensión del sistema solar. Las perturbaciones en las transmisiones de la sonda Cassini, por ejemplo, ayudaron a revelar que los coloridos anillos de Saturno se formaron mucho más tarde que el planeta mismo, hace 10 millones a 100 millones de años, frente a 4.500 millones. La misión lunar GRAIL de la NASA en 2012 involucró a dos naves haciendo sonar ondas de radio de un lado a otro para aprender sobre el interior de la luna; inspeccionar cómo los campos de gravedad interfieren con las transmisiones ayudó a demostrar que la mayor parte de la corteza del orbitador no es tan densa como pensábamos anteriormente.

Oudrhiri ama la radiociencia por su simplicidad. Una señal es una onda con amplitud (altas y bajas), fase (el patrón de esos picos y valles) y frecuencia (el número de caídas y picos en un lapso determinado). La distorsión en estas características es fácil de detectar. Si sabe aproximadamente cómo deberían aparecer las ondas, sabe cuándo han cambiado. Es como una señal de humo que se apaga antes de que pueda distinguir el patrón, lo que lo lleva a una brisa no sentida.

El zumbido cósmico de una sonda Voyager siempre contiene una pieza vital de la radiociencia. A medida que cualquiera de las naves continúa su vuelo de 38,000 millas por hora más lejos en el espacio profundo, un fenómeno acústico conocido como el efecto Doppler estira ligeramente la longitud de onda de su señal, de la misma manera que el tono en el gemido de una sirena se distorsiona cuando una ambulancia pasa a toda velocidad. El cambio le dice a la tripulación terrestre qué tan lejos ha viajado la Voyager entre su registro diario y las 20 horas que tarda la llamada en comunicarse con nosotros. También les ayuda a seguir trazando el curso del pionero interestelar. Si saben a dónde va la cosa, saben dónde girar esas antenas gigantes para escucharla de nuevo.

Ahora que cada sonda ha completado su misión principal, el nuevo objetivo es "¿cómo podemos extenderla y extenderla? ¿Cuánto tiempo podemos hacerla funcionar?", Dice Suzanne Dodd, gerente de proyectos de Voyager y directora de la Dirección de Red Interplanetaria de JPL. .

La entrega de comandos a estos exploradores extrasolares, trabajando para disminuir nuestra oportunidad menguante de conocimiento del espacio profundo, se trata principalmente de administrar el poder de las sondas. En este punto, todos los sistemas redundantes a bordo se han apagado. Eso significa que ambas embarcaciones están generando muy poco calor en el frío interestelar extremo, por lo que el propulsor de hidrazina en las líneas de combustible podría congelarse. El control de la misión recorre los sistemas en ciclo, viendo lo que podría valer la pena mantener vivo con el único propósito de calentar las líneas. Es un parche, en algunas de las computadoras más antiguas que aún funcionan.

El control de la misión Voyager se sienta a un par de millas fuera del campus de JPL, en un edificio de bloques de hormigón sin letreros y ventanas altas, un edificio que parpadea y te lo pierdes detrás de una pared de follaje. Hay un McDonald's al lado. Aquí es donde un equipo de 12 mantiene los objetos más distantes que los humanos hayan hecho vivos, dirigidos, amamantados y engatusados ​​hacia el cosmos.

Allí, la gente quiere escuchar la señal, no el ruido. El ingeniero de sistemas de naves espaciales Fernando Peralta se preocupa profundamente por los mensajes que los Voyagers I y II envían a casa, sobre los niños en el proverbial autobús de Oudrhiri. Cualquier cosa que no sea perfecta, cualquier pelusa, lo preocupa. "Cuando recibimos la señal, y veo que está ondulada, creo que, ¿Por qué se mueve hacia arriba y hacia abajo? Puede ser la salud general de la nave espacial, o es solo el hecho de que tiene un día nublado o un día ventoso. Pero para nosotros, demasiado ruido es una catástrofe ”.

Una onda confusa también corre el riesgo de perder vistas de un paisaje sonoro que solo estas embarcaciones pueden proporcionar. Voyager I tiene un digital de ocho pistas a bordo para registrar ondas de plasma, iones fluctuantes y electrones que crean una especie de corriente oceánica más allá de los límites del sistema solar. La plataforma aún está encendida (en parte porque emite suficiente calor para mantener las líneas de combustible descongeladas) y captura 48 segundos de ruidos ambientales tres veces por semana. Cuando la Voyager I descarga los datos, todas las antenas activas en California o España pasan al menos cuatro horas tirando del rugido etéreo y ondulado de la estática de los bloques desde los confines del espacio profundo.

Peralta camina a través de un grupo de cubículos. Sobre él, un pequeño cartel suspendido del techo dice Control de la Misión. Las computadoras modernas flanquean un lector de microfilm, donde el equipo consulta los planos antiguos. Ha supervisado, en este punto, el apagado de muchos sistemas en ambas sondas Voyager. Cada día que puede venir y descubrir que la pareja ha vuelto a llamar a casa, se siente como un día extra. "Esta es una ubicación tan especial en el espacio, una a la que no es probable que regresemos en mi vida o, probablemente, en ninguna de nuestras vidas", dice. “Los datos son muy, muy valiosos. Es precioso para nosotros. Nos mantiene conectados ".

Pronto, unos meses, unos años, esa conexión cesará. El calor disminuirá lo suficiente en el Voyager I o II que una línea de combustible se congelará, el propulsor ya no podrá alcanzar el propulsor, y la nave no podrá ajustar su trayectoria de vuelo tan levemente, dirigir su antena hacia Tierra, y saluda. Es posible que sus mensajes aún caigan en cascada a través del espacio, pero no podremos atraparlos y descifrarlos. El gerente de proyecto Dodd es realista cuando lo describe: "Perdería la señal. Y eso será todo.

Incluso antes de que la Voyager II se quede sin combustible, el equipo de la misión se está preparando para un período de desconexión. Debido a la trayectoria de la nave lejos de la Tierra, que se sumerge debajo del plano del sistema solar, solo el plato Down Under puede escucharlo. Esa antena no se transmitirá durante casi un año, ya que la NASA la equipa con matrices de prueba de espejos y sensores ópticos para un próximo impulso para complementar las comunicaciones basadas en radio con luz. Al dejar que la sonda flote por sí sola durante 10 meses, la agencia está haciendo un sacrificio estratégico: deje de enviar comandos a la Voyager II y su antena de solo radio para permitir que una nueva generación de naves telefonee a casa mucho después de que las sondas más antiguas se vayan silencio.

Durante décadas, la NASA ha estado experimentando con el aumento de su red de esta manera, utilizando pulsos de luz láser, que pueden transportar exponencialmente más datos más rápidamente y a conjuntos de oídos más pequeños. Hay un par de razones para esto. Primero, el espacio se está llenando, y todas esas señales están abarrotando las comunicaciones de radio y haciendo que la programación en la Red del Espacio Profundo sea una tarea compleja y que requiere mucho tiempo. En segundo lugar, a medida que continuamos buscando lugares como Marte, tendremos que volcar muchos más videos en mucho menos tiempo. Cuando se lance en 2022, la sonda Psyche que estudia asteroides de la NASA estará entre las primeras en obtener una configuración de comunicaciones ópticas.

Sin embargo, la luz tiene sus límites. Las nubes, por ejemplo, pueden doblarlo y bloquearlo, mientras que las ondas de radio pueden moverse a través de la mayoría de las condiciones atmosféricas. Los sistemas también son bastante baratos, relativamente hablando. "Siempre se paga un alto costo por la masa en el espacio", dice el científico de radio Oudrhiri. La tecnología en la que se basa su trabajo se basa en los respaldos de los equipos existentes, todos los cuales han existido desde nuestras primeras exploraciones espaciales, desde globos Echo hasta Apollo hasta hoy.

La comunicación en el espacio profundo a través de ondas de radio nunca desaparecerá porque es un trabajo directo y directo. "La gente a menudo piensa en soluciones muy complejas para problemas complejos", dice Oudrhiri. "Pero a menudo la solución se puede encontrar en lo más simplista: solo mira todo lo que hemos aprendido al prestar atención a cómo varía la señal".

Resulta bastante: la densidad de la luna, la edad de los anillos de Saturno, los límites del sistema solar. La señal y su ruido nos ayudan a comprender nuestro lugar en el universo: los caminos y el clima alrededor de la solitaria roca azul que es la Tierra.

Esta historia originalmente publicada en el ruido número de la Ciencia Popular.

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