Dentro de pucos días (entre o 31 de xullo e o 19 de agosto de 2018), a NASA lanzará cara ao Sol a súa misión máis ambiciosa, a Parker Solar Probe, así chamada en honra do  astrofísico  Eugene Parker, o primeiro en estudar a natureza do vento solar. A sonda achegarase á nosa estrela moito máis que calquera das que a precederon. Tanto, que chegará a penetrar a través da súa ardente atmosfera ata practicamente "tocar o Sol". Se o noso planeta estivese a un metro do Sol, a nova sonda da NASA colocaríase a menos de 10 cm del.

Alí, na rexión da atmosfera solar chamada coroa, a Parker Solar  Probe levará a cabo observacións únicas da ampla gama de partículas, enerxía e calor que o Sol expulsa cara ao interior do sistema solar, mesmo ata moito máis alá de Neptuno. Dentro da coroa, a nave deberá viaxar a través de materiais que superan o medio millón de graos de temperatura, e recibir ao mesmo tempo unha  intensísima radiación.

A Parker Solar Probe foi pensada para resistir as condicións extremas e as  fluctuaciones de temperatura que atopará ao longo da súa misión. A peza crave é o seu escudo de calor, expresamente deseñado, e un sistema autónomo que axuda a protexer os instrumentos da emisión de luz intensa do Sol, pero permitindo que o material  coronal "toque" á nave espacial.

Unha das claves para saber que é o que manterá a salvo á nave espacial e os seus instrumentos é entender o concepto de calor en función da temperatura. Porque, en contra do que nos di a intuición, as altas temperaturas non sempre quentan un obxecto.

No espazo, en efecto, a temperatura pode ser de varios miles de graos, e aínda así non transmitir unha excesiva calor aos obxectos de ao redor. Como é isto posible? O que realmente mide a temperatura é o rápido que se moven as partículas, mentres que a calor mide a cantidade total de enerxía que esas partículas transfiren. As partículas, por tanto, poden moverse rapidamente (alta temperatura), pero se hai moi poucas, non transferirán demasiada enerxía (pouca calor). E como o espazo está case baleiro, hai moi poucas partículas que poidan transferir enerxía á nave espacial.

Por exemplo, a coroa solar, a través da que a Parker Solar Probe deberá voar, ten unha temperatura extremadamente alta, pero unha densidade de partículas moi baixa. Pensemos, para entendelo, na diferenza que hai entre introducir a man nun forno quente ou metela dentro dunha pota de auga fervendo (non tente isto en casa!).

No forno, a man pode soportar temperaturas moito máis altas e durante máis tempo que na auga, onde ten que interactuar con moitas máis partículas. De forma similar, en comparación coa superficie visible do Sol, a coroa é menos densa, polo que a nave espacial interactúa con menos partículas quentes e non recibe tanto calor.

O cal significa que aínda que a Parker Solar  Probe estea a viaxar a través dun espazo con temperaturas de varios millóns de graos, a superficie do seu escudo térmico, sempre de fronte ao Sol, "só" quentarase ata uns 1.400 graos centígrados.

Por suposto, 1.400 graos segue sendo algo extremada quente. Pensemos, por exemplo, que a lava xorde dos volcáns a entre 700 e 1.200 graos. Para soportar esa intensa calor, a Parker Solar  Probe usará dun escudo térmico (chamado Sistema de Protección Térmica, ou  TPS), que ten 2.4 metros de diámetro e un grosor duns 12 cm. Eses poucos centímetros de protección serán suficientes para que, alén do escudo, o corpo da nave espacial non estea en ningún momento por encima dos 30 graos.

O Sistema de Protección Térmica foi deseñado no Laboratorio de Física Aplicada da Universidade John Hopkins, e foi construído utilizando unha escuma composta de carbono  intercalada entre dúas placas, tamén de carbono. Este lixeiro illamento irá acompañado dun toque final de pintura cerámica branca na placa que dá a cara ao Sol, para reflectir a maior cantidade de calor posible. O  TPS foi  testado a temperaturas de ata 1.650 graos, e os seus construtores aseguran que é capaz de verllas con calquera cantidade de calor que o Sol poida enviar cara á nave, mantendo segura tanto a instrumentación como o resto dos seus sistemas.

Pero non todos os instrumentos da sonda estarán tras o escudo térmico. Por exemplo o Solar  Probe  Cup, un sensor en forma de cunca deseñado para medir os fluxos de  iones e electróns e os ángulos do fluxo do vento solar, atoparase fóra da protección do TPS. Para deseñalo, foi necesario desenvolver tecnoloxías totalmente novas e capaces de garantir non só a supervivencia do instrumento, senón tamén que a electrónica de a bordo fose capaz de enviar á Terra lecturas precisas. Por iso, o instrumento está feito de láminas dunha aliaxe de titanio-zirconio-molibdeno co punto de fusión máis alto conseguido ata o momento, 3.422 graos.

Outro importante desafío foi o cableado electrónico: a maioría dos cables se  derretirían sen remedio ao estar tan preto do Sol. Pero non estes cables, feitos de  niobio e que estarán "suspendidos" no interior dunha serie de tubos de cristal de  zafiro.

Para estar totalmente seguros de que o Solar  Probe  Cup estaba realmente listo para soportar as difíciles condicións que lle esperan, os investigadores necesitaron  replicar en laboratorio a calor e a radiación solar. Para iso utilizaron un acelerador de partículas e unha serie de potentes proxectores. Mentres que os proxectores imitaban a calor do Sol, o acelerador de partículas expoñía ao Solar  Probe  Cup a unha intensa radiación, para asegurarse de que mesmo nesas condicións o instrumento era capaz de levar a cabo as súas medicións. Chegouse mesmo a utilizar o Forno Solar  Odeillo, que concentra a calor solar a través de 10.000 espellos axustables, para probar que todo funcionaba como debía.

Un bo número doutros deseños contribúen a manter á Parker Solar  Probe a salvo da calor. Por exemplo o sistema  replegable dos paneis solares destinados a obter do propio Sol a enerxía necesaria para que toda a nave funcione. Para protexerse, en cada nova aproximación solar os paneis se  retraerán detrás da sombra do escudo térmico, deixando só un pequeno segmento exposto directamente aos intensos raios solares.

Pero estando tan preto do Sol, nin sequera esa protección é suficiente. Por iso, os paneis solares dispoñen dun sistema de arrefriado tan simple como eficaz: un tanque  calefactado que evita que o  refrigerante conxélese durante o lanzamento, dous radiadores que evitarán que o  refrigerante conxélese, aletas de aluminio para maximizar a superficie de arrefriado e bombas para facer circular o  refrigerante. O sistema de arrefriado é o suficientemente potente como para arrefriar unha sala de estar de tamaño medio, e manterá os paneis solares e a instrumentación fresca e funcionando durante toda a misión.

O  refrigerante utilizado para o sistema? Aproximadamente 3.7 litros de auga  desionizada. Aínda que existen moitos  refrigerantes químicos, o rango de temperaturas ás que estará exposta a nave espacial variará entre os 10 e os 125 graos. E moi poucos líquidos ademais da auga poden manexar eses rangos. Para evitar que a auga ferva no extremo máis alto das temperaturas, se  presurizará, polo que o punto de ebulición será superior a os 125 graos.

Tras o lanzamento, a Parker Solar  Probe detectará a posición do Sol, aliñará o seu escudo térmico para que da cara cara a el e emprenderá unha viaxe de tres meses, enfrontándose soa tanto ao frío do espazo como á crecente calor a medida que se aproxime ao astro rei.

Ao longo dunha misión de sete anos de duración, a nave efectuará 24 órbitas ao redor da nosa estrela. En cada unha das súas aproximacións, tomará mostras do vento solar, estudará a coroa e proporcionará observacións a unha distancia sen precedentes de Sol. E todo iso manténdose fresca e operativa, a pesar do inferno a través do que terá que voar.

FONTE: José Manuel Nieves/abc.es/ciencia