Impacto súbito

Peter Schultz es un rostro popular para los televidentes aficionados a los documentales científicos. Con la seguridad de quien ha explicado muchas veces la misma cosa, este investigador del Ames Research Center de la NASA tiene una especial habilidad para mostrarnos la física de los impactos y sus consecuencias. ¿Qué ocurre cuando un asteroide choca contra la Tierra? ¿Puede soportar la vida un golpe de esta naturaleza? ¿Qué peligro amenaza a las naves espaciales en el espacio?

Para estudiar todas estas cuestiones, y no sólo para efectuar espectaculares demostraciones para la televisión, Schultz y su personal disponen de un impresionante cañón instalado en el llamado AVGR (Ames Vertical Gun Range), con el cual pueden simular impactos a pequeña escala como no es posible hacer en ningún otro lugar del mundo.

El AVGR fue inaugurado en 1966. Sus diseñadores lo construyeron para entender mejor la física y los fenómenos que propician la creación de cráteres de impacto. Con el programa Apolo en marcha, científicos y astronautas debían aprender todo lo posible sobre estos accidentes geológicos con los que después se encontrarían en la Luna. Y para ello, nada mejor que una instalación capaz de simular la formación de cráteres debido a impactos a altas velocidades, tal y como suponemos ocurrió en nuestro satélite y en otros lugares del sistema solar, incluyendo la Tierra. Entre otros objetivos, los investigadores usarían proyectiles que harían impactar contra diferentes tipos de superficies, en busca de confirmar las teorías que describían estos sucesos, y también para estudiar el propio comportamiento de los proyectiles (su fragilidad, por ejemplo), o las consecuencias de los impactos (como la dispersión de los escombros, la forma del cráter y sus dimensiones, etc.). El AVGR fue pensado asimismo para determinar las características físicas del regolito lunar, el material que recubre la superficie y que en esa época se creía podría ser muy frágil e incapaz de resistir el peso de un vehículo espacial.

Casi 50 años más tarde, el AVGR sigue aportando valiosos datos sobre estos temas, mucho después de que los astronautas hayan abandonado la superficie lunar. Con él se obtuvo información muy útil para entender la geomorfología lunar, que pudo ser cotejada con los datos conseguidos in-situ; en la actualidad, continúa siendo interesante analizar estos fenómenos, para saber qué ocurrirá cuando lancemos penetradores científicos hacia la Luna o Marte, cuando choque un meteorito contra la Tierra, etc.

En efecto, las instalaciones siguen siendo tan útiles como antaño. A pesar de sus relativamente pequeñas dimensiones, en 1979 el AVGR fue declarado National Facility, y empezó a ser financiado a través del programa de geofísica y geología planetaria. La NASA había planeado cerrar la instalación, pero los expertos en ciencia planetaria protestaron y finalmente se aprobó su continuidad. Gracias a ello, ha trabajado sin parar, obteniendo datos necesarios para misiones de exploración tan diversas como Cassini, Stardust, Mars Odyssey, Mars Exploration Rovers (MER), Deep Impact y Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). Algunas de estas misiones han estudiado los cráteres de otros cuerpos espaciales, y en ciertos casos han producido impactos o los han experimentado, lo que ha requerido análisis previos para poder interpretar correctamente los resultados.

Desde 1995, el AVGR es el recinto en el que se llevan a cabo numerosos experimentos propuestos por tres programas científicos de la NASA: la ya citada geología y geofísica planetaria, y los dedicados a la exobiología y al estudio de los orígenes del sistema solar.

El AVGR está situado en el edificio N204A del centro Ames de la NASA. En realidad, dispone no de uno sino de varios cañones, que se utilizan en función de los tipos de partículas que deben ser acelerados, las velocidades que deben alcanzar, etc.

El cañón principal puede ser orientado en base a una amplia gama de inclinaciones (de 9 a 90 grados), para simular diversos ángulos de impacto. Su orificio de salida desemboca en una cámara de impactos, totalmente blindada para evitar que se produzcan accidentes. En su interior los científicos colocan las dianas, que pueden ser de diversos tipos, tanto sólidas como líquidas, mezclas de varias sustancias… De este modo es posible comprobar qué ocurre cuando un micrometeorito impacta contra el metal de un panel exterior de una nave espacial, o cuando un asteroide choca contra la superficie de un cuerpo planetario como la Tierra, sobre el mar o sobre tierra firme. La cámara, en este sentido, puede contener aire normal en su interior, sólo CO2, etc., intentando reproducir la atmósfera de diversos planetas, y temperaturas y presiones diferentes. Mide 2,5 metros de diámetro por 2,5 metros de alto, manteniendo un volumen interior útil de 14 metros cúbicos.

Se pueden lanzar hacia ella proyectiles de varios tamaños (de 0,005 a 7,6 mm, según si están agrupados o se lanzan individualmente), composición (metálicos, plásticos, vidrio o minerales) y geometrías (esfera, cilindro, formas irregulares), a diversas velocidades (de 0,5 a 7 Km/s).

Lo que puede hacer el AVGR sería poco útil si no existiese una instrumentación de apoyo lo bastante sofisticada como para registrar lo que ocurre tras cada disparo. Así pues, la instalación dispone de cámaras de altísima velocidad (usualmente de 10.000 a 50.000 imágenes por segundo, pero que pueden alcanzar el millón de fotogramas), las cuales son capaces de observar los impactos desde diversos ángulos, exposiciones y resoluciones. Ello permite después contemplar el choque a cámara extremadamente lenta, desmenuzando paso a paso lo sucedido. Las imágenes nos dejan ver el impacto y la creación de los cráteres con gran detalle. Además, se dispone de instrumentos para hacer espectroscopia (podemos detectar cambios en la composición de los elementos implicados o de la bola de gas caliente generada), analizadores del comportamiento de las partículas, etc.

El cañón principal tiene una longitud de más de 4 metros. Cuando todo está listo para dispararlo, incluyendo la colocación del proyectil y de la diana sobre la que impactará dentro de la cámara, suenan las alarmas en la sala donde se halla ésta. Un protocolo muy bien estudiado sirve para armar el dispositivo con la mayor seguridad, evitando que nadie pueda salir herido. Todo queda despejado y el personal contempla las operaciones desde un recinto anexo, donde se dispone de pantallas de televisión, así como de todos los controles necesarios.

El cañón utiliza gas comprimido (hidrógeno) para obtener las prestaciones que se requieren. Dicha compresión se obtiene a su vez mediante una explosión de pólvora, cuya magnitud está controlada y ajustada para lograr la presión necesaria (hasta 1 millón de atmósferas). Cuando el gas es liberado, el proyectil se ve impulsado a través del largo cilindro en dirección a su objetivo.

El disparo impresiona a los visitantes, pero más sorprendente es aún el resultado, cuando los científicos pueden observar cómo se ha comportado la diana (quizá un pequeño recipiente con arena) ante el impacto del proyectil. Si todo se ha llevado a cabo conforme a las especificaciones indicadas, los investigadores tendrán en los resultados de las cámaras e instrumentos datos suficientes para estar ocupados durante mucho tiempo.

El cañón fue diseñado para simular los impactos que ocasionaron los cráteres lunares, pero durante su rutina de trabajo puede ser utilizado para una gran variedad de aplicaciones.

Para el ojo no entrenado, todos los cráteres podrían parecer iguales. En realidad, los cráteres lunares no se parecen a los de Venus, y los de éste no son como los de Marte o Mercurio, por ejemplo. Las diferentes atmósferas de estos cuerpos (o su ausencia), o la composición de su suelo, entre otras variables, intervienen en la forma definitiva que adoptarán, y sobre todo, en su evolución geológica. El AVGR intenta simular todas estas variables para aportar criterios adicionales de análisis respecto a los datos que nos enviarán las sondas de exploración. Así, es posible comprobar si la densidad de la atmósfera de un planeta influye y cuánto en la dispersión de los restos que surgen de la creación de un cráter. También se puede determinar el ángulo con el que un asteroide o meteorito golpeó un cuerpo para formar un determinado cráter, comparándolo con los logrados mediante el cañón, generados bajo diversas inclinaciones de éste respecto a la diana en la superficie.

Los astrónomos están tan interesados por los mecanismos de creación de los cráteres como por sus consecuencias. En Marte se han visto cráteres con rastros de erosión misteriosos en sus cercanías, y algunos han propuesto que en un lugar con atmósfera como el Planeta Rojo, un meteorito puede crear además una onda de choque de polvo, formando remolinos mucho más potentes que los tornados terrestres. Para probar esta teoría, el AVGR ha disparado proyectiles sobre superficies parecidas a la de Marte, en una atmósfera de presión semejante. Y si miramos hacia la Tierra, se ha utilizado el AVGR para simular las características del impacto que podría haber extinguido a los dinosaurios, creando el cráter de Chicxulub, hace 65 millones de años. Comprendiendo mejor su magnitud es posible determinar hasta qué punto los restos que el cataclismo envió a la atmósfera crearon una especie de invierno nuclear, impidiendo la llegada de los rayos solares hasta la superficie terrestre y perjudicando a la cadena alimentaria.

Por otro lado, cuando los investigadores decidieron enviar una sonda hacia un cometa y lanzar un vehículo de impacto contra él para poner de manifiesto material fresco de su interior, en el marco de la misión Deep Impact, tuvieron que diseñar tales ingenios con mucho cuidado. Sin saber cómo se comporta el cuerpo de un cometa ante un choque de esta naturaleza, se corría el riesgo de fracasar en la empresa. El proyectil debía tener las características y la velocidad apropiadas para lograr crear un cráter, y en el AVGR se efectuaron muchos experimentos para determinarlas. Se simuló la composición y dureza de un cometa y se sometió a una diana a varios tipos de impactos para comprobar que efectivamente se obtendrían los resultados esperados.

Cuando se diseñaron los paneles exteriores de los módulos de la estación espacial internacional, se tuvo en cuenta que debían ser resistentes a diversas categorías de impacto por parte de micrometeoritos y fragmentos pequeños de chatarra espacial. Pero la única manera de certificar que las soluciones ideadas eran correctas sería someterlos a pruebas de impactos aquí en la Tierra. Instalaciones como el AVGR son imprescindibles para alcanzar las velocidades que se requieren en esta clase de estudios.

A pesar de su veteranía, no parece pues que el gran cañón vaya a dejar de funcionar a corto plazo. Sus capacidades no tienen rival por el momento, y siguen siendo demandadas por múltiples programas de investigación.

Si algo llama la atención sobre Peter Schultz es su fantástica dedicación y entusiasmo por lo que hace. Nacido en 1944, sus 71 años no le han alejado de la primera línea de investigación, Desde 2012 es el investigador principal y coordinador de experimentos en el AVGR, además de enseñar ciencias geológicas en la universidad de Brown. Especialista en craterización, ha usado el AVGR durante más de tres décadas.

Como astrónomo, se ha centrado sobre todo en la física de la formación de los cráteres en otros cuerpos del sistema solar, pero también ha estudiado los impactos en la Tierra, y las consecuencias que podría tener la caída de un gran asteroide sobre nuestro planeta. Últimamente ha trabajado como investigador en la misión LCROSS de la NASA, que incluyó el choque de este vehículo contra la Luna, permitiendo descubrir agua dentro del cráter Cabeus.

Sus investigaciones y trabajos le han valido premios de varias instituciones. (Texto: Manuel Montes)