Primera sonda en orbitar Mercurio

La sonda norteamericana MESSENGER fue la séptima misión del programa Discovery de la NASA y la primera en orbitar el planeta Mercurio. Fue lanzada el 3 de agosto de 2004 mediante un lanzador Delta II 7925H desde Cabo Cañaveral, en Florida.

El nombre MESSENGER es un acrónimo de MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging (Superficie, ambiente espacial, geoquímica y medición de Mercurio). La misión tenía como objetivo obtener un conjunto de observaciones globales del planeta, incluyendo el cartografiado de su superficie, la caracterización de su composición química, el estudio de la presencia de agua y otros volátiles en los polos, el análisis de su historia geológica y la investigación de la naturaleza de su campo magnético y su exosfera. MESSENGER fue la segunda sonda en visitar Mercurio, después de los tres sobrevuelos realizados por la sonda Mariner 10 en 1974 y 1975, que permitieron cartografiar menos de la mitad de la superficie del planeta.

Objetivos de la misión

Los objetivos de la misión MESSENGER se centraron en la obtención de un conjunto de datos globales que permitiera caracterizar Mercurio desde una perspectiva geológica, geoquímica, geofísica y del entorno espacial. Uno de los objetivos principales fue el cartografiado casi completo de la superficie, con el fin de identificar unidades geológicas, estructuras tectónicas y formas asociadas a procesos volcánicos e impactos.

Otro objetivo fundamental consistió en determinar la composición química elemental de la superficie. Las mediciones buscaban establecer la abundancia relativa de elementos mayores y traza, incluyendo aquellos considerados volátiles, con el propósito de aportar restricciones a los modelos de formación y evolución del planeta.

La misión también tuvo como objetivo caracterizar la estructura interna de Mercurio mediante el análisis de su campo gravitatorio y de su estado de rotación, con el fin de inferir la proporción y el estado físico del núcleo metálico y su relación con el campo magnético intrínseco.

El estudio del campo magnético, la magnetosfera y la exosfera formó parte de los objetivos científicos, orientado a describir la interacción entre el planeta y el viento solar y los procesos físicos que actúan sobre su superficie y entorno inmediato.

Características de la misión MESSENGER

MESSENGER fue diseñada como una misión orbital de larga duración en un entorno térmico extremo. La nave tenía una masa al lanzamiento de aproximadamente 1.100 kg, incluyendo propelente, y una estructura compacta que integraba los sistemas de propulsión, energía, control térmico, comunicaciones y control de actitud. Su configuración estuvo condicionada por la proximidad al Sol y por la necesidad de limitar la exposición directa a la radiación solar durante las operaciones.

El sistema de propulsión era químico, basado en un motor principal y un conjunto de propulsores auxiliares para maniobras de trayectoria y control de actitud. La planificación de la misión requirió un uso eficiente del propelente, tanto durante la fase de crucero interplanetario como durante la operación orbital alrededor de Mercurio.

La generación de energía se realizaba mediante dos paneles solares articulados, diseñados para operar con distintos ángulos de incidencia solar y evitar el sobrecalentamiento. Estos paneles alimentaban el sistema eléctrico y cargaban baterías de níquel-hidrógeno que garantizaban el suministro durante eclipses y fases de alta demanda.

El control térmico se basaba en un escudo frontal de gran superficie, combinado con aislamiento multicapa y radiadores pasivos. Este sistema permitía mantener los equipos dentro de los márgenes operativos a pesar de los elevados flujos de radiación solar.

El control de actitud y la navegación se apoyaban en ruedas de reacción, sensores estelares y solares, y un sistema de telecomunicaciones en banda X. La órbita científica fue altamente elíptica, con tramos de baja altitud sobre la superficie y otros más alejados del planeta, lo que permitió equilibrar resolución de observación, estabilidad térmica y consumo de recursos a lo largo de la misión.

Instrumentación científica

La carga científica de MESSENGER estuvo compuesta por siete instrumentos principales, diseñados para cubrir de forma complementaria el estudio de la superficie, el interior y el entorno espacial de Mercurio.

El conjunto de cámaras MDIS (Mercury Dual Imaging System) estaba formado por una cámara de ángulo estrecho y otra de ángulo amplio, utilizadas para el cartografiado global del planeta y el análisis detallado de la morfología superficial, incluyendo cráteres, estructuras tectónicas y depósitos volcánicos.

El espectrómetro de rayos gamma y neutrones GRNS (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) se empleó para determinar la composición elemental de la superficie hasta profundidades de varias decenas de centímetros, a partir de la detección de radiación secundaria generada por la interacción de los rayos cósmicos con el regolito.

El espectrómetro de rayos X XRS (X-Ray Spectrometer) permitió medir la abundancia de elementos químicos mayores en la superficie mediante la detección de fluorescencia inducida por la radiación solar.

El espectrómetro atmosférico y de composición superficial MASCS (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer) operó en el ultravioleta, visible e infrarrojo cercano para estudiar la composición de la exosfera, caracterizar la mineralogía superficial y analizar regiones polares en sombra.

El magnetómetro MAG (Magnetometer) midió el campo magnético intrínseco de Mercurio y su interacción con el viento solar, proporcionando información sobre la magnetosfera y los procesos internos del planeta.

El altímetro láser MLA (Mercury Laser Altimeter) se utilizó para obtener perfiles topográficos precisos de la superficie, permitiendo caracterizar la forma global del planeta y la geometría de grandes estructuras de impacto y deformación.

Por último, el experimento de radio ciencia RS (Radio Science) aprovechó las comunicaciones con la Tierra para estudiar el campo gravitatorio, el estado de rotación y las libraciones del planeta, aportando datos clave sobre su estructura interna.

Antecedentes de la misión

El conocimiento directo de Mercurio antes de MESSENGER era limitado y fragmentario. La única misión que había explorado el planeta con anterioridad fue Mariner 10, que realizó tres sobrevuelos en 1974 y 1975. Estos encuentros permitieron confirmar la existencia de un campo magnético intrínseco y obtener imágenes de alta resolución de parte de la superficie, pero dejaron sin observar aproximadamente la mitad del planeta y no proporcionaron información global ni continuada sobre su composición, estructura interna o entorno espacial.

Durante las décadas posteriores, Mercurio permaneció como uno de los planetas rocosos menos caracterizados del Sistema Solar. Su proximidad al Sol plantea importantes dificultades técnicas para la exploración espacial, debido a las altas velocidades orbitales requeridas, los elevados flujos de radiación solar y las exigencias térmicas asociadas. Estas condiciones hicieron inviable durante años el diseño de una misión orbital con los medios tecnológicos disponibles.

A finales del siglo XX, el desarrollo de trayectorias interplanetarias basadas en asistencias gravitatorias múltiples y la mejora en los sistemas de control térmico y navegación permitieron reconsiderar una misión dedicada a Mercurio. En este contexto, la NASA evaluó varios conceptos de misión con el objetivo de obtener observaciones globales desde órbita sin recurrir a sistemas de propulsión de gran complejidad o coste elevado.

MESSENGER fue seleccionada en 1998 dentro del programa Discovery, orientado a misiones científicas de coste contenido y objetivos bien definidos. Su planteamiento se basó en una trayectoria de crucero prolongada, con sobrevuelos gravitatorios de la Tierra, Venus y el propio Mercurio, destinados a reducir progresivamente la energía heliocéntrica de la nave y permitir la inserción orbital con un consumo de propelente compatible con una plataforma de tamaño medio.

El diseño de la misión respondió así tanto a las limitaciones heredadas de la exploración previa de Mercurio como a los avances técnicos acumulados tras décadas de misiones interplanetarias en el Sistema Solar interior. Estos antecedentes condicionaron de forma directa la arquitectura de la nave, la planificación de la trayectoria y la definición de los objetivos científicos que finalmente se materializaron con MESSENGER.

Desarrollo de la misión MESSENGER

Lanzamiento

MESSENGER fue lanzada el 3 de agosto de 2004 desde el Complejo de Lanzamiento 17 de Cabo Cañaveral mediante un cohete Delta II 7925H. Tras la separación de la etapa superior, la nave quedó insertada en una trayectoria heliocéntrica diseñada para iniciar una fase de crucero prolongada. En los meses posteriores al lanzamiento se realizaron comprobaciones de sistemas, calibraciones iniciales de la instrumentación científica y maniobras de corrección de trayectoria.

Fase de crucero interplanetario inicial

La fase de crucero incluyó una secuencia de asistencias gravitatorias destinada a reducir progresivamente la energía orbital de la nave. El primer sobrevuelo tuvo lugar en agosto de 2005, cuando MESSENGER pasó por la Tierra. Posteriormente se realizaron dos sobrevuelos de Venus, en octubre de 2006 y junio de 2007. Durante estos encuentros se llevaron a cabo observaciones científicas limitadas, utilizadas principalmente para la calibración de instrumentos y la validación de procedimientos operativos.

Sobrevuelos de Mercurio previos a la inserción orbital

MESSENGER realizó tres sobrevuelos de Mercurio antes de su inserción orbital, en enero y octubre de 2008 y en septiembre de 2009. Estos encuentros permitieron obtener imágenes y datos composicionales de regiones del planeta no observadas previamente y mejorar los modelos iniciales del campo gravitatorio y del entorno magnético. Los sobrevuelos también sirvieron para ajustar con precisión la trayectoria necesaria para la inserción en órbita.

Inserción orbital y misión primaria

La inserción orbital se produjo el 18 de marzo de 2011. A partir de ese momento se inició la misión científica primaria, con una duración de un año terrestre. Durante esta fase se completó el cartografiado global del planeta y se obtuvieron conjuntos de datos sistemáticos sobre la topografía, la composición elemental de la superficie, el campo magnético y la exosfera, así como sobre la interacción de Mercurio con el viento solar.

Extensiones de la misión

Tras la misión primaria se aprobaron varias extensiones que incluyeron ajustes progresivos de la órbita, reduciendo la altitud mínima sobre la superficie. Estas fases permitieron mejorar la resolución de los datos topográficos y composicionales, ampliar las observaciones de las regiones polares y prolongar las mediciones del campo magnético y del entorno espacial. Durante estas extensiones se obtuvieron evidencias directas de la presencia de depósitos de hielo de agua en cráteres permanentemente en sombra en los polos.

Fin de la misión

La misión finalizó el 30 de abril de 2015, tras el agotamiento del propelente necesario para el mantenimiento orbital. Sin capacidad para realizar nuevas maniobras, la nave impactó contra la superficie de Mercurio de forma controlada. MESSENGER continuó transmitiendo datos científicos hasta los últimos momentos de la misión.

Los hitos principales de la misión fueron:

• Primera sonda en orbitar Mercurio y cartografiar toda su superficie.
• Descubrió hielo de agua y compuestos orgánicos en las áreas en permanente sombra de algunos cráteres del polo norte.
• Detectó evidencias de pasada actividad volcánica en la superficie y un gran núcleo fundido que genera un campo magnético muy fuerte.
• En la superficie, examinó unas depresiones llamadas hollows que podrían deberse a actividad volcánica en el pasado y estudió los elementos volátiles presentes en los cráteres. Realizó un mapa global de composición de la superficie y un modelo en 3D de la magnetosfera.

Cronología de la misión Messenger

Lanzamiento	3 de agosto de 2004
Sobrevuelo de la Tierra	2 de agosto de 2005	2.347 km
Primer sobrevuelo de Venus	24 de octubre de 2006	703 km
Segundo sobrevuelo de Venus	5 de junio de 2007	337 km
Primer sobrevuelo de Mercurio	14 de enero de 2008	200 km
Segundo sobrevuelo de Mercurio	6 de octubre de 2008	200 km
Tercero sobrevuelo de Mercurio	29 de septiembre de 2009	220 km
Inserción orbital en Mercurio	18 de marzo de 2011	9.300 x 200 km
Fin de la misión	30 de abril de 2015

Imágenes de la sonda Messenger

Referencias y más información:

• Solar System Exploration – NASA
• Planetary Photojournal: Mercury
• Johns Hopkins University MESSENGER Mission Site