El Sol

En la década de los años 60 del siglo XX, Estados Unidos lanzó varias sondas, dentro del programa Pioneer, con el fin de estudiar el Sol y su actividad. La primera de ellas fue la Pioneer 5, que despegó el 11 de marzo de 1960 desde Cabo Cañaveral. Además de cartografiar el campo magnético interplanetario entre Venus y la Tierra, su función era realizar mediciones de las partículas procedentes de erupciones solares y de la ionización de la región interplanetaria.

Los datos digitales de esta nave se transmitían a 1, 8 y 64 bps, según la distancia de la nave espacial a la Tierra y el tamaño de la antena receptora; las mayor parte de los datos se recibieron en las estaciones de seguimiento de Manchester (Reino Unido) y Hawái (EE. UU.). Su última emisión se produjo el 26 de junio de 1960, desde una distancia récord de 36,2 millones de kilómetros.

El 16 de diciembre de 1965 se lanzó la Pioneer 6, también llamada Pioneer A. Su cometido fue realizar el primer estudio detallado del viento solar, rayos cósmicos y campos magnéticos, obteniendo datos sobre las tormentas solares. Su cuerpo principal medía 94×89 cm, y los brazos horizontales 208,3 cm de largo, con un peso total de la sonda de 68 kg. La Pioneer 6 llevó a cabo su última conexión el 8 de diciembre del 2000, siendo la nave con un funcionamiento más duradero (35 años) en ese momento, récord superado ya por las naves Voyager.

En su misión, la Pioneer 6 trabajó conjuntamente con las sondas Pioneer 7, Pioneer 8, Pioneer 9 (también llamadas Pioneer B, C y D, respectivamente), enviadas entre los años 1965 y 1968 (17 de agosto, 13 de diciembre y 8 de noviembre, respectivamente), una por año, con el mismo diseño. Para el estudio solar también se lanzó en 1969 la Pioneer E, pero fue destruida en su lanzamiento por motivos de seguridad, por lo que no recibió designación numérica. Dejaron de emitir en 1995, 1996 y 1983, respectivamente.

Estas cuatro Pioneer demostraron la practicidad de hacer girar una nave espacial para estabilizarla y simplificar el control de su orientación.

---

A mediados de los 70 se lanzaron las naves Helios A (10 de diciembre de 1974) y Helios B (15 de enero de 1976), construidas y operadas por la ENTONCES República Federal de Alemania y Estados Unidos, y cuya misión fue el estudio de la influencia del Sol en el ambiente interplanetario. Su nombre se eligió por ser el del dios griego del Sol (un titán de la segunda generación en la citada mitología).

Entre sus funciones estaban las observaciones de viento solar, campos eléctricos y magnéticos, rayos cósmicos y el polvo cósmico entre la Tierra y el Sol, así como la medición de la propagación y del gradiente espacial de los rayos cósmicos galácticos y solares y la monitorización de los rayos X del disco solar (usando un contador Geiger-Muller).

Las naves Helios fueron las más rápidas (más de 250.000 km/h) hasta la llegada de la sonda Parker Solar Probe, ya en 2019. Dejaron de enviar datos en la primera mitad de los 80 del siglo pasado.

También fueron lanzadas en esa década las tres sondas ISEE, acrónimo de International Sun-Earth Explorer («Explorador Internacional Sol-Tierra»), programa creado por cooperación entre la NASA y la ESRO (Organización Europea de Investigación Espacial que pasó a integrar en 1975 la ESA).

Las dos primeras naves del programa, llamadas ISEE-1 (o ISEE-A ) e ISEE-2 (o ISEE-B), despegaron desde Cabo Cañaveral (EE. UU.), ambas el 22 de octubre de 1977. Su función fue el estudio de los campos magnéticos cerca de la Tierra.

La sonda ISEE-1 tenía forma cuasicilíndrica, con un diámetro de 1,73 m y una altura de 1,61 m y un peso al lanzamiento de 340,2 kg. Por su parte, ña sonda ISEE-2 era morfológicamente semejante pero más pequeño (1,27 m de diánetro y 1,14 m de alto) y más de la mitad de ligero (165,78 kg al lanzamiento). Ambas misiones concluyeron tras alcanzar la vida útil prevista (10 años), entrando en la atmósfera el 26 de septiembre de 1987, tras recorrer 1.517 órbitas alrededor de la Tierra.

Mientras que ISEE-1 y ISEE-2 permanecieron cerca de la Tierra, la tercera nave del programa, llamada ISEE-3, se envió el 12 de agosto de 1978 a una órbita heliocéntrica para estudiar la interacción entre el campo magnético terrestre y el viento solar, convirtiéndose en la primera nave espacial en ser colocada en una órbita al punto de Lagrange L1 Tierra-Sol. En verano de 1983, la ISEE-3 salió de su órbita de punto de libración pasando varias veces la cola magnética terrestre. La misión recibió un nuevo objetivo: pasar por el cometa Giacobini-Zinner en septiembre de 1985. Esta nueva misión de la nave se llamó International Cometary Explorer (ICE) (ver el apartado «Década 1980: Armada Halley» de las misiones cometarias).

El 5 de mayo de 1997 la NASA dio por finalizada la misión, aunque la nave siguió activa y se logró reactivar el contacto, en el acercamiento de 2014, por parte de un equipo pluridisciplinar privado con la aprobación de la NASA y se utilizó para otros fines científicos hasta que, meses después se volvió a perder contacto, no se sabe si definitivamente.

---

Nada más comenzar la década siguiente continuaron las misiones de investigación del Sol y sus efectos. Así, desde el centro de lanzamientos de Kagoshima (Japón) y por medio de un cohete Mu, se lanzaba la nave ASTRO-A el 21 de febrero de 1981, que tras alcanzar la órbita terrestre se bautizó ficialmente como Hinotori (que significa «pçajaro de fuego»), operada por ISAS (Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas de Japón, que en 2023 quedó integrado en la JAXA). La sonda pesaba 188 kg y contaba con cuatro paletas de paneles solares.

Su objetivo principal fue el estudio detallado de las erupciones solares aprovechando que era la época del máximo solar, a partir de los rayos X emitidos por la estrella. Portaba los siguientes instrumentos científicos: un generador de imágenes de rayos X de erupciones solares (SXT), un analizador de espectro de líneas brillantes de rayos X suaves solares (SOX), un monitor de rayos X suaves solares (HXM), un monitor de erupciones solares (FLM), un monitor de rayos gamma solares (SGR), un monitor de rayos de partículas (PXM), un instrumento de medición de densidad electrónica de plasma (IMP) y un instrumento de medición de temperatura electrónica de plasma (TEL).

La misión concluyó el 11 de julio de 1991 con la reentrada de Hinori en la atmósfera.

---

En los años 90 se lanzaron varias sondas con misiones de estudio solar. La primera de ellas fue Ulises, desarrollada por la NASA y la ESA. Esta sonda, cuyo nombre rendía culto al protagonista de la Odisea por lo intrincado de su viaje, Fue lanzada el 6 de octubre de 1990 por el transbordador espacial Discovery para el estudio de la atmósfera solar. Abandonó el campo gravitatorio terrestre a una velocidad de 11,3 km/s, lo que la convirtió en la nave espacial interplanetaria más rápida jamás lanzada hasta entonces.

Ulises pasó por Júpiter el 8 de febrero de 1992, consiguiendo así, que el planeta gigante desviase con su gravedad la trayectoria de vuelo de la nave hacia el sur, alejándola del plano de la eclíptica y colocando a la sonda en una órbita final que la llevaría sobre las regiones polares del sol. Ulises exploró por primera vez los polos del Sol: el polo sur en 1994 y el Polo Sur en 1995.

La misión tenía una duración prevista de 5 años, pero debido a su buen estado y al gran valor de la información que estaba transmitiendo, se extendió cuatro veces. Ello permitió que sobrevolase los polos de la estrella hasta en tres ocasiones.

Su actividad se cesó el 30 de junio de 2009, tras operar durante más de 18 años, superando ampliamente su vida útil. Durante este tiempo ha trasmitido datos referentes al cambio de polaridad magnética del Sol, sobre la heliosfera, su interacción con el espacio interestelar y como se contrae y se expande esta. También ha proporcionado información sobre las partículas del polvo interestelar. En la actualidad orbita silenciosamente el Sol como un cometa artificial.

La nave pesaba 370 kg y portaba una decena de instrumentos científicos. Fue la única misión en sobrevolar los polos del Sol hasta la llegada de la Solar Orbiter, casi 30 años después.

Al año siguiente del lanzamiento de Ulises, el ISAS japonés, en colaboración con Estados Unidos y el Reino Unido, lanzaba Solar-A, la sucesora de Hinotori, ya que fue el segundo satélite solar de rayos X de Japón. El despegue desde Kagoshima del cohete M-3SII que portaba la sonda se produjo el 30 de agosto de 1991. Se le dio el nombre oficial de Yohkoh («rayo de sol», según wikipedia, pero traducción no coincidente con la de algunos traductores online consultados).

Su función fue la observación de erupciones solares y fenómenos físicos relacionados de la corona solar durante el período máximo solar. Para ello contaba con cuatro instrumentos: un telescopio de rayos X suaves (SXT) un telescopio de imágenes del Telescopio de rayos X duros (HXT), un espectrómetro de cristal negro (BCS) y un espectrómetro de banda ancha (WBS).

Tras un fallo con su control de actitud mientras atravesaba un eclipse solar anular sobre el Océano Pacífico Sur, la nave perdió la orientación hacia el Sol. Este problema sumado a otros provocó que la batería se acabase agotando, dictaminándose el final de la mision el 23 de abril de 2004, tras más de diez años en activo. El 12 de septiembre de 2005, la sonda, de 390 kg y equipado con dos paneles solares plegables de 1 × 1 × 2 m, reingresaba en la atmósfera para su destrucción.

Tambièn en la década de 1990 una colaboración de la NASA, la ESA y el ISAS dieron como resultado el Programa Internacional de Física Solar Terrestre (ISTP, por sus siglas en inglés), con importantes contribucion de otros países, como Rusia, la República Checa y Francia. El proyecto se diseñó para el estudio del origen de la variabilidad y la actividad solar, el transporte de manifestaciones de esa actividad a la Tierra a través de procesos de plasma y las relaciones de causa y efecto entre ese transporte de energía variable en el tiempo y el entorno cercano a la Tierra.

En esta iniciativa destacó la participación de cuatro naves espaciales, Wind, Polar, Geotail, SOHO (Observatorio Solar y Heliosférico) y Cluster, que se ubicaron en órbitas más allá de 1,5 millones de kilómetros de la Tierra para realizar observaciones simultáneas y coordinadas del Sol y la actividad en la magnetosfera, en un trabajo sincronizado con los observatorios terrestres.

La nave Wind se lanzó el 1 de noviembre de 1994 con idea de enviarla al punto de Lagranje 1 sin embargo, como las naves espaciales SOHO y ACE estaban dirigidas a ese lugar, la misión Wind fue reformulada para operar en una órbita elíptica única en forma de ocho alrededor de la Tierra con sobrevuelos lunares, aprovechando esta asistencia gravitacional lunar para mantener su apogeo sobre el hemisferio diurno de la Tierra y realizar observaciones magnetosféricas.

Cuatro años después Wind comenzó a moverse en una serie de órbitas diseñadas para sacarla del plano eclíptico. Estos viajes de la sonda por encima y por debajo de la eclíptica (hasta 60 grados) permitieron a la nave espacial tomar muestras de regiones del espacio interplanetario y de la magnetosfera que no se habían estudiado anteriormente. Finalmente, en 2004 volvió a L1, concretamente en una órbita de Lissajous¹ alrededor del punto L1 Lagrange, donde permanece hasta ahora. Se había previsto que la vida útil del vehículo fuera de entre tres y cinco años, pero Wind sigue funcionando en gran medida (unos pocos instrumentos ya no funcionan). Aún así, continúa emitiendo datosy t posee suficiente combustible como para mantenerse activa hasta al menos el 2070.

Al año siguiente (el 2 de diciembre de 2005) se lanzó el citado observatorio solar y heliosférico SOHO ( Solar and Heliospheric Observatory) para el estudio de la cromosfera, la región de transición y la corona, el viento solar y el sondeo del interior de la estrella. El 14 de febrero de 1996 se llevó a cabo la inserción en órbita L1 entre el Sol y la Tierra. Además, la observación del Sol ha dado como consecuencia el descubrimiento de más de la mitad de los cometas conocidos, de los que el 85% son los llamados Rasantes del sol Kreutz o Sungrazers.

La vida útil original de SOHO era de tres años (hasta 1998), pero la misión en L1 se ha extendido varias veces y continúa proporcionando información valiosa sobre el Sol, prediciendo el tiempo solar.

Otra mision, dentro del programa ISTP, fue Geotail, lanzada el 24 de julio de 1992. Mientras las dos anteriores fueron creadas por la colaboración NASA-ESA, Geotail lo fue por la cooperación NASA-ISAS/JAXA. Su objetivo era estudiar la estructura y la dinámica de la región de la cola larga de la magnetosfera terrestre, que se crea en el lado nocturno de la Tierra por el viento solar.

Si bien técnicamente no era una misión espacial profunda ni planetaria, Geotail, en su órbita extremadamente elíptica, realizó numerosos sobrevuelos lunares, algunos más cercanos que la distancia a la que la sonda soviética Luna 3 tomó las primeras fotografías del lado lejano de la Luna. Su órbita se fue modificando a lo largo de los años para ampliar los estudios solares y de la cola magnética.

El 28 de noviembre de 2022, después de 30 años en órbita, las operaciones de la misión Geotail finalizaron tras fallar del registrador de datos restante de la nave espacial.

Otra nave, en este caso de la ESA con colaboración NASA, del ISTP fue Cluster. La original se perdió en el accidente del lanzamiento inaugural del cohete europeo Ariane 5 (vuelo V-88) pero se volvió a construir como una réplica casi exacta, llamándose Cluster II. La mision estaba integrada por cuatro naves espaciales similares. Esta nueva tétrada se lanzó en dos fases, ambas a bordo de sendos cohetes Soyuz-Fregat dede Kazajistán: las dos primeras el 16 de julio de 2000 y las otras dos el 9 de agosto, tres semanas después. Las dos primeras se llamaron Salsa y Samba y el segudo par Rumba y Tango, nombres decididos por concurso popular que ganó el brotánico Ray Cotton.

El propósito de la misión Cluster II era estudiar estructuras a pequeña escala en tres dimensiones (gracias a la formación tetraédrica) en el entorno de plasma de la Tierra, como las que intervienen en la interacción entre el viento solar y el plasma magnetosférico, en la dinámica global de la cola magnética, en las corrientes transversales a la cola y en la formación y dinámica de la línea neutra y de los plasmoides.

La misión tenía una duración prevista hasta finales de 2003, pero se prolongó varias veces, hasta septiembre de 2024, cuando finalizaron las operaciones de carga útil científica en los satélites. El final definitivo del proyecto Cluster se producirá en 2026, cuando el último satélite entre en la atmósfera y sea destruido. De momento el primero, Salsa, ya reingresó en la atmósfera el 8 de septiembre de 2024.

Por último, la mision Polar del ISTP fue lanzada el 24 de febrero de 1996 para estudiar el flujo de partículas y gas ionizado (el plasma), dentro del sistema magnético de la Tierra mediante la observación de la aurora, es decir, observando la dinámica compleja del viento solar, la magnetosfera de la Tierra y la atmósfera superior, especialmente cerca de los polo. La nave se situó en una órbita altamente elíptica, con una inclinación de 86 grados.

La duración nominal de la misión era de dos años, pero se prolongó varias veces hasta que se dió po rconcluida el 28 de abril de 2008, después de que la nave espacial agotara el combustible restante.

Antes de concluir el siglo, el 25 de agosto de 1997, despegó en un Delta II el satélite ACE, Advanced Composition Explorer («Explorador de Composición Avanzado») con el objetivo de conocer la composición de los componentes del viento solar, del medio interestelar y otros de origen galáctico. Además, esta sonda de la NASA también proporciona datos meteorológicos espaciales en tiempo real y alertas anticipadas de tormentas geomagnéticas. Los nueve instrumentos del ACE tienen una potencia de recolección que es entre 10 y 10.000 veces mayor que cualquier otro instrumento utilizado anteriormente.

ACE se insertó en su órbita de Lissajous alrededor del punto L1 y fue declarada operativa el 21 de enero de 1998. Excepto el instrumento SEPICA (cuyos datos ya no se recibieron después del 4 de febrero de 2005), el resto de la carga ciemntífica del ACE siguen operativa.