Globos estratosféricos

Misión ANITA IV lanzada en un globo desde McMurdo

Estación McMurdo, Antártida.- La segunda misión de la campaña 2016/2017 de lanzamientos de globos estratosféricos de la NASA en el continente blanco, comenzó hace unos dias, con el lanzamiento de un balón de 39.000.000 de pies cúbicos de volumen, desde las instalaciones de la agencia en el aeropuerto Williams Field cerca de la estación McMurdo.

El globo fue lanzado por personal de la Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF) con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) a las 13:10 utc del 2 de diciembre de 2016, siendo nomenclado como misión 675N . Después de un ascenso nominal de cerca de cuatro horas, alcanzó la altitud de flotación de 130.000 pies, iniciando como es habitual un derrotero anticiclónico alrededor del polo.

Bajo el globo, se encontraba uno de los instrumentos de aspecto más extraño que jamás haya volado en un balón. Denominado como ANITA -acrónimo de Antarctic Impulsive Transient Antenna- el objetivo del instrumento es estudiar desde la estratósfera particulas cósmicas de ultra-alta energía denominadas neutrinos. Su observación se basa en la detección de los pulsos de radio emitidos por la interacción de aquellos con la capa de hielo antártica. El instrumento es fruto de una colaboración entre la Universidad de Hawaii en Manoa, la Universidad de California (LA), la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad de Delaware, la Universidad de Kansas, la Universidad de Washington, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, el University College de Londres, la Universidad de Chicago y la Universidad Nacional de Taiwan.

El año pasado, cuando la NASA solicitó la ayuda de Australia para recuperar ese mismo experimento que fue lanzado desde McMurdo en diciembre de 2014, y aterrizó en cercanias de la Estación Davis, informaron a sus colegas del Programa Antártico Australiano que el aparato era una mezcla de "la antorcha de una Estatua de la libertad cubista, un candelabro moderno y un monstruoso sistema de sonido". Una descripción no tan lejana de la realidad si vemos la imagen de arriba (clic para ampliar). La imagen fue tomada por @LindaCremonesi durante una prueba realizada un día antes del lanzamiento.

El mecanismo detrás de la "bestia espléndidamente improbable" como otro científico describió a ANITA es el efecto Askaryan , descubierto en 1962 por el físico soviético-armenio Gurgen Askaryan quien postuló que una partícula que viaja más rápido que la velocidad de fase de la luz en un dieléctrico denso (como la sal, el hielo o el regolito lunar) produce una lluvia de partículas cargadas secundarias y emite así un cono de radiación coherente en la longitud de onda de la radio o las microondas del espectro electromagnético.

Con el fin de detectar estas señales, la estructura de ANITA está compuesta por varios conjuntos de antenas de banda ancha de doble polarización con campos de visión superpuestos, combinados con un sistema de disparo heredado de otros proyectos de desarrollo de instrumentos similares de detección de impulsos de radiofrecuencia, tanto espaciales como terrestres. Para sacar el máximo provecho del enorme potencial disponible para la detección de neutrinos a partir de la gran masa de hielo Antártica, el conjunto de antenas debe ver la mayor parte posible de la capa de hielo por debajo del globo y hacia el horizonte. De allí que se ubican en una estructura cilindrica y apuntan en todas direcciones.

ANITA es un experimento "veterano" de las campañas de globos de la NASA en la Antártida. Este año se encuentra realizando su cuarto "tour" de recogida de datros luego de tres misiones previas: ANITA I en 2006, seguido por ANITA II en 2008 y más recientemente en 2014 por ANITA III. Las características principales de esta cuarta encarnación del instrumento incluyen una estructura general mucho más liviana, la inclusión de filtros sintonizables y un sistema de disparo mejorado.

Vuelos de calibración

Otro proyecto, en este caso liderado por un equipo de la Universidad de Kansas, y denominado Hi-Cal está participando en la campaña de lanzamiento. Esta pequeña carga útil, que se lanzará por medios manuales en un pequeño globo de polietileno unos días después de ANITA, servirá como una especie de "calibración". Moviéndose cientos de millas detrás de ANITA pero siguiendo más o menos la misma ruta, transmitirá pulsos a una velocidad predeterminada emulando las señales de radio producidas por rayos cósmicos de ultra-alta energía. Estos impulsos serán recibidos por ANITA tanto directamente como por señales reflejadas desde la superficie del hielo. Así, la relación de las amplitudes de las señales reflejadas con respecto a las recibidas directamente proporcionará una medida directa de cualquier efecto sobre la señal detectada causada por la rugosidad de la superficie.

Antes de la llegada de "Hi-Cal" los transmisores de calibración se ubicaban a nivel del suelo o por debajo de la superficie de hielo. Por ejemplo, para el vuelo ANITA II en 2008, dos de estos dispositivos fueron localizados en sendos hoyos, uno a 90 metros de profundidad bajo el hielo en Taylor Dome -una campamento de investigación 200 km al oeste de la estación McMurdo- y el otro 25 metros por debajo de Williams Field, la base de lanzamiento. Ambos dispositivos transmitieron pulsos a intervalos determinados durante todo el vuelo.

A partir de la misión ANITA III en 2014, se puso en practica el nuevo sistema basado en globos. En esa campaña se lanzaron dos balones "Hi-Cal", uno en diciembre de 2014 que falló y otro en enero de 2015, que fue lanzado luego de que ANITA pasara cerca de McMurdo al completar su segundo giro al continente.

Los planes iniciales contemplaban lanzar la carga útil de calibración entre 24 y 48 horas después del lanzamiento de ANITA IV, pero al momento de escribir esto, el globo principal está situado ya lejos de McMurdo (véase el mapa a la derecha) y "Hi-Cal" no fue lanzado todavía.

Veremos qué pasa cuando el globo regrese a las inmediaciones de McMurdo en los próximos días.

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