Existen muchas formas de energía electromagnética. Un tipo de energía electromagnética es la luz que vemos con nuestros ojos. Otra forma es las ondas de radio. No podemos ver las ondas de radio, pero sabemos cómo crearlas y cómo detectarlas. También sabemos cómo lograr que transporten mensajes. ¡Las ondas de radio son las que te traen la radio y la televisión!
Cambiar la forma de las ondas de radio para que éstas puedan transportar información se denomina "modular" la onda. Una onda de radio que ha sido modulada para transportar información se denomina "señal". Ahora bien, la onda es más que energía electromagnética. ¡Es un mensaje!
Una señal FM tiene su frecuencia, o longitud de onda, modulada. Una señal AM tiene su amplitud, o altura, modulada.
Dato curioso: Las naves espaciales modulan la forma de onda de otra manera diferente.
Convertir una onda de radio común en una que transporta un mensaje es tarea del transceptor.
¡Nueva tecnología para futuras misiones!
Al igual que los demás componentes electrónicos hoy en día, los transceptores son cada vez más pequeños, más baratos y necesitan menos energía. Como parte del Programa del Nuevo Milenio de la NASA (NASA's New Millennium Program), los ingenieros espaciales están trabajando de toda manera posible para lograr que las naves espaciales sean más pequeñas, mejores y menos costosas para lanzar y operar.
Space Technology 5 (ST5) fue una misión dedicada a crear y probar tres naves espaciales muy pequeñas que trabajaron juntas para estudiar el "clima del espacio" en órbita alrededor de la Tierra. Eran mucho más pequeñas y mucho menos costosas que las naves espaciales del pasado, pero podían hacer todas las mismas tareas.
Uno de sus instrumentos nuevos y mucho más pequeños era el transpondedor.
Un transpondedor "rebota" una señal desde la Tierra y de vuelta a la Tierra, para que los ingenieros puedan medir a qué distancia se encuentra la nave espacial y a qué rapidez se está desplazando.
Cada transpondedor tenía aproximadamente el tamaño de cinco barajas de cartas apiladas, aproximadamente 6 x 6 x 10 centímetros y pesaba menos de 500 gramos. Eran nueve veces más pequeños y doce veces más alto que los transpondedores en otras naves espaciales. Cada transpondedor también necesitaba mucha menos energía. ¡Parte de la tecnología utilizada en este transpondedor proviene de la tecnología de los teléfonos celulares!
ST5 ayudará a que las futuras misiones espaciales funcionen mejor, sean menos caras y nos ayuden a descubrir información incluso más asombrosa y útil con respecto a nuestro medio ambiente del espacio.
Las ondas sonoras crean olas en el aire, por ejemplo las olas en el océano. El aire se mueve en una y otra dirección a medida que lo atraviesan las ondas de energía sonora.
Si pones algo como un papel en el camino de la onda sonora, también vibrará bastante. Si le das a esta superficie de papel la forma correcta, las ondas sonoras se concentrarán en un punto.
De manera similar, hace que funcionen las antenas parabólicas gigantes de la NASA. Estas antenas escuchan las señales de la nave espacial planetaria que ahora explora el espacio lejos de la Tierra.
La antena parabólica de esta fotografía tiene un diámetro de 70 metros (unos 230 pies). Esta antena se encuentra en Australia. Observa lo pequeñas que se ven los coches en comparación.
¡No podemos simplemente construir una nave espacial, decirle que llame de vez en cuando y luego lanzarla a Marte o Júpiter! Debemos tener una manera de poder oír su voz tenue y hablarle mientras se encuentra muy lejos.
Por supuesto, ninguna nave espacial se comunica mediante el sonido. Los mensajes no llegarían demasiado lejos, ¡ya que las ondas sonoras no pueden viajar en el vacío del espacio! Sin embargo, las naves espaciales sí envían ondas de radio, que pueden viajar casi para siempre. El problema es que las ondas de radio se van extendiendo y se debilitan cada vez más cuanto más lejos tengan que viajar. Por esa razón, ¡las antenas para las ondas de radio de la NASA tienen que ser realmente grandes!
La trayectoria que toman las señales de radio una vez que llegan a la antena es similar a un cono plegado. Una vez que la señal llega al foco se usan instrumentos electrónicos que aumentan el volumen incluso más.
¡Ahora podemos comenzar a descodificar el mensaje y determinar qué es lo que nos está mostrando y diciendo la nave espacial!
¡Disfruta de una super audición con tu propio cono sonoro!
¡Detecta sonidos muy tenues que no puedes escuchar sólo con tus oídos! Haz un sencillo cono sonoro para aumentar el volumen de cualquier sonido que provenga de una dirección en particular. ¡Te sorprenderás!
Materiales:
- Un pliego grande de cartulina de aproximadamente 46 x 61 cm (18 x 24 pulg.)
- Cinta adhesiva transparente
Procedimiento:
¡Es muy fácil!
Simplemente enrolla la cartulina en la forma de un cono, dejando un pequeño orificio (de aproximadamente 1.5 a 2.5 cm) en el extremo con punta. Deja el extremo grande lo más ancho que puedas. Luego pega con cinta el borde en su posición.
Lleva el cono al aire libre. Pon el extremo pequeño en tu oído. Apunta el cono en diferentes direcciones y escucha con atención. Observa lo diferente que suena el mundo con y sin el cono para ayudarte a escuchar.
¿Qué sonidos tenues has podido oír con el cono que nunca antes habías notado antes?
Ahora, ¿puedes adivinar lo que tienen en común estos dos objetos?
O
Cuando hablamos de cómo la Tierra y los demás planetas viajan alrededor del Sol, decimos que están en órbita alrededor del Sol. De manera similar, la Luna, así como muchos satélites artificiales están en órbita alrededor de la Tierra.
Cuando se trata de satélites, los ingenieros espaciales tienen diferentes tipos de órbitas entre las cuales elegir. Todo dependerá del trabajo que deba realizar el satélite desde allá arriba.
Pueden elegir:
- una órbita que viaja alrededor del ecuador de la Tierra
- una órbita que pasa sobre los Polos Norte y Sur de la Tierra
- cualquier posibilidad intermedia
Pueden elegir:
- una órbita de poca altitud de sólo unos pocos centenares de millas por encima de la superficie de la Tierra
- una órbita que se encuentra a miles de millas en el espacio
Animación Suspendida
¿Sabes que son los satélites climáticos GOES?
Dato interesante: GOES significa Satélite Medioambiental Operacional Geoestacionario (Geostationary Operational Environmental Satellite, en inglés).
Imagen del huracán Fran obtenida a partir de datos del satélite meteorológico GOES en septiembre de 1996.
Los dos satélites climáticos GOES tienen la tarea de estudiar el clima sobre América del Norte. Necesitan estar al tanto de cualquier situación que se desarrollará, tal como las tormentas tropicales que se generan en el Océano Atlántico o los frentes de tormenta que se desplazan por el Océano Pacífico hacia la costa oeste de los EE.UU. Por lo tanto, están "estacionados" en lo que se conoce como órbita geoestacionaria.
Están en órbita exactamente sobre el ecuador de la Tierra y realizan una órbita por día. Dado que la Tierra gira una vez por día alrededor de su eje, el satélite GEOS parece flotar sobre el mismo lugar de la Tierra en todo momento.
Por ejemplo, en la ilustración de la derecha, estamos mirando hacia abajo al Polo Norte. ¡Por supuesto, esta caricatura no está a escala! Si Rodrigo estuviera parado en algún lugar del ecuador y pudiera ver un satélite geoestacionario en lo alto (lo cual sería bastante difícil, ¡ya que estaría a 22,300 millas de distancia!), el satélite parecería estar suspendido sobre su cabeza en todo momento. Haz clic en la ilustración para tener una idea de cómo se vería esto.
Por otro lado, también existen otros satélites cuyas tareas consisten en preparar mapas o estudiar diferentes partes de la superficie de la Tierra y para eso necesitan una órbita que se acerque lo más posible a los Polos Norte y Sur. De esta manera, la Tierra gira debajo de la órbita del satélite y la Tierra se hace cargo de la mayor cantidad de trabajo de desplazamiento. Además, el satélite debe estar cerca de la superficie de la Tierra (a pocos centenares de millas de altura) para tener una buena vista con sus instrumentos de generación de medición e imágenes.
Cuanto más baja sea la órbita del satélite, menos tiempo demora en realizar un viaje alrededor de la Tierra y más rápido debe moverse. Por esta razón, una órbita geoestacionaria debe ser tan alta. Debe estar a distancia suficiente como para desplazarse con suficiente lentitud para girar alrededor de la Tierra solamente una vez por día.
En la ilustración, el satélite pasa casi directamente sobre los Polos Norte y Sur. En esta animación, hace este recorrido dos veces en un día.
En realidad, el satélite puede orbitar alrededor de la Tierra aproximadamente una vez cada hora y media, haciendo varias vueltas completas por día.
Dato interesante: POES significa Satélites Medioambientales Operacionales con órbitas alrededor de los Polos (Polar-orbiting Operational Environmental Satellites, en inglés).
Un ejemplo de satélites en órbita polar son los tres satélites POES. Al juntar las imágenes de los tres satélites, demora sólo seis horas para obtener imágenes de prácticamente cada pulgada cuadrada de la Tierra.
Esta información es utilizada para ayudar a los científicos a comprender los patrones climáticos, oceánicos, volcánicos y de vegetación en todo el mundo. Además, la información ayuda en operaciones de búsqueda y rescate, así como para detectar incendios forestales.
Supón que se han de lanzar dos satélites hasta la misma altitud. Sin embargo, uno se moverá a la órbita polar mientras que la otra orbitará alrededor del ecuador. ¿Puedes adivinar cuál de los satélites requerirá más combustible para alcanzar su órbita?
¡La respuesta correcta es el satélite en órbita polar!
En el ecuador, ¡la Tierra misma está girando de oeste a este a 1675 kilómetros por hora! Si se lanzara el satélite en la misma dirección en que está girando la Tierra, recibirá un gran impulso. En cambio, si se lanzara hacia el norte o sur, no conseguirá aprovechar este impulso. O bien, si se lanzara el satélite hacia el este, se requerirá mucho combustible en los propulsores de la aeronave para cambiar la inclinación de su órbita. Una órbita polar tiene una inclinación alta.
Mirando desde lo alto
Este es uno de los satélites GOES ahora en servicio en órbita geoestacionaria.
Este es uno de los satélites POES ahora en órbita polar.
Este es el satélite GOES-R, que es la generación de satélites meteorológicos geoestacionarios.
Los satélites GOES y POES fueron construidos para la NASA y NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica). NOAA decide lo que se necesita para su diseño, y luego, una vez construídos, los opera para ayudarles a hacer su trabajo.
El trabajo de NOAA es describir y predecir cambios en el medio ambiente de la Tierra, y conservar y administrar de manera inteligente los recursos costeros y marítimos del país.
Crew Dragon Animation. Crédito: SpaceX
¿Cómo saben los ingenieros espaciales cuándo realizar el lanzamiento?
Bueno, nada en el espacio se detiene. Todo orbita alrededor de otra cosa o bien se acerca o se aleja de dicho objeto. Entonces, ¿cómo hacen los ingenieros espaciales para que una nave espacial aterrice en Marte o se encuentre con un cometa o asteroide en particular?
No sólo la Tierra y el objetivo están en constante movimiento realizando sus respectivas órbitas alrededor del Sol, ¡sino que además nuestra plataforma de lanzamiento terrestre gira aproximadamente a 1.600 kilómetros por hora cuando lanzamos el cohete!
¡Todo depende del momento justo!
Al elegir un momento para realizar un lanzamiento, los ingenieros y científicos espaciales tienen que tener en cuenta muchas cosas. ¡La mayor parte de ellas se refiere a obtener el mayor impulso posible de la gran plataforma de lanzamiento que llamamos el planeta Tierra!
¡La Tierra viaja alrededor del Sol a una velocidad de 107,000 kilómetros por hora! Si nuestra nave espacial interplanetaria apunta en la misma dirección que la Tierra, obtendrá una gran ventaja.
Además, la Tierra da una vuelta completa cada día hacia el este sobre su eje. En el ecuador, ¡la superficie de la Tierra gira a 1,675 kilómetros por hora! Entonces, si lanzamos el cohete hacia el este, recibirá otro gran impulso del movimiento de rotación de la Tierra.
Ahora, realizaremos el lanzamiento hacia el este. Elegimos la hora de lanzamiento para darle al cohete tiempo de acelerar a medida que viaja parcialmente alrededor de la Tierra. Luego, cuando la nave espacial se dirige en la misma dirección que el movimiento orbital de la Tierra alrededor del Sol, el cohete le da un último impulso para enviarlo fuera de la órbita terrestre y dirigirlo por su camino.
Usando tanto el movimiento rotacional de la Tierra sobre su eje como el movimiento orbital de la Tierra alrededor del Sol, ¡podemos ahorrar mucho combustible y mucho tiempo en alcanzar nuestro lejano destino!
¿A dónde queremos ir?
Una vez que sabemos eso, calculamos la mejor época del año para realizar el lanzamiento basándonos en dónde se encontrará la Tierra en su órbita alrededor del Sol.
Ventana de lanzamiento
El mejor momento para lanzar el cohete se llaman "ventanas de lanzamiento" (launch windows).
Del mismo modo que una ventana de vidrio es una abertura en una pared, ¡una ventana de lanzamiento es una abertura en el tiempo!
Por lo general, los ingenieros intentarán de lanzar al comienzo de la ventana del primer lanzamiento. Sin embargo, varias cosas pueden retrasar el lanzamiento. Por ejemplo, el clima puede ser malo. O algo podría parecer un poco raro con la nave espacial o el cohete o las comunicaciones terrestres. O puede aparecer un barco o un avión, aunque se les haya advertido que mantengan la distancia. Cualquiera de estos puede causar un retraso hasta la próxima ventana de lanzamiento o más adelante en la misma ventana de lanzamiento.
Ahora si… Listos… Preparados… Apunten… ¡Despeguen!
Mientras Caperucita Roja camina hacia la casa de su Abuelita, trata de nombrar todos los árboles del bosque. Pero el bosque es tan tupido, que le resulta difícil distinguir todos los tipos de árboles. ¡Todo se vuelve confuso!
¡Imagínate qué colorido sería el bosque si cada tipo de árbol tuviera un color diferente! En esta imagen, se usan estos colores para los siguientes árboles:
¿Cómo se vería el mundo desde el espacio si los árboles, campos, lagos y montañas todos tuvieran colores diferentes? Podrías sobrevolar la Tierra buscando un huerto de tus manzanos favoritos, ¡para luego bajar y recoger todas las manzanas que quisieras!
Pero hay razones incluso más importantes, para poder ver tales detalles desde el espacio. Por ejemplo, las personas podrían hacer mejor sus labores si tuvieran imágenes muy exactas de la tierra. Trabajos como:
- Agricultura
- Cuidar de los bosques
- Buscar lugares para hacer pozos petroleros
- Excavar para recoger minerales valiosos
- Construir ciudades
- Ayudar a controlar las inundaciones
Al enviar nuestros "ojos" tecnológicos mejorados al espacio, podemos comprender y cuidar mejor de nuestro hogar, el planeta Tierra.
Gracias a los satélites Landsat, tenemos imágenes desde el espacio de toda la superficie de la Tierra. En abril de 1999, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio lanzó el séptimo Landsat. Cada uno es mejor que el anterior, al disponer de tecnología cada vez más avanzada para generar imágenes y trazar mapas de nuestro planeta.
En octubre del año 2000, para mejorar aún más las imágenes de la Tierra desde el espacio, se lanzó una nave espacial muy particular, denominada Earth Observing-1 (EO-1). EO-1 está probando algunos instrumentos nuevos muy avanzados. Uno de ellos, denominado Hyperion, es muy sensible a las pequeñas diferencias de colores. Es tan sensible que cuando todos sus datos son procesados por computadoras, ¡podemos ver claramente dónde termina un tipo de árbol y dónde comienza otro!
EO-1 vuela detrás de Landsat 7 y toma fotografías de las mismas áreas casi al mismo tiempo. De esta manera, las imágenes provenientes de los nuevos instrumentos de EO-1 se pueden comparar con las imágenes proporcionadas por los instrumentos actuales de Landsat.
Esta imagen fue producida a partir de datos recogidos por los instrumentos incluidos en el actual satélite Landsat.
Esta es una imagen de esa misma área que se puede hacer a partir de datos recogidos por el Hyperion de EO-1.
Además de identificar los árboles, las imágenes de Landsat muestran cómo cambia el terreno con el tiempo. Sus efectos aparecen claramente en las fotografías Landsat de la misma área tomadas en momentos diferentes. Por ejemplo:
- El crecimiento de las ciudades
- La disminución de las selvas tropicales y de los campos cultivados
- La caída de más o menos lluvia
- Las inundaciones de los ríos
- Los incendios forestales
- La erupción de los volcanes
Si has tenido la suerte de viajar en avión y de casualidad has mirado a través de la ventana, sabes que el mundo de aquí abajo se ve muy diferente desde allá arriba. La vista desde arriba nos enseña mucho sobre la Tierra. Las montañas se ven como cortinas arrugadas. Los lechos de los ríos se ven como ondulados. Los campos de cultivo se ven como un divertido colchón con parches de colores verde, marrón y amarillo.
Entonces, ¿no crees que sería maravilloso y práctico tener un mapa tridimensional casi perfecto de nuestro mundo? Y así poder ver todas las formas de las líneas costeras y las extensiones de las masas de tierra y agua, podríamos ver la altura de las montañas y la profundidad de los valles.
La Agencia Nacional de Mapas e Imágenes del Ministerio de Defensa de los Estados Unidos, junto con la NASA y el Jet Propulsion Laboratory, confeccionaron el más detallado y preciso mapa topográfico de casi todo el mundo que se haya hecho. Pero lo más impresionante es que recolectaron toda la información en tan sólo 10 días.
En febrero del año 2000, la Misión de Radar Topográfico fue transportada por el Transbordador Espacial Endeavour. Usó una tecnología conocida como radar generador de imágenes. El radar generador de imágenes hace rebotar una señal de radar en un lugar de la tierra, y luego mide cuánto tarda la señal en regresar y su potencia, además de que puede ver todo esto tanto de día como de noche, y con el cielo nublado o despejado. A partir de esta información, se pueden hacer imágenes muy precisas de la superficie, sus protuberancias (como montañas, colinas y valles), sus texturas (como bosques, lagos y ciudades), y sus rasgos cambiantes (como volcanes, inundaciones y terremotos).
El generador de imágenes utiliza un tipo de luz con una longitud de onda más larga y lenta que nuestros ojos no pueden ver. Es por esto que el radar puede penetrar las nubes, simplemente pasa a través de ellas.
Ya hemos realizado misiones de radar generador de imágenes y hemos obtenido imágenes de radar de distintas partes del mundo. Por ejemplo, esta imagen de las montañas del Tibet fue obtenida por una misión de radar generador de imágenes llamada SIR-C/X-SAR. (Los colores se agregaron después para resaltar los detalles).
Así mismo, la Misión de Radar Topográfico del Transbordador Espacial combina el radar generador de imágenes con otra tecnología conocida como interferometría, al hacer volar dos antenas de radar situadas a 60 metros (200 pies) la una de la otra.
El mástil que sujetaba las dos antenas de radar es la estructura "plegable" más grande que haya viajado en el espacio. Para que te hagas una idea de lo largo que son 60 metros, te lo mostramos en una imagen de cinco grandes autobuses urbanos alineados al lado del mástil cuando está totalmente desplegado (extendido).
Cuando el mástil estaba plegado en el compartimiento de carga del Transbordador Espacial para el lanzamiento, medía sólo 3 metros de largo.
Aquí vemos una fotografía del mástil de 60 metros totalmente extendido dentro del laboratorio.
Las imágenes recibidas por las dos antenas se combinaron con mucho cuidado para que dieran información precisa sobre la altura del terreno en otras palabras ¡permitieron obtener una imagen tridimensional! Así tenemos el mejor mapa topográfico del mundo que jamás se haya hecho y visto.
Un láser es una fuente de luz inusual. Es muy diferente de una bombilla o una luz de flash. Los láseres producen un rayo de luz muy estrecho. Este tipo de luz es útil para muchas tecnologías e instrumentos, ¡incluso puedes usar algunos en tu casa!
¿Cómo funciona un láser?
Dato curioso: La luz viaja en ondas, y la distancia entre los picos de una onda se denomina longitud de onda.
Cada color de luz tiene una longitud de onda diferente. Por ejemplo, la luz azul tiene una longitud de onda más corta que la luz roja. La luz solar, y la luz típica de una bombilla, se compone de luz con muchas longitudes de onda diferentes. Nuestros ojos ven esta mezcla de longitudes de onda como luz blanca.
Esta animación muestra una representación de las diferentes longitudes de onda presentes en la luz solar. Cuando todas las diferentes longitudes de onda (colores) se juntan, se obtiene luz blanca. Crédito de imagen: NASA
Un láser es diferente. Los láseres no ocurren en la naturaleza. Sin embargo, ¡hemos descubierto formas de crear artificialmente este tipo de luz especial!
Los láseres producen un rayo de luz estrecho en el que todas las ondas de luz tienen longitudes de onda muy similares. Las ondas de luz del láser viajan juntas con sus picos alineados o en fase. Por esta la razón, los rayos láser son muy estrechos, muy brillantes y se pueden enfocar en un punto muy pequeño.
Animación de una representación de ondas de luz láser en fase. Crédito de imagen: NASA
Debido a que la luz láser permanece enfocada y no se dispersa mucho (como lo haría una linterna), los rayos láser pueden viajar distancias muy largas. También pueden concentrar mucha energía en un área muy pequeña.
Esta animación muestra cómo un láser puede enfocar toda su luz en un punto pequeño. Crédito: NASA
¿Te has preguntado para qué se utilizan los láseres?
Los láseres tienen muchos usos. Por ejemplo:
- Se utilizan en herramientas de precisión y pueden cortar diamantes o metales gruesos.
- Pueden ser diseñados para ayudar en cirugías delicadas.
- Los láseres se utilizan para registrar y recuperar información.
- Se utilizan en comunicaciones y en señales de televisión e internet.
- Los encontramos en impresoras láser, escáneres de códigos de barras y reproductores de DVD.
- Ayudan a hacer partes para computadoras y otros productos electrónicos.
Los láseres también se utilizan en instrumentos llamados espectrómetros. Los espectrómetros pueden ayudar a los científicos a descubrir de qué están hechas las cosas. Por ejemplo, el rover Curiosity usa un espectrómetro láser para ver qué tipo de sustancias químicas hay en ciertas piedras en Marte.
Imagen del suelo marciano antes (izquierda) y después (derecha) de ser golpeada por el instrumento láser del rover Curiosity llamado ChemCam. Al hacer pequeños agujeros en el suelo y la roca de Marte, ChemCam puede determinar de qué está hecho el material. Crédito de imagen: NASA/JPL-Caltech/LANL/ CNES/IRAP/LPGN/CNRS
Las misiones de la NASA han usado láseres para estudiar los gases en la atmósfera de la Tierra. Los láseres también se han utilizado en instrumentos que mapean las superficies de planetas, lunas y asteroides.
¡Los científicos incluso han medido la distancia entre la luna y la Tierra usando láseres! Al medir la cantidad de tiempo que tarda un rayo láser en viajar a la luna y volver, ¡los astrónomos pueden decir exactamente qué tan lejos está!
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