¡Las naves espaciales de la NASA están explorando nuestro planeta, nuestro sistema solar y más allá!
Pero, ¿Te has preguntado cómo nos dicen lo que encuentran?
La nave espacial envía información e imágenes a la Tierra usando la Red del Espacio Profundo (Deep Space Network, o DSN).
Dato curioso: La DSN es una colección de grandes antenas de radio en diferentes partes del mundo.
El complejo DSN en Canberra, Australia. Hay al menos cuatro antenas en cada sitio de DSN. Crédito de imagen: NASA/CSIRO/Canberra Deep Space Communication Complex
¿Dónde se encuentran?
Esos sitios están espaciados casi uniformemente alrededor del planeta. Eso significa que a medida que la Tierra gira, nunca perdemos de vista una nave espacial. Las ubicaciones de las DSN se encuentran cerca de:
- Canberra, Australia
- Madrid, España
- Goldstone, California
Mapa del mundo que muestra los tres sitios de Deep Space Network. Crédito de imagen: NASA/JPL-Caltech
¿Qué hacen las antenas DSN?
Las naves espaciales envían imágenes y otra información a estas grandes antenas. Las antenas también reciben detalles sobre dónde están las naves espaciales y cómo están funcionando. Al mismo tiempo, la NASA usa la DSN para enviar listas de instrucciones a la nave espacial.
Una ilustración de una nave espacial que envía información y recibe información de una antena DSN. Credito de imagen: NASA/JPL-Caltech
¿Cómo se comunican las naves espaciales con la DSN?
Nuestros exploradores robóticos tienen mucho que hacer. Las herramientas que utilizan para comunicarse no pueden ser demasiado pesadas, ocupar demasiado espacio o utilizar demasiada energía. Las pequeñas antenas de la nave pueden transmitir señales de radio débiles a la Tierra.
Cuanto más alejada esté una nave espacial, más grande será la antena que necesita para detectar su señal. La antena más grande en cada sitio de DSN es de 70 metros (230 pies) de diámetro.
Antena de Marte ubicada en Goldstone, California. Crédito de imagen: NASA
Los objetos más distantes con los que se comunica el DSN son las dos naves espaciales Voyager de la NASA. Lanzadas en 1977, las Voyager 1 y 2 estudiaron Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Hoy, Voyager 1 está explorando más allá de nuestro sistema solar ¡en el espacio interestelar!
Debido a que las Voyagers están muy lejos, sus señales a las antenas son muy débiles. Los ingenieros han descubierto maneras de aumentar esas señales para que puedan escucharse alto y claro.
Dato curioso: La potencia que reciben las antenas DSN de las señales de la Voyager, ¡es 20 mil millones de veces más débil que la que se necesita para ejecutar un reloj digital!
Como puedes notar, las líneas en zigzag representan información que pasa entre la nave espacial y las antenas DSN. Crédito de imagen: Captura de pantalla de DSN Now/NASA/JPL-Caltech
¿Qué sucede una vez que las antenas DSN reciben las señales?
Los centros de la DSN reciben la información entrante. Luego, lo envían al Centro de Operaciones de Vuelo Espacial (Space Flight Operations Facility) en el Jet Propulsion Laboratory (JPL), en Pasadena, California; allí, las fotos y otros datos se procesan y comparten con los científicos, ¡y con el resto de nosotros!
Foto de la Instalación de Operaciones de Vuelo Espacial en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Este es el eje central de la DSN. Crédito de imagen: NASA/JPL-Caltech
En nuestro sistema de numeración, normalmente usamos la notación decimal, la cual, utiliza 10 dígitos: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
El idioma que usamos para hablar con las máquinas se denomina notación binaria, la cual, sólo utiliza dos dígitos: 0 1
El resto de la información transportada en un mensaje binario depende de la posición de los ceros y unos. Esto es similar a la notación decimal. 
Por ejemplo, en la notación decimal, sabemos que hay una gran diferencia entre los números 126 y 621. ¿Cómo sabemos esto? Porque los dígitos (el 6, el 2 y el 1) se encuentran en posiciones diferentes. Estas posiciones con frecuencia se denominan "posiciones de valor relativo".
Sucede lo mismo con los números binarios, con una excepción. Para determinar cuánto vale cada posición de valor relativo, debes multiplicar por 2, en lugar de hacerlo por 10, cada vez que te mueves una posición más hacia la izquierda. Por lo tanto, así leerías el número binario 10110101:
¡Haz la prueba, inténtalo tú mismo!
¿Cómo leerías estos números binarios?
1111
11110000
10010101
10101010
Respuestas:
Binario 1111 = decimal 15
Binario 11110000 = decimal 240
Binario 10010101 = decimal 149
Binario 10101010 = decimal 170
¿Te salió el resultado correcto? ¡Sigue practicando!
¡A la mano!
Hace mucho tiempo, los seres humanos desarrollaron un sistema para contar basado en decenas, por una buena razón. ¿Adivinas cuál es? ¡Tenemos 10 dedos! Pues siempre tenemos "a la mano" una forma de darle un seguimiento a las cosas.
Sin embargo, este sistema no funciona tan bien para las computadoras. Por eso se inventó el sistema hexadecimal.
16 posibilidades
"Hexadeci" significa 16. En lugar de sólo 10 dígitos (0 a 9), hexadecimal tiene 16 dígitos (0 a 15). Este sistema usa letras para los dígitos de más de 9:
A = 10
B = 11
C = 12
D = 13
E = 14
F = 15
De esta forma, los ingenieros convierten de binario a hexadecimal, en lugar de convertir los datos de la nave espacial de números binarios a decimales.
Bien, no toda la información que entra o sale a una computadora es realmente un número. En ocasiones, se trata de verdadero o falso, encendido o apagado, o una "opción múltiple". A veces la información es una palabra. Resulta ser que los sistemas hexadecimal y binario se complementan.
Para poder explicar todo esto mejor, presentamos un poco de vocabulario. Un solo dígito binario se denomina un bit. Cuatro bits agrupados se denominan un nybble. Y dos nybbles son un byte.
Si organizas los bits de un nybble de todas las maneras posibles, sólo tendrás 16 posibilidades. Estos son los números hexadecimales del 0 al 15:
|
Estos son los nùmeros 0000 = 0
|
Ahora sabemos que el número hexadecimal 9 sólo puede ser 1001 en el sistema binario. Y que el número hexadecimal A sólo puede ser 1010.
El sistema hexadecimal resulta ser una excelente manera para comprimir datos. Puede poner cuatro datos separados en un solo dígito hexadecimal.
De modo que un ingeniero de naves espaciales podría decir que, en un nybble en particular, el primer bit significa que el interruptor de un calefactor se coloca en ENCENDIDO (si es 1) o en APAGADO (si es 0). El segundo bit podría significar que una partícula de polvo chocó (1) o no chocó (0) con un sensor diminuto. Y así sucesivamente.
Los números decimales no resultan prácticos para esto. Por ejemplo, observa lo siguiente:
|
Hexadecimal |
Binario |
Decimal |
|
9999 |
1001 1001 1001 1001 |
39,321 |
|
AOAO |
1010 0000 1010 0000 |
41,120 |
|
AAAA |
1010 1010 1010 1010 |
43,690 |
¿Qué te indica el número 39,321 con respecto al número binario que es su equivalente? No mucho, ¡a menos que tengas una calculadora especial para traducir la información! ¡Pero el número hexadecimal 9999 te indica exactamente cuáles bits son unos y cuáles son ceros!
Entonces, como puedes ver, los sistemas matemáticos en realidad son similares a los idiomas. Los inventamos para cumplir con nuestros propósitos. Y justamente casi todas las computadoras, y naves espaciales, ahora se basan en el idioma de los números hexadecimal.
¡Practica tus conocimientos con esta actividad!
Hace aproximadamente 65 millones de años, un gran cometa o asteroide chocó contra la Tierra. Los científicos creen que este impacto podría explicar por qué murieron todos los dinosaurios.
Sin embargo, antes de que esto ocurriera, ¡La Tierra tuvo días peores! Cometas, asteroides e incluso rocas más grandes se estrellaban contra ella. ¡puedes creerlo!
¿Crees que estos invasores del espacio podrían haber generado algo bueno?
Esta gráfica muestra un planeta rocoso que está siendo bombardeado por cometas. Fuente: NASA/JPL-Caltech
Hay muchas preguntas importantes sobre la historia de la Tierra. Algunas de ellas son:
¿Cuál es el origen de los océanos? 
La Tierra se formó hace unos 4,500 millones de años. En un inicio, hacía demasiado calor como para tener océanos. El agua se habría evaporado de inmediato. Una vez que la Tierra se enfrió, el agua habría dejado de evaporarse hacia el espacio. Cualquier fuente de agua ahora podría conservarse.
En el comienzo, el material rocoso que formó la Tierra contenía algo de agua, aunque esto no explica el origen de toda el agua.
Probablemente, los cometas hayan hecho envíos periódicos de agua a la Tierra, debido a que, están formados principalmente por hielo. Sin embargo, ¡para llenar los océanos se necesitarían muchos cometas!
Debido a que los asteroides también contienen algo de agua, es posible que también hayan contribuído.
¿Cómo podemos saberlo?
El Cinturón de Kuiper es una gran región de objetos de hielo, incluidos cometas, más allá de la órbita de Neptuno. La Nube de Oort es una región más lejana, con aún más cometas. Está entre 30 y 50 veces más lejos que el Cinturón de Kuiper. Los cometas de cualquiera de las dos regiones pueden desviarse; y en ocasiones terminan en el sistema solar interior cerca de la Tierra.
El telescopio llamado Observatorio Espacial Herschel estudió el Cometa Hartley 2 con luz infrarroja.
¿Sabías que la luz infrarroja es un tipo de luz que no podemos ver, pero que podemos sentir en forma de calor?
Herschel puede apuntar a un cometa y analizar las moléculas de agua en la nube de vapor tenue. Esta nube se forma cuando el hielo del cometa se evapora de su superficie a medida que se acerca al calor del Sol.
Dato curioso: Hay dos tipos diferentes de agua, o "isótopos". Uno se denomina "agua pesada", y el otro se denomina "agua ligera". Nuestros océanos tienen una determinada proporción de ambas.
Herschel descubrió que Hartley 2 contiene la mitad de agua pesada que los demás cometas estudiados hasta ahora. ¡Y la proporción entre agua pesada y agua ligera de este cometa coincide con los océanos de la Tierra! Hartley 2 pertenece al Cinturón de Kuiper. Mientras que los demás cometas, cuya agua se ha estudiado hasta ahora, provienen de la Nube de Oort.
El Cometa Hartley 2 se parece a un maní. Mide casi 2 km de largo.
Los científicos aún tienen que estudiar muchos cometas para estar más seguros. ¿Pero no es asombroso descubrir que los cometas del cinturón de Kuiper fueran una posible fuente de nuestro océano
La ciencia es...
- Observar el mundo.
- Observar y escuchar.
- Observar y registrar.
¡La ciencia es la curiosidad sobre el mundo y cómo se comporta!
Cualquiera puede tener una idea de cómo funcionan las cosas en la naturaleza. Algunos piensan que su idea es la correcta porque "parece correcta" o "tiene sentido". Aunque, para un científico, esto no es suficiente. Un científico prueba la idea en el mundo real.
¿Sabías que una idea que predice cómo funciona el mundo se conoce como hipótesis?
Si una idea, o hipótesis, predice de manera correcta cómo se comportará algo, la denominamos teoría. Si una idea explica todos los hechos, o la evidencia, que hemos descubierto, también la llamamos teoría.
¡Dato curioso! El Método científico, por lo general, significa una serie de pasos que los científicos siguen para descubrir cómo funcionan las cosas en la naturaleza. ¡Pero realmente no es la forma en la que se practica la ciencia!
De la observación a la teoría
En ocasiones las observaciones suceden antes que la idea o a la teoría.
Durante mucho tiempo, las personas observaron que ciertas "estrellas" viajaban en el cielo nocturno siguiendo un patrón de bucle. Finalmente, en 1514 a Nicolás Copérnico se le ocurrió la idea del "heliocentrismo" (que significa el Sol centrado). Pensó que el Sol era el centro del universo y que la Tierra era una de las muchas esferas que orbitan alrededor del Sol. Esta idea explicaba los patrones nómadas de los planetas. También predecía hacia dónde viajarían. Esta idea se convirtió en teoría. Por supuesto, posteriormente se mejoró la teoría. En definitiva, el Sol no es el centro de todo el universo, sino solo de nuestro propio sistema solar. Pasó mucho tiempo para que los científicos pudieran probarlas y demostrar que eran correctas.
Este dibujo es similar al hecho por Nicolás Copérnico (publicado en 1543) y muestra el Sol en el centro del sistema solar.
La ciencia ocurre principalmente dentro de la cabeza del científico.
La ciencia no es simplemente una aproximación paso a paso al descubrimiento.
La ciencia es más como un misterio que invita a cualquiera que esté interesado a convertirse en detective y unirse a la diversión.
¡El radar de la NASA nos brinda información sobre la migración de las aves!
Cuando piensas en el atardecer, seguro piensas que es momento para descansar y relajarse. Sin embargo, para muchas aves, los atardeceres marcan el inicio de una noche dura de trabajo. Un gran número de aves de Norteamérica pueblan los cielos a medida que atardece en el otoño. Para estos cansados viajeros, es momento de realizar otro largo vuelo.
¿Conoces que es la migración? La migración es cuando algunas aves tienen más de un hogar, uno de verano y uno de invierno, los cuales, usan para reproducirse o para mantenerse cálidos y encontrar alimento durante el invierno.
Para viajar de un hogar a otro requiere de mucha energía. ¡Un viaje cansado! Algunas veces, viajan alrededor de 7,000 millas en una sola dirección. Durante el trayecto, necesitan lugares donde descansar, esto, para que su viaje sea más seguro. Lamentablemente, las actividades humanas están destruyendo muchas de las áreas de descanso. Esto provoca que cada vez sean menos aves las que sobrevivan a este largo recorrido. Por esta razón, los científicos necesitan conocer cuáles son los lugares de descanso, para así, ayudar a proteger estas áreas.
La NASA puede ayudar a los científicos a conocer estos lugares. Esto se debe a que la NASA utiliza radares para las misiones de pluviosidad; los cuales, no solo registran el tiempo atmosférico; también registran todo lo que ocurre en el cielo. ¡Esto también incluye a las aves!
Datos de radar meteorológico, octubre de 2005. Los grandes círculos que viajan de este a oeste son aves que parten cuando atardece en cada una de las áreas. Aparecen como círculos porque el radar solo puede visualizar aves a una cierta distancia de la estación de radar. Crédito: Jeff Buler.
Los científicos se valen de indicios para determinar que lo que están observando son aves y no el tiempo atmosférico. Un gran indicio es que todas las "gotas" aparecen justo al atardecer. ¡El atardecer es el momento en que la mayoría de las aves inicia su vuelo!
Para hallar donde han descansando las aves durante el día, los científicos buscan las gotitas del radar que aparecen al atardecer. Estas gotitas del radar son grandes grupos de aves que se dirigen al cielo en conjunto. Por ello, aparecen rápidamente en el radar.
Entonces, ¿Por qué es importante esta información? Porque puede ser utilizada para proteger áreas que son importantes para la migración de un ave.
Los científicos próximamente combinarán nuevos datos de los radares de la NASA con los datos provenientes de otros radares. Estos otros radares pertenecen a grupos, como el Servicio Meteorológico Nacional. Todos estos radares les darán un panorama completo de la migración de aves por los Estados Unidos.
La NASA, recientemente, ha construido nuevos radares como parte de sus estudios meteorológicos. Estos radares se ubican en áreas donde viajan muchas aves; así como en lugares que otros radares no abarcan completamente.
¡Gracias a la NASA y a estos científicos dedicados, algunas aves trabajadoras pueden tener, al fin, un descanso!
¿Sabías que para encontrar su ruta los humanos han mirado los cielos desde tiempos lejanos? Los antiguos marineros utilizaban las constelaciones y el cielo nocturno para interpretar dónde estaban y hacia dónde se dirigian.
Actualmente, todo lo que necesitamos es un simple receptor GPS (Sistema de Posicionamiento Global) manual para descifrar dónde nos encontramos exactamente desde cualquier parte del mundo. Sin embargo, aún necesitamos objetos en lo alto del cielo para ello. La diferencia es que en lugar de las estrellas, usamos satélites.
Hay más de 30 satélites de navegación que se mueven alrededor de la Tierra a una gran altura.
La Tierra está rodeada por satélites de navegación. Crédito: NOAA.
¿Qué es un GPS?
El GPS es un sistema. Está compuesto de tres partes: satélites, estaciones terrestres y receptores.
- Los satélites actúan como estrellas en las constelaciones; sabemos donde deberían de estar en determinado momento.
- Las estaciones terrestres utilizan un radar para asegurarse de que realmente están donde creemos que están.
- Un receptor, como el que puedes encontrar en tu teléfono o en un automóvil, está recibiendo constantemente una señal de estos satélites. El receptor detecta cuán lejos están de algunos de ellos.
Una vez que el receptor calcula la distancia desde cuatro o más satélites, sabe exactamente dónde estás. ¡Rápido! Desde millas de distancia en el espacio es posible conocer tu ubicación con una precisión increíble. Por lo general, pueden determinar dónde se encuentra a unos pocos metros de su ubicación real. ¡Sin embargo, más receptores de alta tecnología pueden averiguar dónde te encuentra en unas pocas pulgadas!
¡Los antiguos navegantes estarían asombrados por la velocidad y facilidad con la que localizas tu ubicación actualmente!
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) está compuesto por satélites, estaciones terrestres y receptores.
¡El GPS también se puede utilizar para vigilar riesgos naturales peligrosos!
Tsunamis
El GPS puede ayudar a brindar una advertencia temprana de tsunamis. Crédito: mnlamberson.
Volcanes
El GPS se utiliza para monitorear volcanes. Crédito: Earth Uncut Productions Ltd.
Terremotos
La consecuencia de los terremotos se puede monitorear rápidamente utilizando un GPS. Crédito: 李元顥.
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