Desde su nacimiento hace casi cuarenta y cinco años, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha tenido una clara vocación espacial. A partir de su fundación, en julio de 1975, cuando el instituto estaba formado por un puñado de investigadores e investigadoras que hacían ciencia de primer nivel desde el palacio de la Madraza, siempre se apostó por emprender proyectos para explorar el Sistema Solar. Hoy, cuatro décadas después, el IAA ha colaborado en misiones que han permitido estudiar la atmósfera terrestre, analizar el Sol, caracterizar la atmósfera de Titán, lanzar sondas a Marte o posar instrumentos sobre un cometa. Se puede afirmar que la carrera espacial es uno de los pilares fundamentales de la actividad diaria del centro.
Pero todo ello surgió en un pequeño edificio en el centro de Granada hace bastantes años. En este artículo trataremos de homenajear a varios de los pioneros que, desde los años 70 y con escasos medios, fueron capaces de situar al IAA en una posición privilegiada en la carrera espacial*. Para ello resumiremos varios de los hitos del centro relacionados con la exploración de nuestro Sistema Solar. Como suele ocurrir, no están todos los que son (por limitaciones de espacio), pero sí son todos los que están.

ESTUDIOS ATMOSFÉRICOS
Todo comenzó con el estudio de nuestra propia atmósfera. En 1976, tan solo un año después de la fundación del centro, nacía el Proyecto de Luminiscencia Nocturna, cuyo objetivo principal consistía en la exploración de la alta atmósfera con cohetes de sondeo. Esta tecnología consiste en lanzar proyectiles que efectúan vuelos cortos, de unos tres minutos, y van tomando datos de la emisión de los gases presentes en la atmósfera durante la subida y la bajada. De esta manera, miden la composición atmosférica y proporcionan un diagnóstico de lo que ocurre en las distintas capas. Este proyecto, en colaboración con el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), implicaba a personal de ambos centros. De hecho, varios ingenieros e investigadores del IAA viajaron a Canarias para estudiar cómo se podía hacer ciencia con globos y cohetes de sondeo. Durante varios meses de trabajo se estudiaron las posibilidades que ofrecía esta tecnología, se idearon experimentos, se diseñaron los fotómetros que se requerían para ello… Todo esto se materializó en FOCCA (Fotómetro de Cuatro Canales para la Atmósfera), desarrollado en dos fases (FOCCA1 para condiciones nocturnas y FOCCA2 para el crepúsculo). Ambos lanzamientos se desarrollaron sin contratiempos, y uno de ellos consiguió alcanzar los ochenta kilómetros de altura, un dato superior a lo previsto en el diseño de la misión. A lo largo de los años siguientes, a la luz del éxito conseguido, el IAA continuó diseñando y construyendo cohetes de sondeo, alcanzando cotas cada vez más altas. Uno de los cohetes consiguió analizar el rango de alturas comprendido entre los sesenta y los ciento cincuenta kilómetros, una región de la atmósfera difícil de estudiar y poco comprendida que se conoce, humorísticamente, como ignorosfera.
Tras varios lanzamientos exitosos, el proyecto terminó en 1985, pero dio lugar a varias tesis doctorales y, sobre todo, aportó financiación. El apoyo de la CONIE (Comisión Nacional de Investigación del Espacio, un organismo que intentaba que España comenzara con la exploración espacial) resultó fundamental para la realización de las distintas misiones. Previamente Canadá, EEUU y Suecia habían realizado estudios similares. Y este fue quizás uno de los hitos de este proyecto: el IAA había comenzado a establecer contactos científico-tecnológicos con otros países, lo que proporcionó ideas y colaboraciones para continuar explorando el universo.

DE LA TIERRA A MARTE (O CÓMO HACER DE LA NECESIDAD VIRTUD)
A lo largo de los diez años de vida del Proyecto de Luminiscencia Nocturna se fue ampliando el personal dedicado a la investigación espacial. Poco a poco el centro fue acogiendo estudiantes que se especializaron en atmósferas, en ingeniería para la instrumentación… y la financiación iba llegando.
Una vez finalizados los sondeos de la atmósfera terrestre se decidió dar el salto a Marte. Para ello el instituto se involucró en la misión Mars 96, que preveía enviar una sonda a Marte en el año 1996 (aunque al inicio el proyecto estaba previsto para 1994, y se llamaba Mars 94). Se trataba de una misión soviética abierta a Europa, y España participaba en ella a través de una colaboración entre el IAA y la empresa SENER, la única en el continente capaz de hacer los radares que Mars 96 necesitaba. El instituto aportaba de esta manera ciencia e ingeniería. La misión se basaba en el estudio de la superficie, el clima y la estructura interna de Marte. En concreto, el IAA era el responsable del desarrollo de PFS (del inglés Planetary Fourier Spectrograph) un espectrógrafo infrarrojo para analizar la abundancia y distribución de componentes minoritarios de la atmósfera marciana como agua, ozono, o monóxido de carbono. La sonda se ensambló con éxito y su lanzamiento tuvo lugar el 16 de noviembre de 1996. Si todo hubiera funcionado correctamente, Mars 96 habría llegado a su destino en menos de un año, pero un fallo en la tercera fase del lanzador impidió que la sonda saliera de la Tierra y cayera en el Pacífico. Este error supuso un varapalo para la misión.
Sin embargo, el equipo responsable de Mars 96 tuvo una idea que resultaría en uno de los grandes éxitos de la exploración marciana: siempre que se construye una sonda o un instrumento que se va a lanzar al espacio es necesario fabricar una réplica denominada spare model (o modelo de repuesto). Estas copias de los instrumentos que van a enviarse fuera de la Tierra son fundamentales, puesto que permiten probar la tecnología que se va a utilizar, hacer simulaciones, estudiar cómo se podrían reparar… Tras el fracaso de Mars 96 se decidió que se utilizarían los spare models construidos para dicha misión para ensamblar una nueva sonda. De esta manera, utilizando piezas de estos instrumentos de prueba, en tan solo dos años estaba lista la sonda Mars Express, que fue lanzada el 2 de junio de 2003 y que continúa activa hoy en día. Esta misión, bautizada así por el poco tiempo en el que se materializó, se convirtió en la primera nave europea que visitaba otro planeta, y también contaba con participación del IAA. Más concretamente, el instituto se encargó de diseñar el ordenador central del espectrómetro PFS (basado en el diseño del mismo espectrógrafo para Mars 96). Casi todos los instrumentos de esta misión eran europeos y todo funcionó correctamente (salvo el explorador, llamado Beagle 2, que no consiguió desplegar los paneles solares que le habrían permitido transmitir datos a la Tierra). En resumen, Mars Express supuso un paso adelante en la exploración planetaria europea, y sirvió como precedente para futuras misiones.

En todo caso, la exploración del planeta rojo no terminó aquí. El instituto también forma parte del equipo de Exomars, una misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) y Roscosmos, la agencia espacial rusa, que tiene como último objetivo averiguar si hay o alguna vez hubo vida en Marte. Esta misión tiene lugar en dos fases. La primera, bautizada como ExoMars 2016, consta de una sonda, lanzada en marzo de 2016 y actualmente en órbita, que observa el gas de la atmósfera marciana. Contaba además con Schiaparelli, un demostrador diseñado para probar el mecanismo de entrada de un futuro rover en el planeta rojo que no logró su objetivo y se estrelló al aterrizar. La segunda fase de la misión, ExoMars 2020, prevista para julio de 2020, incluye un rover para explorar la superficie marciana. El IAA ha participado en el desarrollo de NOMAD, una pieza clave del orbital de ExoMars 2016 específicamente diseñada para estudiar el metano, un gas que en la Tierra producen sobre todo los seres vivos, y cuyo hallazgo en Marte supuso una sorpresa en 2004. Con sus primeros resultados, ExoMars ya ha contribuido con datos muy relevantes, que apuntan a que en Marte no hay metano (ver página 14).  

UN LARGO CAMINO HASTA TITÁN
El siguiente paso consistió en el estudio de la atmósfera más similar a la terrestre: la de Titán, el mayor de los satélites de Saturno. A mediados de los noventa, en el intermedio entre Mars 96 y Mars Express comienzan a darse los primeros pasos de Cassini-Huygens (NASA/ESA). El objetivo de esta misión era, por una parte, orbitar Saturno y sus lunas y, por la otra, sumergir el módulo Huygens en la atmósfera de Titán para determinar su composición química. Lanzada el 17 de octubre de 1997, comenzó a enviar datos desde Saturno el 1 de julio de 2004. Pese a que la misión iba a tener una duración inicial de cuatro años desde ese momento, finalmente estuvo operativa hasta septiembre de 2017, cuando se decidió dirigirla hacia Saturno para que se destruyera en las capas superiores de su atmósfera.
La sonda Huygens estaba diseñada para estudiar la composición atmosférica y la superficie de Titán. Este módulo estaba preparado para atravesar la atmósfera con un paracaídas, aterrizar sobre el satélite e instalar un minilaboratorio que mandaría datos a la Tierra vía Cassini. A bordo de Huygens se encontraba instalado el instrumento HASI (Huygens Atmospheric Structure Instrument), dedicado a medir las propiedades físicas y eléctricas de la atmósfera de Titán. Además, HASI llevaba incorporado un micrófono que permitió grabar sonido durante el descenso y el aterrizaje de la sonda. El IAA fue el encargado de llevar a cabo la calibración de HASI. Este proceso es fundamental antes de lanzar cualquier instrumento en órbita para poder validar los datos científicos obtenidos por él. Para ello se utilizó un globo estratosférico (la misión Comas Solá) y se midió en Tierra la conductividad de la atmósfera, aparte de probar el radar altimétrico de Huygens (el instrumento encargado de calcular la distancia antes de tomar Tierra).

La misión estaba diseñada para tomar datos únicamente durante el descenso sobre Titán. Las baterías de Huygens estaban programadas para durar únicamente cinco minutos tras el aterrizaje, pero fuera de pronóstico consiguieron tomar datos durante tres horas, lo que proporcionó uno de los resultados más inesperados de la misión. HASI midió durante el descenso la cantidad de metano y de nitrógeno molecular en la atmósfera de Titán. Según bajaba, ambos compuestos iban aumentando su concentración. Sin embargo, una vez aterrizado, la cantidad de nitrógeno permanecía estable, mientras que la de metano continuó aumentando hasta saturar los medidores. Esto se debió a que, por casualidad, Huygens aterrizó sobre un charco de metano líquido, que al contacto con la sonda se fue evaporando. Durante las tres horas de vida suplementaria de HASI este instrumento fue tomando datos de cómo el metano se iba evaporando. Este resultado inesperado fue uno de los muchos obtenidos gracias a la misión Cassini-Huygens, y se transformó en un gran número de publicaciones científicas (con tan solo tres horas de observación).

¿Y SI ATERRIZAMOS SOBRE UN COMETA?
Tras el éxito de la misión Cassini-Huygens, el IAA se embarcó en uno de los proyectos más ambiciosos de los que ha formado parte. La sonda Rosetta se construyó para situarse en órbita alrededor del cometa 67P/Churiumov-Guerasimenko. Se lanzó el 2 de marzo de 2004 y alcanzó su objetivo el 12 de noviembre de 2014 tras recorrer casi seis mil cuatrocientos millones de kilómetros. Además, el proyecto contaba con un módulo de aterrizaje, Philae, que se envió a la superficie del cometa con el fin de analizar su superficie. Tanto Rosetta como Philae contaban con numerosos instrumentos científicos capaces de estudiar el cometa y sus características físicas y químicas. Entre ellos se encontraba una perforadora para tomar muestras internas del cometa. Rosetta ha proporcionado las imágenes con mayor resolución tomadas jamás de un cometa. Y gracias a ella se supo que 67P no tiene una forma esférica, sino que parece más bien un patito de goma. Rosetta fue testigo in situ del nacimiento de la coma y de las colas de un cometa, permitió observar sus estaciones, sus ciclos de hielo de agua y dióxido de carbono, y comprobó que su superficie está compuesta por una gran variedad de terrenos distintos. Por otra parte, Rosetta permitió detectar y estudiar compuestos como oxígeno y nitrógeno molecular, xenón, agua, etc. Esto implicaría que el bombardeo de cometas al que estuvo sometida la Tierra hace millones de años pudo tener una influencia importante en la formación de la atmósfera terrestre, pero no así en los océanos (lo que se destaca como uno de los resultados más importantes de esta misión). Paralelamente la misión halló fósforo, así como de varias moléculas orgánicas en el cometa; entre ellas la glicina, un aminoácido complejo que podría indicar que los cometas tuvieron algo que ver con el surgimiento de la vida en la Tierra.

La colaboración del IAA en Rosetta se canalizó a través de dos instrumentos. OSIRIS (del inglés Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System) era un sistema de dos cámaras, una de enfoque estrecho de alta resolución y otra de enfoque panorámico y de menor resolución que la anterior. El retorno científico de OSIRIS continúa siendo impresionante, con uno o dos artículos científicos al mes en los que se utilizan sus datos. El segundo instrumento con participación del IAA, GIADA (del inglés Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) analizó la distribución y concentración de gas y polvo en distintas posiciones en torno al cometa. Mediante difracción de polvo, GIADA permitía obtener el producto del tamaño de la partícula y su albedo (o grado de reflectividad), así como el momento cinético de la partícula. Con estos datos era posible estimar, por métodos indirectos, la masa de los granos de polvo. Además de ello, contaba con tres microbalanzas que podían medir la masa directamente si alguna partícula de polvo se posaba sobre ellas. Estas microbalanzas se llenaron de polvo pronto y se saturaron, pero hasta ese momento funcionaron con gran precisión.
Por su parte, el objetivo de la sonda Philae consistía en posarse sobre la superficie de 67P y desde ahí llevar a cabo experimentos para determinar las propiedades físicoquímicas del cometa. Sin embargo, los sistemas de anclaje fallaron y Philae aterrizó en una zona diferente a la prevista, donde no recibía luz solar y, por lo tanto, no podía alimentar su equipo. Philae dejó de comunicarse con la Tierra al poco tiempo de aterrizar en el cometa, pero durante las horas en las que contó con alimentación pudo poner en marcha varios de sus instrumentos y enviar los datos a la nave.
Los datos de Rosetta han generado hasta la fecha más de cien artículos. Un éxito científico que acompaña el desafío tecnológico que supuso la misión, y que convierten a Rosetta en un hito en la exploración espacial.

EL SOL: UNA ESTRELLA AL ALCANCE DE NUESTRAS MANOS
El Sol constituye otro de los objetivos de estudio prioritarios en el IAA. Se trata de la estrella más cercana, en cuya superficie podemos distinguir detalles como manchas, protuberancias y fulguraciones. Además, el estudio del Sol permite entender cómo se comportan las estrellas. El grupo de física solar del IAA ha colaborado tanto científica como tecnológicamente en dos misiones que tienen como fin desentrañar los secretos de nuestra estrella. La primera de ellas es Sunrise, un globo estratosférico que estudió en dos ocasiones (2009 y 2013) nuestra estrella desde las regiones polares de la atmósfera terrestre, y que volará de nuevo en 2021 con mejoras tecnológicas sustanciales. A bordo de este globo vuela el instrumento IMAX, desarrollado en el IAA y dedicado a la obtención de imágenes cuasimonocromáticas de los cuatro parámetros de Stokes en varias longitudes de onda. Estos parámetros permiten reconstruir el valor de los campos magnéticos en nuestra estrella, y los datos del instrumento IMaX se han traducido en numerosos resultados científicos sobre el magnetismo solar.

Por otra parte, la misión Solar Orbiter (ESA), con lanzamiento previsto para 2020, orbitará el Sol a una distancia menor que la de Mercurio y con una inclinación que le permitirá observar los polos del Sol por primera vez en la historia. El IAA colidera el instrumento SO/PHI, que realizará un cartografiado preciso del campo magnético solar, responsable de la mayoría de los fenómenos que se observan en nuestra estrella, como manchas, protuberancias, espículas, fulguraciones o tormentas solares. SO/PHI medirá también la velocidad del plasma en la fotosfera, la capa que vemos cuando miramos el Sol, así como el origen del viento solar.

RETOS FUTUROS: MERCURIO, JÚPITER Y EXOPLANETAS
Desde que el IAA comenzara su actividad espacial hace ya más de cuarenta años, el centro ha aumentado su personal considerablemente y hoy cuenta con una Unidad de Desarrollo Instrumental y Tecnológico (UDIT), un equipo dedicado  al desarrollo de instrumentación. En su agenda se suman los proyectos ya mencionados como Sunrise o Exomars, así como otros como BepiColombo. Esta misión de la ESA y la JAXA, lanzada en 2016, estudiará la composición geofísica, la magnetosfera e incluso la historia de Mercurio, uno de los planetas menos explorados del Sistema Solar. La contribución del IAA se ha centrado en el altímetro láser BeLA (del inglés Bepi Colombo Laser Altimeter).

¿Qué nos deparará el futuro? El año que viene comenzará el vuelo de Solar Orbiter. Además, el IAA está fuertemente implicado científica y tecnológicamente en JUICE, prevista para 2022, que explorará tanto Júpiter como sus satélites Ganímedes, Europa y Calisto. Y en PLATO, que despegará en 2026 y buscará y caracterizará planetas extrasolares rocosos alrededor de estrellas similares al Sol.
Esta exitosa actividad espacial ha contribuido a que el IAA sea reconocido como centro de excelencia Severo Ochoa, el único de Andalucía con esta distinción a día de hoy. Todo esto no habría sido posible sin el empeño y esfuerzo de unos científicos y científicas que, desde su despacho de la Madraza, hace ya más de cuarenta años, soñaron un día con conquistar el cielo.

* Mis agradecimientos a José Juan López Moreno (IAA-CSIC), fuente de gran parte de la información de este reportaje.