La anomalía de sobrevuelo: las sondas que se aceleran al pasar por la Tierra

Diciembre de 1990. Una sonda de la NASA llamada Galileo se lanza en picada hacia la Tierra, le roba un poco de velocidad al planeta y sale disparada rumbo a Júpiter. Maniobra de manual. Todo sale exactamente como estaba planeado.

Entonces los navegadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro se sientan a revisar los datos de rastreo, y algo no cuadra. Galileo abandonó la Tierra aproximadamente 3.92 milímetros por segundo más rápido de lo que permiten las leyes de la mecánica orbital (Anderson et al., Physical Review Letters, 2008). Eso es más o menos la velocidad de un caracol arrastrándose. Y, hasta donde nadie puede explicar, es imposible.

Ese hilo extra de velocidad ya tiene nombre: la anomalía de sobrevuelo. Durante más de tres décadas ha vivido en tierra de nadie, entre «falla obvia» y «pista de física nueva», y nadie la ha podido descifrar del todo. Esta es la historia de un misterio medido en milímetros.

Lo que en verdad medimos

La «asistencia gravitacional», o efecto honda, es uno de los trucos más comunes del viaje espacial. Una sonda cae hacia un planeta, le toma prestada un poco de su velocidad alrededor del Sol y sale disparada más rápido de como llegó. Los ingenieros calculan estos encuentros con una precisión casi ridícula, porque la física que hay debajo —la gravedad de Newton más las pequeñas correcciones de Einstein— es de lo más comprobado que tiene la ciencia.

Por eso, cuando Galileo salió con esos milímetros de más, todo el mundo lo notó. Se supone que las predicciones son así de exactas. Después del paso de 1990, los científicos volvieron a revisar otros sobrevuelos terrestres buscando el mismo patrón. En 2008, un equipo liderado por John D. Anderson del JPL publicó el resultado en la revista arbitrada Physical Review Letters: un patrón claro de cambios de velocidad que nadie había pedido (Anderson et al., 2008).

Los números son pequeños. Pero míralos de cerca, porque en un par de casos superan con creces el margen de error del rastreo (resumen de Wikipedia con datos publicados de sobrevuelos):

• Galileo, diciembre de 1990: +3.92 mm/s (más rápido de lo predicho)
• Galileo, diciembre de 1992: aproximadamente −4.6 mm/s (esta vez, más lento)
• NEAR, enero de 1998: +13.46 mm/s, la anomalía más grande y limpia registrada
• Cassini, agosto de 1999: aproximadamente −2 mm/s
• Rosetta, marzo de 2005: +1.82 mm/s

Dos cosas hacen que esto sea difícil de ignorar. Primero, estos son residuos reales que aparecen en datos de rastreo de radio calibrados con todo el cuidado del mundo, no garabatos en una servilleta. Segundo, ese valor de 13.46 mm/s de la NEAR cae tan lejos de su incertidumbre declarada (alrededor de ±0.13 mm/s) que «capricho del azar» simplemente no alcanza como explicación. El artículo en Physical Review Letters calificó la anomalía de sobrevuelo terrestre como «un efecto real inherente al rastreo de naves espaciales» y admitió que su origen era desconocido.

Aquí viene la parte que te pone a pensar. El equipo de Anderson notó que la anomalía parecía importarle la geometría: su magnitud —y si aceleraba o desaceleraba la sonda— estaba relacionada con las latitudes por las que la nave entraba y salía. Condensaron ese patrón en una fórmula: el cambio fraccional de velocidad depende de la tasa de rotación de la Tierra, el radio terrestre y la diferencia en los cosenos de los ángulos de entrada y salida (Anderson et al., 2008). Un detalle clave que no se puede ignorar: la fórmula solo describe. Es una curva trazada sobre datos viejos. No dice en ningún momento por qué.

La pregunta que no se cierra

Aquí es donde el misterio se complica en vez de aclararse.

Si la anomalía de sobrevuelo fuera una ley genuina de la naturaleza, debería aparecer cada vez que la geometría lo exigiera. Pero no es así.

Corre los sobrevuelos más recientes con modelos de rastreo y de gravedad modernos, y el efecto básicamente desaparece. El paso de MESSENGER por la Tierra en 2005 arrojó un insignificante 0.02 mm/s. El segundo y tercer paso de Rosetta, en 2007 y 2009, tampoco mostraron nada relevante, a pesar de que la fórmula del propio Anderson insistía en que debían hacerlo (análisis multivariado, preprint arXiv, 2017).

Luego llegó la prueba decisiva. Octubre de 2013: la sonda Juno de la NASA pasó junto a la Tierra camino a Júpiter, y todo el mundo estaba atento. Antes del evento, el físico Stephen Adler había advertido que si ciertas ideas de nueva física tenían sustento, Juno debería registrar una «anomalía grande» de alrededor de 11.6 mm/s. En cambio, Juno completó el encuentro casi exactamente según lo previsto. La anomalía medida resultó compatible con cero: unos 0 ± 0.8 mm/s (cobertura de Universe Today; blog Rocket Science de la ESA, 2013). Ese silencioso resultado nulo barrió de la mesa varias explicaciones exóticas, incluida la inquietante idea de que un halo de materia oscura rodeaba la Tierra y jalaba las sondas de paso.

Entonces el verdadero enigma se parte en dos. ¿Por qué los primeros sobrevuelos —Galileo y NEAR— producían anomalías limpias que encajaban en una fórmula? ¿Y por qué los más recientes, medidos con mayor precisión, no arrojan nada? Quizás las primeras señales fueron solo fantasmas de los modelos de los años noventa que los métodos modernos exorcizaron en silencio. O quizás hay un efecto sutil que solo despierta bajo condiciones que los sobrevuelos recientes nunca cumplieron. De cualquier manera, el expediente sigue abierto.

Los sospechosos

A continuación, las principales explicaciones, de la más aburrida a la más descabellada. Ninguna está confirmada. Varias ya recibieron golpes duros gracias a esos resultados nulos.

El campo de «aburrido pero probable» (y muchos especialistas apuntan aquí). La apuesta más firme es que las anomalías tempranas nunca fueron física real, sino simples artefactos de modelado y medición. Los investigadores han demostrado que alimentar las ecuaciones con un mapa demasiado grueso del campo gravitacional terrestre, o calcular mal cómo las señales de radio atraviesan la red de rastreo, puede producir errores de velocidad de varios mm/s (análisis del sobrevuelo de Juno, arXiv, 2013). El propio Adler no lo niega. Las antiguas anomalías «podrían ser simples errores instrumentales», le dijo a Vice, agregando que no estaba «convencido de que haya física real en esto» (Vice, 2020). Y la forma en que la anomalía fue desvaneciendo a medida que mejoraba la tecnología de rastreo encaja con esa historia de manera casi demasiado pulcra.

El campo de «física conocida pero mal aplicada». Otros investigadores se preguntan si el culpable es un pequeño trozo de física establecida que se manejó mal: por ejemplo, un efecto relativista no modelado como el arrastre de marcos —el giro de la Tierra retorciendo literalmente el espacio-tiempo a su alrededor—, o algún detalle olvidado en el cálculo del corrimiento Doppler de la señal de radio. Pistas interesantes. Pero hasta ahora ninguna encaja limpiamente con todos los sobrevuelos.

El campo de la «nueva física» (especulación pura, clarísimamente). Algunos físicos han llegado a ideas genuinamente extrañas. Mario Pinheiro, de la Universidad de Lisboa, propuso una «corriente de torsión topológica», una fuerza que nadie había reconocido antes, mientras que Luis Acedo, de la Universidad de Extremadura en España, exploró versiones de la relatividad general que curvan el espacio-tiempo mediante torsión (Vice, 2020). Sus autores reconocen abiertamente que son disparos exploratorios en la oscuridad, y el resultado plano de Juno hace que las versiones más audaces sean mucho más difíciles de defender.

Lo que hace de la anomalía de sobrevuelo un enigma tan satisfactorio es su honestidad. Sin foto borrosa. Sin el cuento de un amigo de un amigo. Solo unos cuantos números en algunas de las bitácoras más meticulosamente llevadas de toda la historia espacial — números que en su mayoría concuerdan con la teoría, salvo por un puñado terco de milímetros por segundo que, por ahora, se niegan a ser explicados. En algún lugar de esas bitácoras, la respuesta quizás ya está escrita. Solo que todavía no sabemos leerla.

Fuentes y lecturas adicionales

• Anderson, J. D., et al. (2008). «Anomalous Orbital-Energy Changes Observed during Spacecraft Flybys of Earth.» Physical Review Letters 100, 091102. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008PhRvL.100i1102A
• «Fly-by anomaly.» Wikipedia (tabla de datos con cambios de velocidad medidos y explicaciones propuestas). https://en.wikipedia.org/wiki/Fly-by_anomaly
• Acedo, L., et al. (2017). «The flyby anomaly: A multivariate analysis approach» (preprint). arXiv:1701.05735. https://arxiv.org/pdf/1701.05735
• «Expected velocity anomaly for the Earth flyby of Juno spacecraft on October 9, 2013» (preprint). arXiv:1312.1139. https://arxiv.org/abs/1312.1139
• Blog Rocket Science de la ESA (2013). «Tonight's Juno flyby may help unravel a cosmic mystery.» https://blogs.esa.int/rocketscience/2013/10/09/tonights-juno-flyby-may-help-unravel-a-cosmic-mystery/
• Universe Today. «Juno Isn't Exactly Where it's Supposed To Be. The Flyby Anomaly is Back.» https://www.universetoday.com/articles/juno-isnt-exactly-supposed-flyby-anomaly-back-happen
• Vice (2020). «A Bizarre Spacecraft 'Flyby Anomaly' Has Been Baffling Scientists for 30 Years.» https://www.vice.com/en/article/a-bizarre-spacecraft-flyby-anomaly-has-been-baffling-scientists-for-30-years/
• IFLScience. «Flyby Anomaly: The Unexplained Phenomenon Affecting Several NASA Spacecraft.» https://www.iflscience.com/flyby-anomaly-the-unexplained-phenomenon-affecting-several-nasa-spacecraft-76014