Respuestas (LXXIII): ¿Qué haría falta para ver (desde la Tierra) un programa emitido en directo desde Marte?

Últimamente me estoy poniendo al día con la sección de Respuestas y he encontrado varias preguntas inspiradas por Mars One, el proyecto que pretende haber establecido una colonia permanente en Marte en el año 2032.

Una de las maneras con las que se propuso cubrir los costes del proyecto fue la retransmisión de un reality show desde el planeta rojo en el que los terrícolas podríamos ver las experiencias diarias de nuestros nuevos vecinos marcianos desde la comodidad de nuestros salones. Y, como habréis deducido por el título de la entrada, algún lector de Ciencia de Sofá se ha preguntado si se podría retransmitir un programa en directo desde Marte.

¡Pues claro que no! ¿No ves que las señales de Marte tardarí…?

Calma, voz cursiva, no adelantes acontecimientos.

En primer lugar, abordemos lo obvio: Marte está muy lejos de la Tierra así que, pese a que se propague a la velocidad de la luz (300.000 km/s) la información que se emita desde el planeta rojo tardará un rato en llegar hasta nosotros. Como la distancia que separa los dos planetas varía entre 54.600.000 km y 401.000.000 km, según la posición en la que se encuentre cada uno, las señales del reality show marciano tardarían desde 3 hasta 23 minutos en alcanzar nuestro planeta tras su emisión.

O sea que, a menos que alguien desarrolle una tecnología que nos permita comunicarnos a velocidades superlumínicas, recibiremos las imágenes de Marte minutos después de que las acciones que aparecen en ellas hayan tenido lugar.

¿Ves? Entonces el programa nunca podría ser “en directo”. Fin de la entrada.

Te equivocas, voz cursiva, porque un programa es en “en directo” cuando “la emisión se produce al mismo tiempo que se realiza. Que recibiéramos el programa con unos minutos de retraso es irrelevante, porque no cambiaría el hecho de que se estuviera emitiendo sobre la marcha.

Dicho esto, una pregunta más adecuada para la entrada de hoy sería: ¿cómo podríamos retransmitir vídeo en directo desde Marte y verlo desde la Tierra sin interrupciones?

Bueno, vale, doy mi beneplácito a este nuevo planteamiento.
Gracias, voz cursiva.

El primer enemigo al que nos tendremos que enfrentar  a la hora de asegurar una señal continua entre Marte y la Tierra será el propio movimiento de los dos planetas: la Tierra da vueltas alrededor del sol a una velocidad de entre 29,29 y 30,29 km/s, mientras que Marte lo hace a entre 21,97 y 26,50 km/s. Enfatizo que estamos hablando de kilómetros por segundo, por si el dato ha pasado desapercibido.

Siendo más específicos, lo que hoy nos interesa es la velocidad relativa entre los dos planetas, una magnitud que depende de la dirección en la que se esté moviendo cada uno. Por poner un ejemplo extremo, si la Tierra y Marte desplazan en direcciones opuestas a 30 y 24 km/s respectivamente, se estarán alejando uno del otro a un ritmo de 54 km/s (30+24). De la misma manera, si los dos se movieran a esas velocidades, pero en la misma dirección, la velocidad relativa entre ellos bajaría hasta los 6 km/s (30-24).

¿Y dónde se supone que está el problema?

Pues que la señal de vídeo emitida desde Marte sufriría las consecuencias del efecto Doppler (del que hablaba con más detalle en esta otra entrada), el mismo fenómeno responsable de que las sirenas de las ambulancias parezcan sonar con un tono más agudo cuando se acercan a nosotros y más grave cuando se alejan.

Esto se debe a que las ondas emitidas por un objeto en movimiento se comprimen frente a él y se estiran por detrás a medida que quedan rezagadas, de modo que su longitud de onda parece menor o mayor en función del ángulo desde el que mires ese objeto. En el caso de una ambulancia en movimiento, las ondas de sonido comprimidas equivalen a un sonido más agudo pero, si hablamos de ondas electromagnéticas, como la luz, el efecto Doppler hará que el objeto que las emite se vea más azulado si se acerca hacia ti y más rojizo si se aleja.

Este mismo fenómeno distorsionaría la información de nuestro reality show igual que hace que un sonido parezca más agudo ya que, durante la retransmisión de un vídeo, cada fotograma se codifica en una onda de radio en forma de variaciones de su intensidad, frecuencia y fase, más o menos como en este ejemplo:

Esta imagen está sacada de este vídeo muy recomendable de Matt Parker.

Por tanto, en función de la velocidad relativa de los planetas, las señales emitidas desde Marte llegarían a la Tierra más o menos “aplastadas” o “estiradas” que cuando se emitieron, dependiendo de si los planetas se estuvieran acercando o alejando en ese momento. Y, claro, si la señal llega a la Tierra con unos parámetros distintos a la original, entonces la información que contiene se verá alterada… Y nuestro ansiado reality show marciano se podría cortar justo en el momento más interesante.

Por este motivo, los equipos de transmisión marcianos deberán contar con algún sistema que module las señales en función de la velocidad relativa entre la Tierra y Marte en ese momento, de manera que las ondas que emitan lleguen hasta nosotros con la frecuencia correcta después de sufrir el efecto Doppler.

Uf, suena a problema difícil de resolver.

Bueno, no es nada a lo que no nos hayamos enfrentado ya: los satélites que dan vueltas alrededor de la Tierra también se mueven a velocidades de kilómetros por segundo, así que llevan décadas emitiendo señales corregidas para compensar el efecto Doppler provocado por su propio movimiento.

Pero demos un paso más allá e imaginemos que a los responsables del Mars One les diera por emitir un culebrón marciano que se emitiera 24 horas al día.

¿Como el canal de Gran Hermano 24h?

Si, sí… Como ese canal. Si este fuera el caso, entonces la misión se enfrentaría a otros contratiempos un poco más molestos que requerirían soluciones más caras.

Por un lado, Marte rota sobre su propio eje cada 24,6 horas, así que la colonia marciana pasaría alrededor de 12 horas cada día en la cara oscura del planeta. Como resultado, si el reality se emitiera directamente desde la superficie del planeta, la señal se cortaría durante la mitad del día, bloqueada por el propio cuerpo del  planeta rojo.

Este problema se podría solucionar colocando un satélite de comunicaciones en una órbita geosíncrona alrededor de Marte, en una posición que le permitiera mantenerse siempre tanto en el campo de visión de las antenas de la colonia como en el de la Tierra. De esta manera, la colonia podría enviar las imágenes al satélite durante la noche marciana y éste las redirigiría hacia nosotros, asegurando una cobertura ininterrumpida.

Esto tampoco es un problema nuevo, porque esta técnica es precisamente la que usan los rovers que se pasean por la superficie de Marte para mandar datos a la Tierra de una manera mucho más rápida y eficiente.

Dando otro paso más allá, si la intención fuera emitir el reality marciano 365 días al año, entonces la productora se tendría que enfrentar a otro problema más.

Resulta que hay periodos en los que Marte y la Tierra se encuentran en extremos opuestos de sus respectivas órbitas y el sol queda justo entre los dos planetas. Cuando se da esta situación, nuestra estrella puede bloquear las comunicaciones entre la Tierra y Marte durante semanas.

Para evitar que estos bloqueos prolongados nos fastidiaran la serie se podría colocar un satélite de comunicaciones en algún punto de la órbita de Marte, de modo que la colonia pudiera enviarnos su programa a través de él cuando el planeta rojo se escondiera detrás del sol. Este satélite podría estar situado en el punto de Lagrange L4 o en el L5, unas regiones de la órbita de Marte donde la órbita del satélite se mantendría estable sin mucho esfuerzo y de los que hablaba en esta otra entrada.

Ok. ¿Se han acabado ya los problemas?

Me temo que no. Pero no te preocupes, voz cursiva, que sólo nos falta por abordar un último contratiempo (y posiblemente el más importante en este momento): la velocidad de transmisión de los datos.

Para retransmitir vídeo en una calidad aceptable (sin que sea HD) se necesita a una velocidad de transmisión muy mínima de unos 0,21 megabytes por segundo, una cifra bastante alejada de las capacidades de la tecnología que hemos llevado al planeta rojo hasta el día de hoy.

Por un lado, un rover actual que esté pululando por la superficie de Marte puede transmitir información a un ritmo de entre 0,026 y 0,065 megabytes por segundo hacia un satélite que esté en órbita a su alrededor. Por su parte, el satélite más moderno que está dando vueltas alrededor de Marte hoy en día, el Mars Reconnaissance Orbiter, es capaz de transmitir información hacia la Tierra a unos 0,75 megabytes por segundo. O sea, que habrá que llevar mejores antenas a la superficie marciana antes de empezar a emitir un reality show en directo desde Marte.

Vale, vale. Entonces, ¿la gente del Mars One también está preparando toda esta tecnología para poder emitir su programa desde Marte?

Pues no he podido encontrar información al respecto, la verdad. Parece que, en un principio, su idea era hacer un reality durante el proceso de entrenamiento de los astronautas y luego continuarlo durante los primeros años de la misión, pero no han podido llegar a un acuerdo con Endemol, la productora con la que pretendían hacerlo. O sea que, de momento, parece que no tendremos tele marciana en un futuro cercano.

Y ahora sí, voz cursiva, creo que ya se han terminado los problemas.

Vale, vale. Pues tienes permiso para terminar la entrada y pasar a publicidad.

Vaya, muchas gracias.

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15 pensamientos en “Respuestas (LXXIII): ¿Qué haría falta para ver (desde la Tierra) un programa emitido en directo desde Marte?”

  1. Bastante interesante el artículo, pero creo que hay un pequeño error en el apartado en el que hablas de la velocidad de transmisión, ya que aunque dudo que pudieran hacerlo no son 1’7 megabytes sino megabits.

    Saludos y felicidades por el blog.

  2. No podrían montar una base de comunicaciones en Marte para mandar las señales al satélite ? Ahora mismo el rover tiene una velocidad de transmisión baja, pero una vez lleguen los humanos sería coser y cantar montar una base de comunicaciones para mandar la señal FullHD al satélite, y que éste la retransmita a la Tierra.

  3. La velocidad relativa entre dos cuerpos creo que no es simplemente la suma, eso sí no recuerdo con exactitud a partir de qué velocidades esta pequeña diferencia es notable

  4. Interesantísima la entrada, aporta muchos puntos que no me había parado a considerar sobre transmisión de datos entre planetas.

    Como puntilla, creo que habría sido mejor manejar los datos del final en kilobits por segundo, ya que en velocidades de transferencia se suelen usar bits, los bytes por lo general se usan para almacenamiento.

  5. Veo otro problema que no has tenido en cuenta: “las señales del reality show marciano tardarían desde 3 hasta 23 minutos en alcanzar nuestro planeta tras su emisión.”
    Eso implicaría que tendrían que hacer cortes continuados para ganar los 21 minutos de diferencia, o para meter “ruido” en esos 21 minutos de diferencia. Además que el show de GH Marts iría cambiando de horario en uno de los 2 planetas.
    Pero esto, más que un problema técnico como los que hablas, es “organizativo”.

    1. Eso se llama falso directo. En directo es eso: en directo, y no hay tiempo de reacción. Pero nada es instantáneo, tampoco en transmisiones en la Tierra. Simplemente se pasaría de unos segundos (aunque sea medio) a unas horas.

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