 Visto en órbita desde el transbordador espacial Atlantis que partía en 2009, volando la Misión de Servicio 4 ( STS-125 ), la quinta y última misión del Hubble. | ||||||||||||||
| Nombres | HST Hubble | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tipo de misión | Astronomía | |||||||||||||
| Operador | NASA · STScI · ESA | |||||||||||||
| ID COSPAR | 1990-037B | |||||||||||||
| SATCAT no. | 20580 | |||||||||||||
| Sitio web | nasa hubblesite spacetelescope | |||||||||||||
| Duración de la misión | 31 años, 17 días (transcurridos) [1] | |||||||||||||
| Propiedades de la nave espacial | ||||||||||||||
| Fabricante | Lockheed Martin (nave espacial) Perkin-Elmer (óptica) | |||||||||||||
| Masa de lanzamiento | 11,110 kg (24,490 libras) [2] | |||||||||||||
| Dimensiones | 13,2 m × 4,2 m (43 pies × 14 pies) [2] | |||||||||||||
| Energía | 2.800 vatios | |||||||||||||
| Inicio de la misión | ||||||||||||||
| Fecha de lanzamiento | 24 de abril de 1990, 12:33:51 UTC [3] | |||||||||||||
| Cohete | Descubrimiento del transbordador espacial ( STS-31 ) | |||||||||||||
| Sitio de lanzamiento | Kennedy , LC-39B | |||||||||||||
| Contratista | Rockwell Internacional | |||||||||||||
| Fecha de implementación | 25 de abril de 1990 [2] | |||||||||||||
| Servicio ingresado | 20 de mayo de 1990 [2] | |||||||||||||
| Fin de la misión | ||||||||||||||
| Fecha de decaimiento | 2030-2040 (estimado) [4] | |||||||||||||
| Parámetros orbitales | ||||||||||||||
| Sistema de referencia | Órbita geocéntrica [5] | |||||||||||||
| Régimen | Orbita terrestre baja | |||||||||||||
| Altitud del perigeo | 537,0 km (333,7 millas) | |||||||||||||
| Altitud de apogeo | 540,9 km (336,1 millas) | |||||||||||||
| Inclinación | 28,47 ° | |||||||||||||
| Período | 95.42 minutos | |||||||||||||
| Telescopio principal | ||||||||||||||
| Tipo | Reflector Ritchey – Chrétien | |||||||||||||
| Diámetro | 2,4 m (7 pies 10 pulgadas) [6] | |||||||||||||
| Longitud focal | 57,6 m (189 pies) [6] | |||||||||||||
| Relación focal | f / 24 | |||||||||||||
| Área de recolección | 4.525 m 2 (48.71 pies cuadrados) | |||||||||||||
| Longitudes de onda | Infrarrojo cercano , luz visible , ultravioleta | |||||||||||||
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El telescopio espacial Hubble (a menudo denominado HST o Hubble ) es un telescopio espacial que se lanzó a la órbita terrestre baja en 1990 y sigue en funcionamiento. No fue el primer telescopio espacial , pero es uno de los más grandes y versátiles, reconocido tanto como una herramienta de investigación vital como una bendición de relaciones públicas para la astronomía . El telescopio Hubble lleva el nombre del astrónomo Edwin Hubble y es uno de los Grandes Observatorios de la NASA , junto con el Observatorio de Rayos Gamma Compton , el Observatorio de rayos X Chandra y el Telescopio Espacial Spitzer.. [7]
El Hubble cuenta con un espejo de 2,4 m (7 pies 10 pulgadas) y sus cuatro instrumentos principales observan en las regiones ultravioleta , visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético . La órbita del Hubble fuera de la distorsión de la atmósfera de la Tierra le permite capturar imágenes de resolución extremadamente alta con una luz de fondo sustancialmente menor que los telescopios terrestres. Ha registrado algunas de las imágenes de luz visible más detalladas, lo que permite una visión profunda del espacio. Muchas observaciones del Hubble han dado lugar a avances en astrofísica , como la determinación de la tasa de expansión del universo .
El telescopio Hubble fue construido por los Estados Unidos agencia espacial de la NASA con la contribución de la Agencia Espacial Europea . El Space Telescope Science Institute (STScI) selecciona los objetivos del Hubble y procesa los datos resultantes, mientras que el Goddard Space Flight Center (GSFC) controla la nave espacial. [8] Los telescopios espaciales se propusieron ya en 1923. Hubble fue financiado en la década de 1970 con un lanzamiento propuesto en 1983, pero el proyecto se vio afectado por retrasos técnicos, problemas presupuestarios y el desastre del Challenger de 1986 . Finalmente fue lanzado por Discovery en 1990, pero su espejo principal se había rectificado incorrectamente, lo que resultó enaberración esférica que comprometió las capacidades del telescopio. La óptica se corrigió a su calidad prevista por una misión de servicio en 1993.
Hubble es el único telescopio diseñado para ser mantenido en el espacio por astronautas. Cinco misiones del transbordador espacial han reparado, actualizado y reemplazado los sistemas del telescopio, incluidos los cinco instrumentos principales. La quinta misión se canceló inicialmente por motivos de seguridad tras el desastre de Columbia (2003), pero el administrador de la NASA, Michael D. Griffin, aprobó la quinta misión de mantenimiento que se completó en 2009. El telescopio seguía funcionando el 24 de abril de 2020 [update], su 30 aniversario. [1] y podría durar hasta 2030-2040. [4] Un sucesor del telescopio Hubble es el telescopio espacial James Webb.(JWST), cuyo lanzamiento está previsto para finales de 2021. [9] [10]
Concepción, diseño y finalidad [ editar ]
Propuestas y precursores [ editar ]
En 1923, Hermann Oberth , considerado el padre de la cohetería moderna, junto con Robert H. Goddard y Konstantin Tsiolkovsky , publicó Die Rakete zu den Planetenräumen ("El cohete al espacio planetario"), que mencionaba cómo se podía propulsar un telescopio a la órbita terrestre. por un cohete. [11]
La historia del telescopio espacial Hubble se remonta hasta 1946, al artículo del astrónomo Lyman Spitzer titulado "Ventajas astronómicas de un observatorio extraterrestre". [12] En él, discutió las dos principales ventajas que tendría un observatorio espacial sobre los telescopios terrestres. Primero, la resolución angular (la separación más pequeña en la que los objetos se pueden distinguir claramente) estaría limitada solo por la difracción , en lugar de por la turbulencia en la atmósfera, que hace que las estrellas parpadeen, lo que los astrónomos conocen como videntes . En ese momento, los telescopios terrestres estaban limitados a resoluciones de 0,5 a 1,0 segundos de arco., en comparación con una resolución teórica limitada por difracción de aproximadamente 0,05 segundos de arco para un telescopio óptico con un espejo de 2,5 m (8 pies 2 pulgadas) de diámetro. En segundo lugar, un telescopio espacial podría observar luz infrarroja y ultravioleta , que son fuertemente absorbidas por la atmósfera de la Tierra .
Spitzer dedicó gran parte de su carrera a impulsar el desarrollo de un telescopio espacial. En 1962, un informe de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. Recomendó el desarrollo de un telescopio espacial como parte del programa espacial , y en 1965 Spitzer fue nombrado jefe de un comité con la tarea de definir los objetivos científicos de un gran telescopio espacial. [13]
La astronomía basada en el espacio había comenzado a muy pequeña escala después de la Segunda Guerra Mundial , ya que los científicos hicieron uso de los desarrollos que habían tenido lugar en la tecnología de los cohetes . El primer espectro ultravioleta del Sol se obtuvo en 1946, [14] y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) lanzó el Observatorio Solar Orbital (OSO) para obtener espectros de rayos UV, rayos X y rayos gamma en 1962. [ 15] El Reino Unido lanzó un telescopio solar en órbita en 1962 como parte del programa espacial Ariel , y en 1966 la NASA lanzó el primerMisión del Observatorio Astronómico Orbital (OAO). La batería de OAO-1 falló después de tres días, terminando la misión. Le siguió el Observatorio Astronómico Orbital 2 (OAO-2), que llevó a cabo observaciones ultravioleta de estrellas y galaxias desde su lanzamiento en 1968 hasta 1972, mucho más allá de su vida útil planificada original de un año. [dieciséis]
Las misiones OSO y OAO demostraron el importante papel que pueden desempeñar las observaciones espaciales en la astronomía. En 1968, la NASA desarrolló planes firmes para un telescopio reflector espacial con un espejo de 3 m (9,8 pies) de diámetro, conocido provisionalmente como el Gran Telescopio Orbital o el Gran Telescopio Espacial (LST), con un lanzamiento programado para 1979. Estos planes hizo hincapié en la necesidad de misiones de mantenimiento tripuladas para el telescopio para garantizar que un programa tan costoso tuviera una vida útil prolongada, y el desarrollo simultáneo de planes para el transbordador espacial reutilizable indicó que la tecnología para permitir esto pronto estaría disponible. [17]
Búsqueda de financiación [ editar ]
El éxito continuo del programa OAO alentó un consenso cada vez más fuerte dentro de la comunidad astronómica de que el LST debería ser un objetivo importante. En 1970, la NASA estableció dos comités, uno para planificar la parte de ingeniería del proyecto del telescopio espacial y el otro para determinar los objetivos científicos de la misión. Una vez que se establecieron, el siguiente obstáculo para la NASA fue obtener fondos para el instrumento, que sería mucho más costoso que cualquier telescopio terrestre. El Congreso de Estados Unidos cuestionó muchos aspectos del presupuesto propuesto para el telescopio y forzó recortes en el presupuesto para las etapas de planificación, que en ese momento consistían en estudios muy detallados de posibles instrumentos y hardware para el telescopio. En 1974, el gasto públicoLos recortes llevaron al Congreso a eliminar todos los fondos para el proyecto del telescopio. [18]
En respuesta, se coordinó un esfuerzo de cabildeo a nivel nacional entre los astrónomos. Muchos astrónomos se reunieron con congresistas y senadores en persona y se organizaron campañas de redacción de cartas a gran escala. La Academia Nacional de Ciencias publicó un informe enfatizando la necesidad de un telescopio espacial y, finalmente, el Senado acordó la mitad del presupuesto que originalmente había sido aprobado por el Congreso. [19]
Los problemas de financiación llevaron a una reducción en la escala del proyecto, con el diámetro del espejo propuesto reducido de 3 ma 2,4 m, tanto para reducir costes [20] como para permitir una configuración más compacta y eficaz del hardware del telescopio. Se abandonó un precursor propuesto de un telescopio espacial de 1,5 m (4 pies 11 pulgadas) para probar los sistemas que se utilizarán en el satélite principal, y las preocupaciones presupuestarias también impulsaron la colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). La ESA acordó proporcionar fondos y suministrar uno de los instrumentos de primera generación para el telescopio, así como las células solares que lo alimentarían, y el personal para trabajar en el telescopio en los Estados Unidos, a cambio de que los astrónomos europeos tengan garantizado al menos 15 % del tiempo de observación en el telescopio.[21] El Congreso finalmente aprobó una financiación de 36 millones de dólares EE.UU. para 1978, y el diseño del LST comenzó en serio, con el objetivo de una fecha de lanzamiento de 1983. [19] En 1983, el telescopio recibió su nombre de Edwin Hubble , [22] quien confirmó uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo XX, realizado por Georges Lemaître , que el universo se está expandiendo . [23]
Construcción e ingeniería [ editar ]
Una vez que se aprobó el proyecto del Telescopio Espacial, el trabajo en el programa se dividió entre muchas instituciones. Marshall Space Flight Center (MSFC) recibió la responsabilidad del diseño, desarrollo y construcción del telescopio, mientras que Goddard Space Flight Center recibió el control general de los instrumentos científicos y el centro de control terrestre de la misión. [24] MSFC encargó a la empresa de óptica Perkin-Elmer que diseñara y construyera el conjunto del telescopio óptico (OTA) y los sensores de guía fina para el telescopio espacial. Lockheed recibió el encargo de construir e integrar la nave espacial en la que se alojaría el telescopio. [25]
Conjunto de telescopio óptico [ editar ]
Ópticamente, el HST es un reflector Cassegrain de diseño Ritchey – Chrétien , al igual que la mayoría de los grandes telescopios profesionales. Este diseño, con dos espejos hiperbólicos, es conocido por su buen rendimiento de imagen en un amplio campo de visión, con la desventaja de que los espejos tienen formas que son difíciles de fabricar y probar. El espejo y los sistemas ópticos del telescopio determinan el rendimiento final, y fueron diseñados con especificaciones exigentes. Los telescopios ópticos suelen tener espejos pulidos con una precisión de aproximadamente una décima parte de la longitud de onda de la luz visible , pero el telescopio espacial debía usarse para observaciones desde lo visible a través del ultravioleta (longitudes de onda más cortas) y se especificó que eradifracción limitada para aprovechar al máximo el entorno espacial. Por lo tanto, su espejo necesitaba pulirse con una precisión de 10 nanómetros, o aproximadamente 1/65 de la longitud de onda de la luz roja. [26] En el extremo de la longitud de onda larga, el OTA no se diseñó teniendo en cuenta el rendimiento IR óptimo; por ejemplo, los espejos se mantienen a temperaturas estables (y cálidas, alrededor de 15 ° C) mediante calentadores. Esto limita el rendimiento del Hubble como telescopio infrarrojo. [27]
Perkin-Elmer tenía la intención de usar máquinas de pulido controladas por computadora extremadamente sofisticadas y construidas a medida para pulir el espejo a la forma requerida. [25] Sin embargo, en caso de que su tecnología de vanguardia tuviera dificultades, la NASA exigió que PE subcontratara a Kodak para construir un espejo de respaldo utilizando técnicas tradicionales de pulido de espejos. [28] (El equipo de Kodak e Itek también ofertó por el trabajo original de pulido de espejos. Su oferta requería que las dos compañías revisaran el trabajo de la otra, lo que casi seguramente habría detectado el error de pulido que luego causó tales problemas ). [29] El espejo Kodak ahora está en exhibición permanente en elMuseo Nacional del Aire y el Espacio . [30] [31] Un espejo Itek construido como parte del esfuerzo ahora se usa en el telescopio de 2.4 m en el Observatorio de Magdalena Ridge . [32]
La construcción del espejo Perkin-Elmer comenzó en 1979, comenzando con una pieza en bruto fabricada por Corning a partir de su vidrio de expansión ultrabaja . Para mantener el peso del espejo al mínimo, constaba de placas superior e inferior, cada una de 25 mm (0,98 pulgadas) de grosor, intercaladas en una celosía de panal . Perkin-Elmer simuló la microgravedad al sostener el espejo desde la parte posterior con 130 varillas que ejercían distintas cantidades de fuerza. [33]Esto aseguró que la forma final del espejo fuera correcta y cumpliera con las especificaciones cuando finalmente se desplegara. El pulido de espejos continuó hasta mayo de 1981. Los informes de la NASA en ese momento cuestionaron la estructura administrativa de Perkin-Elmer, y el pulido comenzó a retrasarse y sobrepasar el presupuesto. Para ahorrar dinero, la NASA detuvo el trabajo en el espejo de respaldo y puso la fecha de lanzamiento del telescopio en octubre de 1984. [34] El espejo se completó a fines de 1981; se lavó usando 9.100 L (2.000 gal imp; 2.400 gal EE.UU.) de agua desionizada caliente y luego recibió una capa reflectante de aluminio de 65 nm de espesor y una capa protectora de fluoruro de magnesio de 25 nm de espesor . [27] [35]
Se siguieron expresando dudas sobre la competencia de Perkin-Elmer en un proyecto de esta importancia, ya que su presupuesto y calendario para producir el resto de la OTA continuaron inflando. En respuesta a un cronograma descrito como "inestable y cambiante a diario", la NASA pospuso la fecha de lanzamiento del telescopio hasta abril de 1985. Los cronogramas de Perkin-Elmer continuaron disminuyendo a un ritmo de aproximadamente un mes por trimestre y, en ocasiones, los retrasos llegaron a un día. por cada día de trabajo. La NASA se vio obligada a posponer la fecha de lanzamiento hasta marzo y luego septiembre de 1986. Para entonces, el presupuesto total del proyecto había aumentado a 1,175 millones de dólares. [36]
Sistemas de naves espaciales [ editar ]
La nave espacial en la que se alojarían el telescopio y los instrumentos fue otro gran desafío de ingeniería. Tendría que soportar pasajes frecuentes de la luz solar directa a la oscuridad de la sombra de la Tierra , lo que provocaría cambios importantes en la temperatura, al tiempo que sería lo suficientemente estable como para permitir una orientación extremadamente precisa del telescopio. Una cubierta de aislamiento multicapa mantiene estable la temperatura dentro del telescopio y rodea una carcasa de aluminio ligera en la que se asientan el telescopio y los instrumentos. Dentro de la carcasa, un marco de grafito epoxi mantiene las partes de trabajo del telescopio firmemente alineadas. [37] Debido a que los compuestos de grafito son higroscópicos, existía el riesgo de que el vapor de agua absorbido por la armadura mientras estaba en la sala limpia de Lockheed se expresara más tarde en el vacío del espacio; resultando en que los instrumentos del telescopio queden cubiertos por hielo. Para reducir ese riesgo, se realizó una purga de gas nitrógeno antes de lanzar el telescopio al espacio. [38]
Si bien la construcción de la nave espacial en la que se alojarían el telescopio y los instrumentos se desarrolló de manera algo más fluida que la construcción de la OTA, Lockheed aún experimentó cierto retraso en el presupuesto y el calendario, y para el verano de 1985, la construcción de la nave espacial estaba un 30% por encima del presupuesto. y tres meses de retraso. Un informe de MSFC dijo que Lockheed tendía a depender de las instrucciones de la NASA en lugar de tomar su propia iniciativa en la construcción. [39]
Sistemas informáticos y procesamiento de datos [ editar ]
Las dos computadoras primarias iniciales en el HST fueron el sistema DF-224 de 1.25 MHz , construido por Rockwell Autonetics, que contenía tres CPU redundantes y dos sistemas NSSC-1 (Computadora de nave espacial estándar de la NASA, Modelo 1) redundantes , desarrollados por Westinghouse y GSFC usando lógica de diodo-transistor (DTL). Se agregó un coprocesador para el DF-224 durante la Misión de servicio 1 en 1993, que consistía en dos cadenas redundantes de un procesador 80386 basado en Intel con un coprocesador matemático 80387. [40] El DF-224 y su coprocesador 386 fueron reemplazados por un sistema de procesador 80486 basado en Intel de 25 MHz durante la Misión de servicio 3A en 1999. [41]La nueva computadora es 20 veces más rápida, con seis veces más memoria, que la DF-224 que reemplazó. Aumenta el rendimiento al trasladar algunas tareas informáticas desde el suelo a la nave espacial y ahorra dinero al permitir el uso de lenguajes de programación modernos. [42]
Además, algunos de los instrumentos y componentes científicos tenían sus propios sistemas de control integrados basados en microprocesadores. Los componentes MAT (Multiple Access Transponder), MAT-1 y MAT-2, utilizan microprocesadores Hughes Aircraft CDP1802CD. [43] La cámara planetaria y de campo amplio (WFPC) también utilizó un microprocesador RCA 1802 (o posiblemente la versión 1801 anterior). [44] La WFPC-1 fue reemplazada por la WFPC-2 durante la Misión de servicio 1 en 1993, que luego fue reemplazada por la Cámara de campo amplio 3 (WFC3) durante la Misión de servicio 4 en 2009.
Instrumentos iniciales [ editar ]
Cuando se lanzó, el HST llevaba cinco instrumentos científicos: la cámara planetaria y de campo amplio (WF / PC), el espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS), el fotómetro de alta velocidad (HSP), la cámara de objetos débiles (FOC) y el espectrógrafo de objetos débiles (FOS). ). WF / PC era un dispositivo de imágenes de alta resolución destinado principalmente a observaciones ópticas. Fue construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA e incorporó un conjunto de 48 filtros que aíslan líneas espectrales de particular interés astrofísico. El instrumento contenía ocho chips de dispositivo de carga acoplada (CCD) divididos en dos cámaras, cada una con cuatro CCD. Cada CCD tiene una resolución de 0,64 megapíxeles. [45]La cámara de campo amplio (WFC) cubría un gran campo angular a expensas de la resolución, mientras que la cámara planetaria (PC) tomaba imágenes a una distancia focal efectiva más larga que los chips WF, lo que le daba un aumento mayor. [46]
El espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS) era un espectrógrafo diseñado para operar en ultravioleta. Fue construido por el Goddard Space Flight Center y podría alcanzar una resolución espectral de 90.000. [47] También optimizados para observaciones ultravioleta fueron el FOC y FOS, que eran capaces de la resolución espacial más alta de todos los instrumentos del Hubble. En lugar de CCD, estos tres instrumentos utilizaron digicones de conteo de fotones como detectores. El FOC fue construido por la ESA, mientras que la Universidad de California, San Diego y Martin Marietta Corporation construyeron el FOS. [46]
El instrumento final fue el HSP, diseñado y construido en la Universidad de Wisconsin-Madison . Fue optimizado para observaciones de luz visible y ultravioleta de estrellas variables y otros objetos astronómicos que varían en brillo. Podría tomar hasta 100,000 mediciones por segundo con una precisión fotométrica de aproximadamente el 2% o mejor. [48]
El sistema de orientación del HST también se puede utilizar como instrumento científico. Sus tres sensores de guía fina (FGS) se utilizan principalmente para mantener el telescopio apuntado con precisión durante una observación, pero también se pueden utilizar para realizar astrometría extremadamente precisa ; Se han logrado mediciones con una precisión de 0,0003 segundos de arco. [49]
Apoyo en tierra [ editar ]
El Space Telescope Science Institute (STScI) es responsable del funcionamiento científico del telescopio y de la entrega de productos de datos a los astrónomos. STScI es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) y está ubicado físicamente en Baltimore , Maryland , en el campus de Homewood de la Universidad Johns Hopkins , una de las 39 universidades estadounidenses y siete afiliadas internacionales que componen el consorcio AURA. STScI se estableció en 1981 [50] [51] después de una especie de lucha de poder entre la NASA y la comunidad científica en general. La NASA había querido mantener esta función en la empresa, pero los científicos querido que no se basa en un académicaestablecimiento. [52] [53] La Instalación de Coordinación Europea del Telescopio Espacial (ST-ECF), establecida en Garching bei München cerca de Munich en 1984, brindó un apoyo similar a los astrónomos europeos hasta 2011, cuando estas actividades se trasladaron al Centro Europeo de Astronomía Espacial.
Una tarea bastante compleja que corresponde a STScI es programar observaciones para el telescopio. [54] El Hubble se encuentra en una órbita terrestre baja para permitir misiones de servicio, pero esto significa que la Tierra oculta la mayoría de los objetivos astronómicos durante un poco menos de la mitad de cada órbita. Las observaciones no pueden tener lugar cuando el telescopio pasa a través de la anomalía del Atlántico sur debido a los niveles elevados de radiación , y también hay zonas de exclusión considerables alrededor del Sol (excluyendo las observaciones de Mercurio), Luna y Tierra. El ángulo de evitación solar es de aproximadamente 50 °, para evitar que la luz solar ilumine cualquier parte de la OTA. La evitación de la Tierra y la Luna mantiene la luz brillante fuera de los FGS y evita que la luz dispersa ingrese a los instrumentos. Si los FGS están apagados, se pueden observar la Luna y la Tierra. Las observaciones de la Tierra se utilizaron muy temprano en el programa para generar campos planos para el instrumento WFPC1. Existe una llamada zona de visión continua (CVZ), aproximadamente a 90 ° del plano de la órbita del Hubble, en la que los objetivos no se ocultan durante largos períodos.
Debido a la precesión de la órbita, la ubicación de la CVZ se mueve lentamente durante un período de ocho semanas. Debido a que la extremidad de la Tierra está siempre dentro de aproximadamente 30 ° de las regiones dentro de la CVZ, el brillo de la luz terrestre dispersa puede elevarse durante largos períodos durante las observaciones de CVZ. El Hubble orbita en órbita terrestre baja a una altitud de aproximadamente 540 kilómetros (340 millas) y una inclinación de 28,5 °. [5]La posición a lo largo de su órbita cambia con el tiempo de una manera que no es predecible con precisión. La densidad de la atmósfera superior varía según muchos factores, y esto significa que la posición predicha por el Hubble durante seis semanas podría tener un error de hasta 4.000 km (2.500 millas). Los cronogramas de observación generalmente se finalizan con solo unos días de anticipación, ya que un tiempo de espera más largo significaría que existía la posibilidad de que el objetivo no fuera observable en el momento en que debía ser observado. [55] La NASA y el personal del contratista proporcionan el apoyo de ingeniería para el HST en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland., 48 km (30 millas) al sur de la STScI. La operación de Hubble es monitoreada las 24 horas del día por cuatro equipos de controladores de vuelo que conforman el Equipo de Operaciones de Vuelo de Hubble. [54]
Desastre del Challenger , retrasos y eventual lanzamiento [ editar ]
En enero de 1986, la fecha de lanzamiento prevista de octubre parecía factible, pero la explosión del Challenger detuvo el programa espacial de los EE. UU., Parando la flota del transbordador y obligando a posponer el lanzamiento del Hubble durante varios años. El telescopio tuvo que mantenerse en una sala limpia, encendido y purgado con nitrógeno, hasta que se pudiera reprogramar un lanzamiento. Esta situación costosa (alrededor de US $ 6 millones por mes) elevó aún más los costos generales del proyecto. Este retraso dio tiempo a los ingenieros para realizar pruebas exhaustivas, cambiar una batería posiblemente propensa a fallas y realizar otras mejoras. [56] Además, el software terrestre necesario para controlar el Hubble no estaba listo en 1986, y apenas lo estaba en el lanzamiento de 1990. [57]
Finalmente, tras la reanudación de los vuelos del transbordador en 1988, se programó el lanzamiento del telescopio para 1990. El 24 de abril de 1990, el transbordador espacial Discovery lo lanzó con éxito durante la misión STS-31 . [58]
De su costo total estimado original de alrededor de US $ 400 millones , el telescopio costó alrededor de US $ 4,7 mil millones en el momento de su lanzamiento. Los costos acumulados de Hubble se estimaron en alrededor de US $ 10 mil millones en 2010, veinte años después del lanzamiento. [59]
Lista de instrumentos del Hubble [ editar ]
Hubble tiene capacidad para cinco instrumentos científicos en un momento dado, además de los sensores de guía fina , que se utilizan principalmente para apuntar el telescopio, pero ocasionalmente se utilizan para mediciones de astrometría científica . Los primeros instrumentos fueron reemplazados por otros más avanzados durante las misiones de servicio del transbordador. COSTAR era un dispositivo óptico correctivo en lugar de un instrumento científico, pero ocupaba una de las cinco bahías de instrumentos.
Desde la última misión de servicio en 2009, los cuatro instrumentos activos han sido ACS, COS, STIS y WFC3. NICMOS se mantiene en hibernación, pero puede reactivarse si WFC3 fallara en el futuro.
- Cámara avanzada para encuestas (ACS; 2002-presente)
- Espectrógrafo Cosmic Origins (COS; 2009-presente)
- Reemplazo axial del telescopio espacial de óptica correctiva (COSTAR; 1993-2009)
- Cámara para objetos débiles (FOC; 1990-2002)
- Espectrógrafo de objetos débiles (FOS; 1990-1997)
- Sensor de guía fina (FGS; 1990-presente)
- Espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS / HRS; 1990-1997)
- Fotómetro de alta velocidad (HSP; 1990-1993)
- Cámara de infrarrojos cercanos y espectrómetro de objetos múltiples (NICMOS; 1997-presente, hibernando desde 2008)
- Espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS; 1997-presente (no operativo 2004-2009))
- Cámara planetaria y de campo amplio (WFPC; 1990-1993)
- Cámara planetaria y de campo amplio 2 (WFPC2; 1993-2009)
- Cámara de campo amplio 3 (WFC3; 2009-presente)
De los primeros instrumentos, tres (COSTAR, FOS y WFPC2) se exhiben en el Museo Nacional del Aire y del Espacio Smithsonian . El FOC se encuentra en el museo Dornier, Alemania. El HSP se encuentra en el Space Place de la Universidad de Wisconsin – Madison . Se desmanteló el primer WFPC y luego se reutilizaron algunos componentes en WFC3.
Espejo defectuoso [ editar ]
A las pocas semanas del lanzamiento del telescopio, las imágenes devueltas indicaron un problema grave con el sistema óptico. Aunque las primeras imágenes parecían ser más nítidas que las de los telescopios terrestres, el Hubble no logró un enfoque nítido final y la mejor calidad de imagen obtenida fue drásticamente menor de lo esperado. Imágenes de fuentes puntuales distribuidas en un radio de más de un segundo de arco, en lugar de tener una función de distribución puntual (PSF) concentrada dentro de un círculo de 0,1 segundos de arco (485 n rad ) de diámetro, como se había especificado en los criterios de diseño. [60] [61]
El análisis de las imágenes defectuosas reveló que el espejo primario había sido pulido a la forma incorrecta. Aunque se creía que era uno de los espejos ópticos con figuras más precisas jamás fabricados, liso a unos 10 nanómetros, [26] el perímetro exterior era demasiado plano en unos 2200 nanómetros (aproximadamente 1 ⁄ 450 mm o 1 ⁄ 11000 pulgadas). [62] Esta diferencia fue catastrófica, introduciendo una aberración esférica severa , un defecto en el que la luz que se refleja en el borde de un espejo se enfoca en un punto diferente de la luz que se refleja en su centro. [63]
El efecto del defecto del espejo en las observaciones científicas dependía de la observación particular: el núcleo de la PSF aberrada era lo suficientemente nítido como para permitir observaciones de alta resolución de objetos brillantes, y la espectroscopia de fuentes puntuales se veía afectada solo por una pérdida de sensibilidad. Sin embargo, la pérdida de luz en el gran halo desenfocado redujo gravemente la utilidad del telescopio para objetos débiles o imágenes de alto contraste. Esto significaba que casi todos los programas cosmológicos eran esencialmente imposibles, ya que requerían la observación de objetos excepcionalmente débiles. [63] Esto llevó a los políticos a cuestionar la competencia de la NASA, a los científicos a lamentar el costo que podría haberse destinado a esfuerzos más productivos ya los comediantes a hacer bromas sobre la NASA y el telescopio [64] - en la comedia de 1991The Naked Gun 2½: The Smell of Fear , en una escena donde se muestran desastres históricos, el Hubble se muestra con RMS Titanic y LZ 129 Hindenburg . [65] No obstante, durante los primeros tres años de la misión Hubble, antes de las correcciones ópticas, el telescopio todavía llevó a cabo una gran cantidad de observaciones productivas de objetivos menos exigentes. [66] El error estaba bien caracterizado y era estable, lo que permitió a los astrónomos compensar parcialmente el espejo defectuoso mediante el uso de sofisticadastécnicas de procesamiento de imágenes como la deconvolución . [67]
Origen del problema [ editar ]
Se estableció una comisión encabezada por Lew Allen , director del Laboratorio de Propulsión a Chorro , para determinar cómo pudo haber surgido el error. La Comisión Allen encontró que un corrector nulo reflectante , un dispositivo de prueba utilizado para lograr un espejo no esférico de forma adecuada, se había ensamblado incorrectamente: una lente estaba fuera de posición por 1.3 mm (0.051 in). [68] Durante el pulido y pulido inicial del espejo, Perkin-Elmer analizó su superficie con dos correctores nulos refractivos convencionales. Sin embargo, para el paso final de fabricación ( calculando), cambiaron al corrector nulo reflectante hecho a medida, diseñado explícitamente para cumplir con tolerancias muy estrictas. El montaje incorrecto de este dispositivo dio como resultado que el espejo se rectificara con mucha precisión pero con la forma incorrecta. Algunas pruebas finales, utilizando los correctores nulos convencionales, informaron correctamente la aberración esférica . Pero estos resultados fueron descartados, perdiendo así la oportunidad de detectar el error, porque el corrector nulo reflectante se consideró más preciso. [69]
La comisión culpó de los fallos principalmente a Perkin-Elmer. Las relaciones entre la NASA y la compañía de óptica se habían visto muy tensas durante la construcción del telescopio, debido a los frecuentes retrasos en los horarios y los sobrecostos. La NASA descubrió que Perkin-Elmer no revisó ni supervisó la construcción del espejo de manera adecuada, no asignó a sus mejores científicos ópticos al proyecto (como había hecho para el prototipo) y, en particular, no involucró a los diseñadores ópticos en la construcción y verificación de el espejo. Si bien la comisión criticó duramente a Perkin-Elmer por estas fallas administrativas, la NASA también fue criticada por no darse cuenta de las deficiencias del control de calidad, como confiar totalmente en los resultados de las pruebas de un solo instrumento. [70]
Diseño de una solución [ editar ]
Muchos temían que el Hubble fuera abandonado. [71] El diseño del telescopio siempre había incorporado misiones de servicio, y los astrónomos inmediatamente comenzaron a buscar posibles soluciones al problema que podrían aplicarse en la primera misión de servicio, programada para 1993. Mientras que Kodak había puesto a tierra un espejo de respaldo para Hubble , habría sido imposible reemplazar el espejo en órbita, y demasiado costoso y lento llevar el telescopio a la Tierra para su reacondicionamiento. En cambio, el hecho de que el espejo se hubiera rectificado con tanta precisión a la forma incorrecta llevó al diseño de nuevos componentes ópticos con exactamente el mismo error pero en el sentido opuesto, que se agregarían al telescopio en la misión de servicio, actuando efectivamente como " anteojos "para corregir la aberración esférica.[72] [73]
El primer paso fue una caracterización precisa del error en el espejo principal. Trabajando hacia atrás a partir de imágenes de fuentes puntuales, los astrónomos determinaron que la constante cónica del espejo construido era−1.01390 ± 0.0002 , en lugar del previsto−1,00230 . [74] [75] El mismo número también se obtuvo analizando el corrector nulo utilizado por Perkin-Elmer para calcular el espejo, así como analizando los interferogramas obtenidos durante las pruebas en tierra del espejo. [76]
Debido a la forma en que se diseñaron los instrumentos del HST, se requirieron dos juegos diferentes de correctores. El diseño de la cámara planetaria y de campo amplio 2 , que ya se planeó para reemplazar la WF / PC existente, incluía espejos de relé para dirigir la luz hacia los cuatro chips de dispositivos de carga acoplada (CCD) separados que componen sus dos cámaras. Un error inverso incorporado en sus superficies podría cancelar por completo la aberración del primario. Sin embargo, los otros instrumentos carecían de superficies intermedias que pudieran figurar de esta manera, por lo que requerían un dispositivo de corrección externo. [77]
El sistema de Reemplazo Axial del Telescopio Espacial de Óptica Correctiva (COSTAR) fue diseñado para corregir la aberración esférica de la luz enfocada en el FOC, FOS y GHRS. Consiste en dos espejos en el camino de la luz con un suelo para corregir la aberración. [78] Para colocar el sistema COSTAR en el telescopio, se tuvo que quitar uno de los otros instrumentos y los astrónomos seleccionaron el Fotómetro de Alta Velocidad para ser sacrificado. [77] En 2002, todos los instrumentos originales que requerían COSTAR habían sido reemplazados por instrumentos con sus propias ópticas correctivas. [79] COSTAR fue retirado y devuelto a la Tierra en 2009, donde se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio. El área utilizada anteriormente por COSTAR ahora está ocupada por elEspectrógrafo de Orígenes Cósmicos . [80]
Misiones de servicio y nuevos instrumentos [ editar ]
Hubble fue diseñado para acomodar el mantenimiento regular y las actualizaciones de equipos mientras está en órbita. Los instrumentos y elementos de vida limitada se diseñaron como unidades de reemplazo orbital . [81] Cinco misiones de servicio (SM 1, 2, 3A, 3B y 4) fueron realizadas por transbordadores espaciales de la NASA , la primera en diciembre de 1993 y la última en mayo de 2009. [82] Las misiones de servicio fueron operaciones delicadas que comenzaron con maniobras para interceptar el telescopio en órbita y recuperarlo con cuidado con el brazo mecánico de la lanzadera . Luego, el trabajo necesario se llevó a cabo en múltiples caminatas espaciales atadasdurante un período de cuatro a cinco días. Después de una inspección visual del telescopio, los astronautas realizaron reparaciones, reemplazaron componentes defectuosos o degradados, actualizaron equipos e instalaron nuevos instrumentos. Una vez que se completó el trabajo, el telescopio se volvió a desplegar, generalmente después de impulsar a una órbita más alta para abordar la desintegración orbital causada por la resistencia atmosférica . [83]
Misión de servicio 1 [ editar ]
La primera misión de servicio del Hubble estaba programada para 1993 antes de que se descubriera el problema del espejo. Asumió una mayor importancia, ya que los astronautas necesitarían hacer un trabajo extenso para instalar ópticas correctivas; el fracaso habría resultado en el abandono del Hubble o en la aceptación de su discapacidad permanente. Otros componentes fallaron antes de la misión, lo que provocó que el costo de reparación aumentara a $ 500 millones (sin incluir el costo del vuelo del transbordador). Una reparación exitosa ayudaría a demostrar la viabilidad de construir la Estación Espacial Alpha . [84]
STS-49 en 1992 demostró la dificultad del trabajo espacial. Si bien el rescate de Intelsat 603 recibió elogios, los astronautas habían corrido riesgos posiblemente imprudentes al hacerlo. Ni el rescate ni el ensamblaje no relacionado de los componentes de la estación espacial prototipo ocurrieron mientras los astronautas se habían entrenado, lo que hizo que la NASA reevaluara la planificación y el entrenamiento, incluida la reparación del Hubble. La agencia asignada a la misión Story Musgrave —que había trabajado en procedimientos de reparación de satélites desde 1976— y otros seis astronautas experimentados, incluidos dos de STS-49. El primer director de misión desde el Proyecto Apollo coordinaría una tripulación con 16 vuelos de transbordador anteriores. Los astronautas fueron entrenados para usar alrededor de un centenar de herramientas especializadas. [85]
El calor había sido el problema en caminatas espaciales anteriores, que ocurrieron a la luz del sol. Hubble necesitaba ser reparado sin luz solar. Musgrave descubrió durante el entrenamiento de vacío, siete meses antes de la misión, que los guantes del traje espacial no protegían suficientemente contra el frío del espacio. Después de que STS-57 confirmara el problema en órbita, la NASA cambió rápidamente el equipo, los procedimientos y el plan de vuelo. Siete simulaciones de misiones totales ocurrieron antes del lanzamiento, la preparación más completa en la historia de los transbordadores. No existía una maqueta completa del Hubble, por lo que los astronautas estudiaron muchos modelos separados (incluido uno en el Smithsonian) y combinaron mentalmente sus detalles variados y contradictorios. [86] La misión de servicio 1 voló a bordo del Endeavour. en diciembre de 1993 e implicó la instalación de varios instrumentos y otros equipos durante diez días.
Lo más importante es que el fotómetro de alta velocidad se reemplazó con el paquete de óptica correctiva COSTAR , y WFPC se reemplazó con la cámara planetaria y de campo amplio 2 (WFPC2) con un sistema de corrección óptica interno. Los paneles solares y sus electrónica de accionamiento también fueron sustituidos, así como cuatro giroscopios en el sistema que señala telescopio, dos unidades de control eléctricos y otros componentes eléctricos, y dos magnetómetros. Las computadoras a bordo se actualizaron con coprocesadores adicionales y se impulsó la órbita del Hubble. [62]
El 13 de enero de 1994, la NASA declaró que la misión fue un completo éxito y mostró las primeras imágenes más nítidas. [87] La misión fue una de las más complejas realizadas hasta esa fecha, involucrando cinco largos períodos de actividad extravehicular . Su éxito fue una bendición para la NASA, así como para los astrónomos que ahora tenían un telescopio espacial más capaz.
Misión de servicio 2 [ editar ]
La misión de servicio 2, volada por Discovery en febrero de 1997, reemplazó el GHRS y el FOS con el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) y la cámara infrarroja cercana y el espectrómetro multiobjeto (NICMOS), reemplazó una grabadora de cinta de ingeniería y ciencia por una nueva. Registrador de estado sólido y aislamiento térmico reparado. [88] NICMOS contenía un disipador de calor de nitrógeno sólido para reducir el ruido térmico del instrumento, pero poco después de su instalación, se produjo una expansión térmica inesperada.resultó en que parte del disipador de calor entrara en contacto con un deflector óptico. Esto condujo a una mayor tasa de calentamiento del instrumento y redujo su vida útil esperada original de 4.5 años a aproximadamente dos años. [89]
Misión de servicio 3A [ editar ]
La Misión de servicio 3A, pilotada por Discovery , se llevó a cabo en diciembre de 1999 y se separó de la Misión de servicio 3 después de que fallaran tres de los seis giroscopios a bordo. El cuarto falló unas semanas antes de la misión, lo que hizo que el telescopio no pudiera realizar observaciones científicas. La misión reemplazó los seis giroscopios, reemplazó un sensor de guía fina y la computadora, instaló un kit de mejora de voltaje / temperatura (VIK) para evitar la sobrecarga de la batería y reemplazó las mantas de aislamiento térmico. [90]
Misión de servicio 3B [ editar ]
La misión de servicio 3B volada por Columbia en marzo de 2002 vio la instalación de un nuevo instrumento, y el FOC (que, a excepción de los sensores de guía fina cuando se usaba para astrometría, era el último de los instrumentos originales) fue reemplazado por la cámara avanzada para encuestas. (ACS). Esto significaba que COSTAR ya no era necesario, ya que todos los instrumentos nuevos tenían una corrección incorporada para la aberración del espejo principal. [79] La misión también revivió NICMOS al instalar un enfriador de ciclo cerrado [89] y reemplazó los paneles solares por segunda vez, proporcionando un 30 por ciento más de energía. [91]
Misión de servicio 4 [ editar ]
Los planes requerían que el Hubble fuera reparado en febrero de 2005, pero el desastre de Columbia en 2003, en el que el orbitador se desintegró al reingresar a la atmósfera, tuvo efectos de amplio alcance en el programa Hubble y otras misiones de la NASA. El administrador de la NASA, Sean O'Keefe, decidió que todas las futuras misiones de transbordadores debían poder llegar al refugio seguro de la Estación Espacial Internacional en caso de que surgieran problemas durante el vuelo. Como ningún transbordador pudo llegar tanto al HST como a la estación espacial durante la misma misión, se cancelaron futuras misiones de servicio con tripulación. [92] Esta decisión fue criticada por numerosos astrónomos que sentían que Hubble era lo suficientemente valioso como para merecer el riesgo humano. [93] El sucesor planificado de HST, elJames Webb Telescope (JWST), a partir de 2004 no se esperaba que se lanzara hasta al menos 2011. Una brecha en las capacidades de observación espacial entre el desmantelamiento del Hubble y la puesta en servicio de un sucesor fue de gran preocupación para muchos astrónomos, dado el significativo impacto de HST. [94] La consideración de que el JWST no se ubicará en la órbita terrestre baja y, por lo tanto, no se puede actualizar o reparar fácilmente en caso de una falla temprana, solo agudizó las preocupaciones. Por otro lado, muchos astrónomos estaban convencidos de que el mantenimiento del Hubble no debería realizarse si el gasto procediera del presupuesto de JWST.
En enero de 2004, O'Keefe dijo que revisaría su decisión de cancelar la misión de servicio final al HST, debido a la protesta pública y las solicitudes del Congreso para que la NASA buscara una manera de salvarlo. La Academia Nacional de Ciencias convocó a un panel oficial, que recomendó en julio de 2004 que el HST debería conservarse a pesar de los aparentes riesgos. Su informe instó a que "la NASA no debe tomar ninguna acción que impida una misión de servicio del transbordador espacial al Telescopio Espacial Hubble". [95] En agosto de 2004, O'Keefe le pidió al Centro de Vuelo Espacial Goddard que preparara una propuesta detallada para una misión de servicio robótico. Estos planes se cancelaron más tarde, y la misión robótica se describió como "no factible". [96] A finales de 2004, varios miembros del Congreso,dirigido por la senadora Barbara Mikulski, celebró audiencias públicas y llevó a cabo una lucha con mucho apoyo público (incluidas miles de cartas de niños en edad escolar en los EE. UU.) para lograr que la Administración Bush y la NASA reconsideraran la decisión de abandonar los planes para una misión de rescate del Hubble. [97]
La nominación en abril de 2005 de un nuevo administrador de la NASA, Michael D. Griffin , cambió la situación, ya que Griffin declaró que consideraría una misión de servicio con tripulación. [98] Poco después de su nombramiento, Griffin autorizó a Goddard a continuar con los preparativos para un vuelo de mantenimiento tripulado del Hubble, diciendo que tomaría la decisión final después de las dos próximas misiones del transbordador. En octubre de 2006, Griffin dio el visto bueno final, y la misión de 11 días de Atlantis estaba programada para octubre de 2008. La unidad principal de manejo de datos del Hubble falló en septiembre de 2008, [99] deteniendo todos los informes de datos científicos hasta su respaldo. se puso en línea el 25 de octubre de 2008. [100]Dado que una falla de la unidad de respaldo dejaría al HST indefenso, la misión de servicio se pospuso para incorporar un reemplazo para la unidad primaria. [99]
La Misión de servicio 4 (SM4), volada por Atlantis en mayo de 2009, fue la última misión de transbordador programada para el HST. [80] [101] SM4 instaló la unidad de manejo de datos de reemplazo, reparó los sistemas ACS y STIS, instaló baterías de hidrógeno de níquel mejoradas y reemplazó otros componentes, incluidos los seis giroscopios. SM4 también instaló dos nuevos instrumentos de observación: Wide Field Camera 3 (WFC3) y el Cosmic Origins Spectrograph (COS) [102], y el Soft Capture and Rendezvous System , que permitirá el encuentro futuro, la captura y la eliminación segura del Hubble por ya sea una misión con tripulación o robótica. [103] Excepto por los ACSEl canal de alta resolución , que no pudo ser reparado y fue desactivado, [104] [105] [106] el trabajo realizado durante SM4 hizo que el telescopio fuera completamente funcional. [80]
Grandes proyectos [ editar ]
Desde el inicio del programa, se han llevado a cabo una serie de proyectos de investigación, algunos de ellos casi exclusivamente con Hubble, otros con instalaciones coordinadas como el Observatorio de rayos X Chandra y el Very Large Telescope de ESO . Aunque el observatorio Hubble está llegando al final de su vida, todavía hay importantes proyectos programados para él. Un ejemplo es el próximo programa Frontier Fields, [107] inspirado en los resultados de la observación profunda del Hubble del cúmulo de galaxias Abell 1689 . [108]
Legado extragaláctico profundo del infrarrojo cercano de la Asamblea Cósmica [ editar ]
En un comunicado de prensa de agosto de 2013, se hizo referencia a CANDELS como "el proyecto más grande en la historia del Hubble". El estudio "tiene como objetivo explorar la evolución galáctica en el Universo temprano y las primeras semillas de la estructura cósmica menos de mil millones de años después del Big Bang". [109] El sitio del proyecto CANDELS describe los objetivos de la encuesta de la siguiente manera: [110]
El estudio del legado extragaláctico profundo del infrarrojo cercano de Cosmic Assembly está diseñado para documentar el primer tercio de la evolución galáctica desde z = 8 a 1,5 a través de imágenes profundas de más de 250.000 galaxias con WFC3 / IR y ACS. También encontrará el primer SNe de Tipo Ia más allá de z> 1,5 y establecerá su precisión como velas estándar para la cosmología. Se seleccionan cinco regiones de cielo de múltiples longitudes de onda principales; cada uno tiene datos de longitudes de onda múltiples de Spitzer y otras instalaciones, y tiene una espectroscopia extensa de las galaxias más brillantes. El uso de cinco campos ampliamente separadas mitiga varianza cósmica y rendimientos estadísticamente robustos y completos muestras de galaxias hasta 10 9 masas solares a z ~ 8.
Programa Frontier Fields [ editar ]
El programa, oficialmente denominado "Iniciativa de campos profundos de Hubble 2012", tiene como objetivo avanzar en el conocimiento de la formación temprana de galaxias mediante el estudio de galaxias de alto desplazamiento al rojo en campos en blanco con la ayuda de lentes gravitacionales para ver las "galaxias más débiles en el universo distante". [107] La página web de Frontier Fields describe que los objetivos del programa son:
- para revelar poblaciones hasta ahora inaccesibles de z = 5–10 galaxias que son de diez a cincuenta veces más débiles intrínsecamente que cualquier conocida en la actualidad
- para solidificar nuestra comprensión de las masas estelares y las historias de formación de estrellas de las galaxias sub-L * en los primeros tiempos
- para proporcionar la primera caracterización morfológica estadísticamente significativa de las galaxias en formación de estrellas en z> 5
- para encontrar z> 8 galaxias lo suficientemente estiradas por lente de racimo para discernir la estructura interna y / o suficientemente magnificadas por lente de racimo para seguimiento espectroscópico. [111]
Encuesta sobre la evolución cósmica (COSMOS) [ editar ]
El Cosmic Evolution Survey (COSMOS) [112] es un estudio astronómico diseñado para sondear la formación y evolución de las galaxias en función tanto del tiempo cósmico (corrimiento al rojo) como del entorno galáctico local. El estudio cubre un campo ecuatorial de dos grados cuadrados con espectroscopía y rayos X a radiografía de la mayoría de los principales telescopios espaciales y varios telescopios terrestres grandes, [113] lo que lo convierte en una región de enfoque clave de la astrofísica extragaláctica. COSMOS se lanzó en 2006 como el proyecto más grande perseguido por el Telescopio Espacial Hubble en ese momento, y todavía es el área continua más grande de cielo cubierto con el propósito de mapear el espacio profundo en campos en blanco., 2,5 veces el área de la luna en el cielo y 17 veces más grande que la región más grande de CANDELS . La colaboración científica COSMOS que se forjó a partir de la encuesta COSMOS inicial es la colaboración extragaláctica más grande y de mayor duración, conocida por su colegialidad y apertura. El estudio de las galaxias en su entorno solo se puede realizar con grandes áreas del cielo, mayores de medio grado cuadrado. [114] Se detectan más de dos millones de galaxias, que abarcan el 90% de la edad del Universo. La colaboración COSMOS está dirigida por Caitlin Casey , Jeyhan Kartaltepe y Vernesa Smolcic e involucra a más de 200 científicos en una docena de países. [112]
Uso público [ editar ]
Política [ editar ]
Cualquiera puede solicitar tiempo en el telescopio; No existen restricciones de nacionalidad o afiliación académica, pero la financiación para el análisis está disponible solo para instituciones de EE. UU. [115] La competencia por el tiempo en el telescopio es intensa, con aproximadamente una quinta parte de las propuestas presentadas en cada ciclo ganando tiempo en el programa. [116] [117]
Propuestas [ editar ]
Las convocatorias de propuestas se publican aproximadamente una vez al año, y el tiempo se asigna a un ciclo que dura aproximadamente un año. Las propuestas se dividen en varias categorías; Las propuestas de "observador general" son las más comunes y abarcan observaciones de rutina. Las "observaciones instantáneas" son aquellas en las que los objetivos requieren solo 45 minutos o menos de tiempo del telescopio, incluidos los gastos generales, como la adquisición del objetivo. Las observaciones instantáneas se utilizan para llenar los espacios en el programa del telescopio que no pueden ser llenados por los programas de observadores generales regulares. [118]
Los astrónomos pueden hacer propuestas de "Objetivo de oportunidad", en las que se programan observaciones si ocurre un evento transitorio cubierto por la propuesta durante el ciclo de programación. Además, hasta el 10% del tiempo del telescopio se designa como tiempo "discrecional del director" (DD). Los astrónomos pueden postularse para usar el tiempo DD en cualquier época del año, y generalmente se otorga por el estudio de fenómenos transitorios inesperados como las supernovas. [119]
Otros usos del tiempo DD han incluido las observaciones que llevaron a vistas del campo profundo del Hubble y del campo ultraprofundo del Hubble, y en los primeros cuatro ciclos de tiempo del telescopio, observaciones que fueron realizadas por astrónomos aficionados.
Se recomienda el procesamiento de imágenes públicas de los datos del Hubble, ya que la mayoría de los datos en los archivos no se han procesado en imágenes en color. [120]
Utilizado por astrónomos aficionados [ editar ]
El primer director de STScI, Riccardo Giacconi , anunció en 1986 que tenía la intención de dedicar parte del tiempo discrecional de su director a permitir que los astrónomos aficionados usaran el telescopio. El tiempo total que se asignó fue de solo unas pocas horas por ciclo, pero despertó un gran interés entre los astrónomos aficionados. [121]
Las propuestas para el tiempo de aficionados fueron revisadas rigurosamente por un comité de astrónomos aficionados, y el tiempo se otorgó solo a las propuestas que se consideró que tenían un mérito científico genuino, no duplicaban las propuestas hechas por profesionales y requerían las capacidades únicas del telescopio espacial. Trece astrónomos aficionados recibieron tiempo en el telescopio, y las observaciones se llevaron a cabo entre 1990 y 1997. [122] Uno de esos estudios fue " Cometas en transición: búsqueda UV de OH ". La primera propuesta, "Un estudio del telescopio espacial Hubble sobre el brillo posteclipse y los cambios del albedo en Io", se publicó en Icarus , [123] una revista dedicada a los estudios del sistema solar. También se publicó un segundo estudio de otro grupo de aficionados enÍcaro . [124] Después de ese tiempo, sin embargo, las reducciones presupuestarias en STScI hicieron insostenible el apoyo al trabajo de los astrónomos aficionados, y no se han llevado a cabo programas adicionales para aficionados. [122] [125]
Las propuestas habituales del Hubble todavía incluyen hallazgos u objetos descubiertos por aficionados y científicos ciudadanos . Estas observaciones a menudo se realizan en colaboración con astrónomos profesionales. Una de las primeras observaciones de este tipo es la gran mancha blanca de 1990 [126] en el planeta Saturno, descubierta por el astrónomo aficionado S. Wilber [127] y observada por HST bajo una propuesta de J. Westphal ( Caltech ). [128] [129] Observaciones posteriores entre profesionales y aficionados realizadas por Hubble incluyen descubrimientos del proyecto del zoológico de galaxias , como las galaxias Voorwerpjes y Green Pea . [130] [131]El programa "Gemas de las galaxias" se basa en una lista de objetos de voluntarios del zoológico de galaxias que se redujo con la ayuda de una votación en línea. [132] Además, hay observaciones de planetas menores descubiertos por astrónomos aficionados, como 2I / Borisov y cambios en la atmósfera de los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno o los gigantes de hielo Urano y Neptuno. [133] [134] En los mundos de patio trasero de colaboración pro-am, el HST se utilizó para observar un objeto de masa planetaria , llamado WISE J0830 + 2837 . La no detección por parte del HST ayudó a clasificar este peculiar objeto. [135]
Resultados científicos [ editar ]
Proyectos clave [ editar ]
A principios de la década de 1980, la NASA y STScI convocaron cuatro paneles para discutir proyectos clave. Estos eran proyectos que eran científicamente importantes y requerirían un tiempo considerable de telescopio, que se dedicaría explícitamente a cada proyecto. Esto garantizó que estos proyectos en particular se completarían temprano, en caso de que el telescopio fallara antes de lo esperado. Los paneles identificaron tres proyectos de este tipo: 1) un estudio del medio intergaláctico cercano utilizando líneas de absorción de cuásares para determinar las propiedades del medio intergaláctico y el contenido gaseoso de galaxias y grupos de galaxias; [136] 2) un estudio de profundidad media utilizando la cámara de campo amplio para tomar datos cada vez que se utilizaba uno de los otros instrumentos [137]y 3) un proyecto para determinar la constante de Hubble dentro del diez por ciento reduciendo los errores, tanto externos como internos, en la calibración de la escala de distancia. [138]
Descubrimientos importantes [ editar ]
Hubble ha ayudado a resolver algunos problemas de larga data en astronomía, al mismo tiempo que ha planteado nuevas preguntas. Algunos resultados han requerido nuevas teorías para explicarlos.
Edad del universo [ editar ]
Entre sus objetivos principales de la misión estaba medir las distancias a las estrellas variables Cefeidas con mayor precisión que nunca y, por lo tanto, restringir el valor de la constante de Hubble , la medida de la velocidad a la que se expande el universo, que también está relacionada con su edad. Antes del lanzamiento de HST, las estimaciones de la constante de Hubble generalmente tenían errores de hasta el 50%, pero las mediciones de Hubble de las variables de cefeidas en el cúmulo de Virgo y otros cúmulos de galaxias distantes proporcionaron un valor medido con una precisión de ± 10%, que es consistente con otras mediciones más precisas realizadas desde el lanzamiento de Hubble utilizando otras técnicas. [139]La edad estimada es ahora de unos 13.700 millones de años, pero antes del telescopio Hubble, los científicos predijeron una edad que oscilaría entre los 10 y los 20.000 millones de años. [140]
Expansión del universo [ editar ]
Si bien Hubble ayudó a refinar las estimaciones de la edad del universo, también arrojó dudas sobre las teorías sobre su futuro. Los astrónomos del equipo de búsqueda de supernovas High-z y el proyecto de cosmología de supernovas utilizaron telescopios terrestres y HST para observar supernovas distantes y descubrieron pruebas de que, lejos de desacelerar bajo la influencia de la gravedad , la expansión del universo puede estar acelerándose . Posteriormente, tres miembros de estos dos grupos recibieron premios Nobel por su descubrimiento. [141] La causa de esta aceleración sigue siendo poco conocida; [142] la causa más común atribuida es la energía oscura. [143]
Agujeros negros [ editar ]
Los espectros e imágenes de alta resolución proporcionados por el HST han sido especialmente adecuados para establecer la prevalencia de agujeros negros en el centro de galaxias cercanas. Si bien a principios de la década de 1960 se había planteado la hipótesis de que los agujeros negros se encontrarían en el centro de algunas galaxias, y los astrónomos en la década de 1980 identificaron una serie de buenos candidatos a agujero negro, el trabajo realizado con Hubble muestra que los agujeros negros probablemente sean comunes a los centros. de todas las galaxias. [144] [145] [146] Los programas del Hubble establecieron además que las masas de los agujeros negros nucleares y las propiedades de las galaxias están estrechamente relacionadas. El legado de los programas del Hubble sobre los agujeros negros en las galaxias es demostrar una conexión profunda entre las galaxias y sus agujeros negros centrales.
Ampliación de imágenes de longitud de onda visible [ editar ]
Una ventana única en el Universo habilitada por Hubble son las imágenes de Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field y Hubble Extreme Deep Field , que utilizaron la incomparable sensibilidad del Hubble en longitudes de onda visibles para crear imágenes de pequeños parches de cielo que son los más profundos jamás obtenidos. en longitudes de onda ópticas. Las imágenes revelan galaxias a miles de millones de años luz de distancia y han generado una gran cantidad de artículos científicos, proporcionando una nueva ventana al Universo temprano. La Wide Field Camera 3 mejoró la vista de estos campos en el infrarrojo y el ultravioleta, apoyando el descubrimiento de algunos de los objetos más distantes descubiertos hasta ahora, como MACS0647-JD .
El objeto no estándar SCP 06F6 fue descubierto por el Telescopio Espacial Hubble en febrero de 2006. [147] [148]
El 3 de marzo de 2016, los investigadores que utilizaron datos del Hubble anunciaron el descubrimiento de la galaxia más lejana conocida hasta la fecha: GN-z11 . Las observaciones de Hubble ocurrieron el 11 de febrero de 2015 y el 3 de abril de 2015, como parte de las encuestas CANDELS / GOODS- North. [149] [150]
Descubrimientos del Sistema Solar [ editar ]
El HST también se ha utilizado para estudiar objetos en los confines del Sistema Solar, incluidos los planetas enanos Plutón [151] y Eris . [152]
La colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter en 1994 fue cronometrada fortuitamente para los astrónomos, y se produjo solo unos meses después de que la Misión de servicio 1 hubiera restaurado el rendimiento óptico del Hubble. Las imágenes del planeta del Hubble fueron más nítidas que las tomadas desde el paso de la Voyager 2 en 1979, y fueron cruciales para estudiar la dinámica de la colisión de un cometa con Júpiter, un evento que se cree que ocurre una vez cada pocos siglos.
Durante junio y julio de 2012, los astrónomos estadounidenses que utilizaron el Hubble descubrieron Styx , una pequeña quinta luna que orbitaba a Plutón. [153]
En marzo de 2015, los investigadores anunciaron que las mediciones de las auroras alrededor de Ganímedes , una de las lunas de Júpiter, revelaron que tiene un océano subterráneo. Usando Hubble para estudiar el movimiento de sus auroras, los investigadores determinaron que un gran océano de agua salada estaba ayudando a suprimir la interacción entre el campo magnético de Júpiter y el de Ganímedes. Se estima que el océano tiene 100 km (60 millas) de profundidad, atrapado debajo de una corteza de hielo de 150 km (90 millas). [154] [155]
De junio a agosto de 2015, el Hubble se utilizó para buscar un objetivo de objeto del cinturón de Kuiper (KBO) para la Misión Extendida del Cinturón de Kuiper de New Horizons (KEM) cuando búsquedas similares con telescopios terrestres no lograron encontrar un objetivo adecuado. [156] Esto resultó en el descubrimiento de al menos cinco nuevos KBO, incluido el objetivo final de KEM, 486958 Arrokoth , que New Horizons realizó un sobrevuelo cercano el 1 de enero de 2019. [157] [158] [159]
En agosto de 2020, aprovechando un eclipse lunar total, los astrónomos que utilizaron el telescopio espacial Hubble de la NASA detectaron la propia marca de protector solar de la Tierra, el ozono, en nuestra atmósfera. Este método simula cómo los astrónomos e investigadores de astrobiología buscarán evidencia de vida más allá de la Tierra mediante la observación de posibles "biofirmas" en exoplanetas (planetas alrededor de otras estrellas). [160]
Reaparición de la supernova [ editar ]
El 11 de diciembre de 2015, Hubble capturó una imagen de la primera reaparición predicha de una supernova, denominada " Refsdal ", que se calculó utilizando diferentes modelos de masa de un cúmulo de galaxias cuya gravedad está deformando la luz de la supernova. La supernova fue vista previamente en noviembre de 2014 detrás del cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 2223 como parte del programa Frontier Fields de Hubble. Los astrónomos detectaron cuatro imágenes separadas de la supernova en una disposición conocida como Cruz de Einstein . La luz del cúmulo ha tardado unos cinco mil millones de años en llegar a la Tierra, aunque la supernova explotó hace unos diez mil millones de años. Según los primeros modelos de lentes, se predijo que reaparecería una quinta imagen a finales de 2015. [162]La detección de la reaparición de Refsdal en diciembre de 2015 sirvió como una oportunidad única para que los astrónomos probaran sus modelos de cómo se distribuye la masa, especialmente la materia oscura , dentro de este cúmulo de galaxias. [163]
Masa y tamaño de la Vía Láctea [ editar ]
En marzo de 2019, las observaciones del Hubble y los datos del observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea se combinaron para determinar que la Vía Láctea pesa aproximadamente 1,5 billones de unidades solares y tiene un radio de 129.000 años luz. [164]
Otros descubrimientos [ editar ]
Otros descubrimientos hechos con datos del Hubble incluyen discos proto-planetarios ( proplyds ) en la Nebulosa de Orión ; [165] evidencia de la presencia de planetas extrasolares alrededor de estrellas similares al Sol; [166] y las contrapartes ópticas de los aún misteriosos estallidos de rayos gamma . [167]
Impacto en la astronomía [ editar ]
Muchas medidas objetivas muestran el impacto positivo de los datos del Hubble en la astronomía. Se han publicado más de 15.000 artículos basados en datos de Hubble en revistas revisadas por pares, [168] y muchos más han aparecido en actas de congresos . Al observar los artículos varios años después de su publicación, aproximadamente un tercio de todos los artículos de astronomía no tienen citas , mientras que solo el dos por ciento de los artículos basados en datos del Hubble no tienen citas. En promedio, un artículo basado en datos del Hubble recibe aproximadamente el doble de citas que los artículos basados en datos que no son del Hubble. De los 200 artículos publicados cada año que reciben la mayor cantidad de citas, alrededor del 10% se basan en datos del Hubble. [169]
Aunque el HST claramente ha ayudado a la investigación astronómica, su costo financiero ha sido elevado. Un estudio sobre los beneficios astronómicos relativos de los diferentes tamaños de telescopios encontró que mientras que los artículos basados en datos del HST generan 15 veces más citas que un telescopio terrestre de 4 m (13 pies) como el Telescopio William Herschel , el HST cuesta alrededor de 100 veces más para construir y mantener. [170]
Decidir entre construir telescopios terrestres o espaciales es complejo. Incluso antes del lanzamiento del Hubble, las técnicas especializadas en tierra, como la interferometría de enmascaramiento de apertura, habían obtenido imágenes ópticas e infrarrojas de mayor resolución que las que obtendría el Hubble, aunque restringidas a objetivos aproximadamente 108 veces más brillantes que los objetivos más débiles observados por Hubble. [171] [172] Desde entonces, los avances en óptica adaptativahan ampliado las capacidades de obtención de imágenes de alta resolución de los telescopios terrestres a la obtención de imágenes infrarrojas de objetos débiles. La utilidad de la óptica adaptativa frente a las observaciones del HST depende en gran medida de los detalles particulares de las preguntas de investigación que se plantean. En las bandas visibles, la óptica adaptativa puede corregir solo un campo de visión relativamente pequeño, mientras que el HST puede realizar imágenes ópticas de alta resolución en un campo amplio. Solo una pequeña fracción de los objetos astronómicos son accesibles a imágenes terrestres de alta resolución; por el contrario, el Hubble puede realizar observaciones de alta resolución de cualquier parte del cielo nocturno y de objetos que son extremadamente débiles.
Impacto en la ingeniería aeroespacial [ editar ]
Además de sus resultados científicos, Hubble también ha hecho contribuciones significativas a la ingeniería aeroespacial , en particular al rendimiento de sistemas en órbita terrestre baja. Estos conocimientos son el resultado de la larga vida útil del Hubble en órbita, la extensa instrumentación y el regreso de conjuntos a la Tierra, donde se pueden estudiar en detalle. En particular, Hubble ha contribuido a los estudios del comportamiento de las estructuras compuestas de grafito en el vacío, la contaminación óptica del gas residual y el servicio humano, los daños por radiación en la electrónica y los sensores, y el comportamiento a largo plazo del aislamiento multicapa . [173]Una lección aprendida fue que los giroscopios ensamblados con oxígeno presurizado para suministrar líquido de suspensión eran propensos a fallar debido a la corrosión de los cables eléctricos. Los giroscopios ahora se ensamblan usando nitrógeno presurizado. [174] Otra es que las superficies ópticas en LEO pueden tener una vida útil sorprendentemente larga; Se esperaba que Hubble solo durara 15 años antes de que el espejo se volviera inutilizable, pero después de 14 años no hubo una degradación medible. [93] Finalmente, las misiones de servicio del Hubble, en particular aquellas que daban servicio a componentes no diseñados para mantenimiento en el espacio, han contribuido al desarrollo de nuevas herramientas y técnicas para la reparación en órbita. [175]
Datos del Hubble [ editar ]
Transmisión a la Tierra [ editar ]
Los datos del Hubble se almacenaron inicialmente en la nave espacial. Cuando se lanzaron, las instalaciones de almacenamiento eran grabadoras de cinta de carrete a carrete anticuadas , pero fueron reemplazadas por instalaciones de almacenamiento de datos de estado sólido durante las misiones de servicio 2 y 3A. Aproximadamente dos veces al día, el telescopio espacial Hubble transmite datos a un satélite en el sistema satelital de seguimiento y retransmisión de datos geosincrónicos (TDRSS), que luego enlaza los datos científicos a una de las dos antenas de microondas de alta ganancia de 60 pies (18 metros) de diámetro. ubicado en las instalaciones de prueba de White Sands en White Sands, Nuevo México . [177]Desde allí, se envían al Centro de Control de Operaciones del Telescopio Espacial en el Centro de Vuelo Espacial Goddard y, finalmente, al Instituto Científico del Telescopio Espacial para su archivo. [177] Cada semana, HST desciende aproximadamente 140 gigabits de datos. [2]
Imágenes en color [ editar ]
Todas las imágenes del Hubble son monocromáticas en escala de grises , tomadas a través de una variedad de filtros, cada una de las cuales pasa longitudes de onda de luz específicas e incorporadas en cada cámara. Las imágenes en color se crean combinando imágenes monocromas separadas tomadas a través de diferentes filtros. Este proceso también puede crear versiones de imágenes en falso color, incluidos los canales infrarrojos y ultravioleta, donde el infrarrojo generalmente se representa como un rojo profundo y el ultravioleta como un azul profundo. [178] [179] [180]
Archivos [ editar ]
Todos los datos del Hubble están finalmente disponibles a través del Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales en STScI , [181] CADC [182] y ESA / ESAC . [183] Los datos suelen ser de propiedad exclusiva, disponibles solo para el investigador principal (PI) y los astrónomos designados por el PI, durante los doce meses posteriores a su obtención. El PI puede solicitar al director del STScI extender o reducir el período de propiedad en algunas circunstancias. [184]
Las observaciones realizadas sobre el Tiempo Discrecional del Director están exentas del período de propiedad y se dan a conocer al público de inmediato. Los datos de calibración, como los campos planos y los marcos oscuros , también están disponibles al público de inmediato. Todos los datos del archivo están en formato FITS , que es adecuado para análisis astronómico pero no para uso público. [185] El Hubble Heritage Project procesa y publica al público una pequeña selección de las imágenes más llamativas en formatos JPEG y TIFF . [186]
Reducción de canalizaciones [ editar ]
Los datos astronómicos tomados con CCD deben someterse a varios pasos de calibración antes de que sean adecuados para el análisis astronómico. STScI ha desarrollado un software sofisticado que calibra automáticamente los datos cuando se solicitan del archivo utilizando los mejores archivos de calibración disponibles. Este procesamiento "sobre la marcha" significa que las solicitudes de datos grandes pueden tardar un día o más en procesarse y devolverse. El proceso mediante el cual los datos se calibran automáticamente se conoce como 'reducción de la tubería' y es cada vez más común en los principales observatorios. Los astrónomos pueden, si lo desean, recuperar los archivos de calibración ellos mismos y ejecutar el software de reducción de tuberías localmente. Esto puede ser deseable cuando sea necesario utilizar archivos de calibración distintos de los seleccionados automáticamente. [187]
Análisis de datos [ editar ]
Los datos del Hubble se pueden analizar utilizando muchos paquetes diferentes. STScI mantiene el software del Sistema de Análisis de Datos Científicos del Telescopio Espacial (STSDAS) hecho a medida, que contiene todos los programas necesarios para ejecutar la reducción de canalizaciones en archivos de datos sin procesar, así como muchas otras herramientas de procesamiento de imágenes astronómicas, adaptadas a los requisitos de los datos del Hubble. El software se ejecuta como un módulo de IRAF , un popular programa de reducción de datos astronómicos. [188]
Actividades de divulgación [ editar ]
Siempre ha sido importante para el Telescopio Espacial capturar la imaginación del público, dada la considerable contribución de los contribuyentes a sus costos operativos y de construcción. [189] Después de los difíciles primeros años en los que el espejo defectuoso dañó gravemente la reputación del Hubble entre el público, la primera misión de servicio permitió su rehabilitación ya que la óptica corregida produjo numerosas imágenes notables.
Varias iniciativas han ayudado a mantener informado al público sobre las actividades del Hubble. En los Estados Unidos, los esfuerzos de divulgación están coordinados por la Oficina de Difusión Pública del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI), que se estableció en 2000 para garantizar que los contribuyentes estadounidenses vieran los beneficios de su inversión en el programa de telescopios espaciales. Con ese fin, STScI opera el sitio web HubbleSite.org. El Hubble Heritage Project , que opera desde el STScI, proporciona al público imágenes de alta calidad de los objetos más interesantes y llamativos observados. El equipo de Heritage está compuesto por astrónomos aficionados y profesionales, así como personas con antecedentes fuera de la astronomía, y enfatiza la estética.naturaleza de las imágenes del Hubble. El Heritage Project tiene una pequeña cantidad de tiempo para observar objetos que, por razones científicas, pueden no tener imágenes tomadas en longitudes de onda suficientes para construir una imagen a todo color. [186]
Desde 1999, el principal grupo de divulgación del Hubble en Europa ha sido el Centro de Información de la Agencia Espacial Europea Hubble (HEIC). [190] Esta oficina se estableció en la Instalación de Coordinación Europea del Telescopio Espacial en Munich, Alemania. La misión de HEIC es cumplir con las tareas de educación y divulgación del HST para la Agencia Espacial Europea. El trabajo se centra en la producción de comunicados de noticias y fotografías que destacan los resultados e imágenes interesantes del Hubble. Suelen ser de origen europeo, por lo que aumentan el conocimiento tanto de la participación del Hubble de la ESA (15%) como de la contribución de los científicos europeos al observatorio. La ESA produce material educativo, incluido un videocastserie llamada Hubblecast diseñada para compartir noticias científicas de clase mundial con el público. [191]
El telescopio espacial Hubble ha ganado dos premios al logro espacial de la Space Foundation , por sus actividades de divulgación, en 2001 y 2010. [192]
Una réplica del telescopio espacial Hubble se encuentra en el césped del juzgado en Marshfield, Missouri , la ciudad natal del homónimo Edwin P. Hubble.
Imágenes de celebración [ editar ]
El Telescopio Espacial Hubble celebró su vigésimo aniversario en el espacio el 24 de abril de 2010. Para conmemorar la ocasión, la NASA, la ESA y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) publicaron una imagen de la Nebulosa Carina . [193]
Para conmemorar el 25 aniversario de Hubble en el espacio el 24 de abril de 2015, STScI publicó imágenes del cúmulo Westerlund 2 , ubicado a unos 20.000 años luz (6.100 pc) de distancia en la constelación de Carina, a través de su sitio web Hubble 25. [194] La Agencia Espacial Europea creó una página dedicada al 25º aniversario en su sitio web. [195] En abril de 2016, se lanzó una imagen especial de celebración de la Nebulosa Burbuja por el 26º cumpleaños del Hubble. [196]
Fallos de equipo [ editar ]
Sensores de rotación del giroscopio [ editar ]
El HST utiliza giroscopios para detectar y medir cualquier rotación, de modo que pueda estabilizarse en órbita y apuntar de manera precisa y constante a objetivos astronómicos. Normalmente se requieren tres giroscopios para su funcionamiento; las observaciones aún son posibles con dos o uno, pero el área del cielo que se puede ver sería algo restringida y las observaciones que requieren una orientación muy precisa son más difíciles. [197] En 2018, el plan era pasar al modo de un giroscopio si estaban operativos menos de tres giroscopios en funcionamiento. Los giroscopios son parte del sistema de control de apuntamiento , que utiliza cinco tipos de sensores (sensores magnéticos, sensores ópticos y los giroscopios) y dos tipos de actuadores ( ruedas de reacción yTorques magnéticos ). [198] Hubble lleva seis giroscopios en total.
Después del desastre de Columbia en 2003, no estaba claro si sería posible otra misión de servicio, y la vida del giroscopio volvió a ser una preocupación, por lo que los ingenieros desarrollaron un nuevo software para los modos de dos giroscopios y un giroscopio para maximizar la vida útil potencial. El desarrollo fue un éxito, y en 2005, se decidió cambiar al modo de dos giroscopios para las operaciones regulares del telescopio como un medio para extender la vida útil de la misión. El cambio a este modo se realizó en agosto de 2005, dejando al Hubble con dos giroscopios en uso, dos de respaldo y dos inoperables. [199] Otro giroscopio falló en 2007. [200]
En el momento de la misión de reparación final en mayo de 2009, durante la cual se reemplazaron los seis giroscopios (con dos pares nuevos y un par reacondicionado), solo tres seguían funcionando. Los ingenieros determinaron que las fallas del giroscopio fueron causadas por la corrosión de los cables eléctricos que alimentan el motor que fue iniciado por aire presurizado con oxígeno utilizado para entregar el fluido espeso de suspensión. [174] Los nuevos modelos de giroscopio se ensamblaron utilizando nitrógeno presurizado [174] y se esperaba que fueran mucho más fiables. [201] En la misión de mantenimiento de 2009 se reemplazaron los seis giroscopios, y después de casi diez años solo fallaron tres giroscopios, y solo después de exceder el tiempo de ejecución promedio esperado para el diseño. [202]
De los seis giroscopios reemplazados en 2009, tres eran del diseño antiguo susceptibles de fallar en los cables flexibles y tres eran del nuevo diseño con una vida útil más larga. El primero de los giroscopios de estilo antiguo falló en marzo de 2014 y el segundo en abril de 2018. El 5 de octubre de 2018, el último de los giroscopios de estilo antiguo falló y uno de los giroscopios de estilo nuevo se encendió desde el modo de espera. Expresar. Sin embargo, ese giroscopio de reserva no funcionó de inmediato dentro de los límites operativos, por lo que el observatorio se colocó en modo "seguro" mientras los científicos intentaban solucionar el problema. [203] [204]La NASA tuiteó el 22 de octubre de 2018 que "las tasas de rotación producidas por el giroscopio de respaldo se han reducido y ahora están dentro de un rango normal. Se realizarán pruebas adicionales para garantizar que el Hubble pueda volver a las operaciones científicas con este giroscopio". [205]
Se informó ampliamente que la solución que restauró el giroscopio de respaldo de estilo nuevo al rango operativo "lo apaga y enciende de nuevo". [206] Se realizó un "reinicio en funcionamiento" del giroscopio, pero esto no tuvo ningún efecto y la resolución final de la falla fue más compleja. La falla se atribuyó a una inconsistencia en el fluido que rodea al flotador dentro del giroscopio (por ejemplo, una burbuja de aire). El 18 de octubre de 2018, el equipo de operaciones del Hubble dirigió la nave espacial en una serie de maniobras, moviendo la nave espacial en direcciones opuestas, para mitigar la inconsistencia. Solo después de las maniobras, y una serie de maniobras posteriores el 19 de octubre, el giroscopio realmente funcionó dentro de su rango normal. [207]
Instrumentos y electrónica [ editar ]
Las misiones de servicio pasadas han intercambiado instrumentos antiguos por otros nuevos, evitando fallas y haciendo posible nuevos tipos de ciencia. Sin misiones de servicio, todos los instrumentos eventualmente fallarán. En agosto de 2004, el sistema de energía del Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial (STIS) falló, lo que hizo que el instrumento fuera inoperable. La electrónica había sido originalmente completamente redundante, pero el primer conjunto de electrónica falló en mayo de 2001. [208] Esta fuente de alimentación se solucionó durante la misión de servicio 4 en mayo de 2009.
De manera similar, la electrónica principal de la cámara principal de Advanced Camera for Surveys (ACS) falló en junio de 2006, y la fuente de alimentación de la electrónica de respaldo falló el 27 de enero de 2007. [209] Solo el Canal ciego solar (SBC) del instrumento se podía operar usando el electrónica del lado 1. Se agregó una nueva fuente de alimentación para el canal de gran angular durante SM 4, pero las pruebas rápidas revelaron que esto no ayudó al canal de alta resolución. [210] El canal de campo ancho (WFC) fue devuelto al servicio por STS-125 en mayo de 2009, pero el canal de alta resolución (HRC) permanece fuera de línea. [211]
El 8 de enero de 2019, Hubble entró en un modo seguro parcial luego de sospecha de problemas de hardware en su instrumento más avanzado, la Wide Field Camera 3.instrumento. La NASA informó más tarde que la causa del modo seguro dentro del instrumento fue la detección de niveles de voltaje fuera de un rango definido. El 15 de enero de 2019, la NASA dijo que la causa de la falla fue un problema de software. Los datos de ingeniería dentro de los circuitos de telemetría no eran precisos. Además, el resto de la telemetría dentro de esos circuitos también contenía valores erróneos que indicaban que se trataba de un problema de telemetría y no de un problema de suministro de energía. Después de restablecer los circuitos de telemetría y las tarjetas asociadas, el instrumento comenzó a funcionar nuevamente. El 17 de enero de 2019, el dispositivo volvió a su funcionamiento normal y el mismo día completó sus primeras observaciones científicas. [212] [213]
Futuro [ editar ]
Decaimiento orbital y reentrada controlada [ editar ]
El Hubble orbita la Tierra en la atmósfera superior extremadamente tenue y, con el tiempo, su órbita decae debido al arrastre . Si no se reactiva , volverá a entrar en la atmósfera de la Tierra dentro de algunas décadas, y la fecha exacta dependerá de la actividad del Sol y su impacto en la atmósfera superior. Si el Hubble descendiera en un reingreso completamente incontrolado, es probable que algunas partes del espejo principal y su estructura de soporte sobrevivieran, dejando la posibilidad de daños o incluso muertes humanas. [214] En 2013, el subdirector de proyectos James Jeletic proyectó que Hubble podría sobrevivir hasta la década de 2020. [4]Según la actividad solar y la resistencia atmosférica, o la falta de ella, se producirá una reentrada atmosférica natural para el Hubble entre 2028 y 2040. [4] [215] En junio de 2016, la NASA extendió el contrato de servicio para el Hubble hasta junio de 2021. [216]
El plan original de la NASA para desorbitar el Hubble de forma segura era recuperarlo usando un transbordador espacial . Hubble entonces probablemente se habría exhibido en la Institución Smithsonian . Esto ya no es posible ya que la flota del Transbordador Espacial se ha retirado y, en cualquier caso, habría sido poco probable debido al costo de la misión y al riesgo para la tripulación. En cambio, la NASA consideró agregar un módulo de propulsión externo para permitir el reingreso controlado. [217]Finalmente, en 2009, como parte de la Misión de servicio 4, la última misión de servicio del Transbordador espacial, la NASA instaló el Mecanismo de captura suave (SCM), para permitir la salida de órbita mediante una misión con tripulación o robótica. El SCM, junto con el Sistema de Navegación Relativa (RNS), montado en el Transbordador para recopilar datos que "permitan a la NASA buscar numerosas opciones para la desorbitación segura del Hubble", constituyen el Sistema de Captura y Encuentro Suave (SCRS). [103] [218]
Posibles misiones de servicio [ editar ]
A partir de 2017 [update], la Administración Trump estaba considerando una propuesta de Sierra Nevada Corporation para utilizar una versión tripulada de su nave espacial Dream Chaser para dar servicio al Hubble en algún momento de la década de 2020 como una continuación de sus capacidades científicas y como seguro contra cualquier mal funcionamiento en el futuro telescopio espacial James Webb. [219] En 2020, John Grunsfeld dijo que SpaceX Crew Dragon u Orionpodría realizar otra misión de reparación dentro de diez años. Si bien la tecnología robótica aún no es lo suficientemente sofisticada, dijo, con otra visita tripulada "Podríamos mantener al Hubble en funcionamiento durante algunas décadas más" con nuevos giroscopios e instrumentos. [220]
Sucesores [ editar ]
| Rango de espectro visible | |
| Color | Longitud de onda |
|---|---|
| Violeta | 380–450 nm |
| azul | 450–475 nm |
| cian | 476–495 nm |
| verde | 495–570 nm |
| amarillo | 570–590 nm |
| naranja | 590–620 nm |
| rojo | 620–750 nm |
No hay un reemplazo directo del Hubble como un telescopio espacial de luz ultravioleta y visible, porque los telescopios espaciales a corto plazo no duplican la cobertura de longitud de onda del Hubble (longitudes de onda del ultravioleta cercano al infrarrojo cercano), sino que se concentran en las bandas de infrarrojos adicionales. Estas bandas se prefieren para estudiar objetos de alto corrimiento al rojo y de baja temperatura, objetos generalmente más antiguos y más lejanos en el universo. Estas longitudes de onda también son difíciles o imposibles de estudiar desde tierra, lo que justifica el gasto de un telescopio espacial. Los grandes telescopios terrestres pueden obtener imágenes de algunas de las mismas longitudes de onda que el Hubble, a veces desafían al HST en términos de resolución mediante el uso de óptica adaptativa.(AO), tienen un poder de captación de luz mucho mayor y se pueden actualizar más fácilmente, pero aún no pueden igualar la excelente resolución del Hubble en un amplio campo de visión con el fondo muy oscuro del espacio.
Los planes para un sucesor del Hubble se materializaron como el proyecto del Telescopio Espacial de Próxima Generación, que culminó en los planes para el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el sucesor formal del Hubble. [221] Muy diferente de un Hubble ampliado, está diseñado para operar más frío y más lejos de la Tierra en el punto Lagrangiano L2 , donde se reducen las interferencias térmicas y ópticas de la Tierra y la Luna. No está diseñado para ser completamente útil (como instrumentos reemplazables), pero el diseño incluye un anillo de acoplamiento para permitir visitas desde otras naves espaciales. [222] Un objetivo científico principal de JWST es observar los objetos más distantes del universo, más allá del alcance de los instrumentos existentes. Se espera que detecte estrellas en elEl Universo temprano es aproximadamente 280 millones de años más antiguo que las estrellas que ahora detecta el HST. [223] El telescopio es una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense desde 1996, [224] y está previsto su lanzamiento en un cohete Ariane 5 . [225] Aunque JWST es principalmente un instrumento infrarrojo, su cobertura se extiende hasta 600 nm de luz de longitud de onda, o aproximadamente naranja en el espectro visible . Un ojo humano típico puede ver una luz de longitud de onda de aproximadamente 750 nm, por lo que existe cierta superposición con las bandas de longitud de onda visibles más largas, incluidas la luz naranja y roja.
Un telescopio complementario, con longitudes de onda incluso más largas que el Hubble o el JWST, fue el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea , lanzado el 14 de mayo de 2009. Al igual que el JWST, Herschel no fue diseñado para ser reparado después del lanzamiento, y tenía un espejo sustancialmente más grande que Hubble, pero observado solo en el infrarrojo lejano y submilimétrico . Necesitaba refrigerante de helio, del cual se agotó el 29 de abril de 2013.
| Telescopios e instrumentos espaciales seleccionados [226] | |||||||
| Nombre | Año | Longitud de onda | Abertura | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ojo humano | - | 0,39-0,75 μm | 0,01 m | ||||
| Spitzer | 2003 | 3-180 μm | 0,85 metros | ||||
| Hubble STIS | 1997 | 0,115–1,03 μm | 2,4 m | ||||
| Hubble WFC3 | 2009 | 0,2–1,7 μm | 2,4 m | ||||
| Herschel | 2009 | 55–672 μm | 3,5 m | ||||
| JWST | Planificado | 0,6–28,5 μm | 6,5 metros | ||||
Otros conceptos para telescopios espaciales avanzados del siglo XXI incluyen el Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), [227] un telescopio espacial óptico conceptualizado de 8 a 16,8 metros (310 a 660 pulgadas) que, si se realiza, podría ser un sucesor más directo del HST. con la capacidad de observar y fotografiar objetos astronómicos en las longitudes de onda visible, ultravioleta e infrarroja, con una resolución sustancialmente mejor que el Hubble o el telescopio espacial Spitzer . Este esfuerzo se está planificando para el período 2025-2035.
Los telescopios terrestres existentes y varios telescopios extremadamente grandes propuestos pueden superar el HST en términos de poder de captación de luz pura y límite de difracción debido a espejos más grandes, pero otros factores afectan a los telescopios. En algunos casos, pueden igualar o superar la resolución del Hubble mediante el uso de óptica adaptativa (AO). Sin embargo, el AO en grandes reflectores terrestres no hará que el Hubble y otros telescopios espaciales sean obsoletos. La mayoría de los sistemas AO agudizan la vista en un campo muy estrecho: Lucky Cam, por ejemplo, produce imágenes nítidas de solo 10 a 20 segundos de arco de ancho, mientras que las cámaras del Hubble producen imágenes nítidas en un campo de 150 segundos de arco (2½ minutos de arco). Además, los telescopios espaciales pueden estudiar el universo a través de todo el espectro electromagnético, la mayor parte del cual está bloqueado por la atmósfera terrestre. Por último, el cielo de fondo es más oscuro en el espacio que en la tierra, porque el aire absorbe energía solar durante el día y luego la libera por la noche, produciendo un tenue, pero perceptible, resplandor de aire que lava los objetos astronómicos de bajo contraste. [228]
Ver también [ editar ]
- Hubble (documental de 2010)
- Lista de los telescopios infrarrojos más grandes
- Lista de los telescopios ópticos reflectores más grandes
- Lista de telescopios espaciales
Referencias [ editar ]
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Hace treinta años, el 24 de abril de 1990, el Hubble fue llevado en alto desde el Centro Espacial Kennedy a bordo del transbordador espacial Discovery ...
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Lectura adicional [ editar ]
| Recursos de la biblioteca sobre el telescopio espacial Hubble |
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Enlaces externos [ editar ]
- Medios relacionados con el telescopio espacial Hubble en Wikimedia Commons
- HubbleSite
- Telescopio espacial Hubble en NASA.gov
- Spacetelescope.org , un sitio de divulgación del Hubble de la ESA
- El Proyecto del Patrimonio Hubble y los archivos del Hubble por STScI
- Archivos del Hubble por la ESA
- Archivos del Hubble por CADC
- Ubicación y seguimiento del Hubble en tiempo real en uphere.space
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