Esta ilustración muestra un globo a gran altitud ascendiendo a la atmósfera superior. Cuando está completamente inflado, estos globos tienen 400 pies (150 metros) de ancho, o del tamaño de un estadio de fútbol, y alcanzar una altitud de 130, 000 pies (24,6 millas o 40 kilómetros). Crédito:Laboratorio de Imagen Conceptual del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Michael Lentz
Se ha comenzado a trabajar en una nueva y ambiciosa misión que llevará un telescopio de vanguardia de 8,4 pies (2,5 metros) a la estratosfera en un globo. Tentativamente planeado para lanzarse en diciembre de 2023 desde la Antártida, ASTHROS (abreviatura de Astrophysics Stratospheric Telescope para observaciones de alta resolución espectral en longitudes de onda submilimétricas) pasará aproximadamente tres semanas a la deriva en las corrientes de aire sobre el helado continente sur y logrará varias primicias en el camino.
Gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ASTHROS observa luz infrarroja lejana, o luz con longitudes de onda mucho más largas de lo que es visible para el ojo humano. Para hacer eso, ASTHROS deberá alcanzar una altitud de aproximadamente 130, 000 pies (24,6 millas, o 40 kilómetros), aproximadamente cuatro veces más alto de lo que vuelan los aviones comerciales. Aunque todavía está muy por debajo del límite del espacio (unas 62 millas, o 100 kilómetros, sobre la superficie de la Tierra), será lo suficientemente alto para observar longitudes de onda de luz bloqueadas por la atmósfera de la Tierra.
El equipo de la misión recientemente dio los toques finales al diseño de la carga útil del observatorio, que incluye su telescopio (que captura la luz), su instrumento científico, y subsistemas tales como los sistemas electrónicos y de refrigeración. A principios de agosto Los ingenieros de JPL comenzarán a integrar y probar esos subsistemas para verificar que funcionan como se espera.
Si bien los globos pueden parecer una tecnología anticuada, ofrecen ventajas únicas a la NASA sobre las misiones terrestres o espaciales. El Programa de Globos Científicos de la NASA ha estado operando durante 30 años en Wallops Flight Facility en Virginia. Lanza de 10 a 15 misiones al año desde lugares de todo el mundo en apoyo de experimentos en todas las disciplinas científicas de la NASA. así como para el desarrollo tecnológico y la educación. Las misiones en globo no solo tienen costos más bajos en comparación con las misiones espaciales, también tienen tiempos más cortos entre la planificación temprana y la implementación, lo que significa que pueden aceptar los mayores riesgos asociados con el uso de tecnologías nuevas o de vanguardia que aún no han volado al espacio. Estos riesgos pueden presentarse en forma de desafíos técnicos u operativos desconocidos que pueden afectar la producción científica de una misión. Trabajando a través de estos desafíos, Las misiones de globos pueden sentar las bases para futuras misiones para cosechar los beneficios de estas nuevas tecnologías.
"Las misiones en globo como ASTHROS son de mayor riesgo que las misiones espaciales, pero producen grandes recompensas a un costo modesto, "dijo el ingeniero del JPL, José Siles, jefe de proyecto para ASTHROS. "Con ASTHROS, Nuestro objetivo es realizar observaciones astrofísicas que nunca antes se habían intentado. La misión allanará el camino para futuras misiones espaciales probando nuevas tecnologías y proporcionando capacitación para la próxima generación de ingenieros y científicos ".
La Nebulosa Carina, una región de formación de estrellas en la Vía Láctea, es uno de los cuatro objetivos científicos que los científicos planean observar con la misión de globos a gran altitud ASTHROS. ASTHROS estudiará la retroalimentación estelar en esta región, el proceso por el cual las estrellas influyen en la formación de más estrellas en su entorno. Crédito:NASA, ESA, N. Smith (Universidad de California, Berkeley) y col., el equipo de Hubble Heritage (STScI / AURA)
Ojos infrarrojos en el cielo
ASTHROS llevará un instrumento para medir el movimiento y la velocidad del gas alrededor de estrellas recién formadas. Durante el vuelo, la misión estudiará cuatro objetivos principales, incluidas dos regiones de formación de estrellas en la Vía Láctea. También detectará y mapeará por primera vez la presencia de dos tipos específicos de iones de nitrógeno (átomos que han perdido algunos electrones). Estos iones de nitrógeno pueden revelar lugares donde los vientos de estrellas masivas y las explosiones de supernovas han remodelado las nubes de gas dentro de estas regiones de formación de estrellas.
En un proceso conocido como retroalimentación estelar, tales arrebatos violentos pueden, durante millones de años, dispersar el material circundante e impedir la formación de estrellas o detenerlo por completo. Pero la retroalimentación estelar también puede hacer que el material se agrupe, acelerando la formación de estrellas. Sin este proceso, todo el gas y el polvo disponibles en galaxias como la nuestra se habrían fusionado en estrellas hace mucho tiempo.
ASTHROS hará los primeros mapas detallados en 3D de la densidad, velocidad, y el movimiento del gas en estas regiones para ver cómo los gigantes recién nacidos influyen en su material placentario. Al hacerlo, el equipo espera obtener información sobre cómo funciona la retroalimentación estelar y proporcionar nueva información para refinar las simulaciones por computadora de la evolución de las galaxias.
Un tercer objetivo para ASTHROS será la galaxia Messier 83. La observación de señales de retroalimentación estelar permitirá al equipo de ASTHROS obtener una visión más profunda de su efecto en diferentes tipos de galaxias. "Creo que se entiende que la retroalimentación estelar es el principal regulador de la formación de estrellas a lo largo de la historia del universo, "dijo el científico del JPL Jorge Pineda, investigador principal de ASTHROS. "Las simulaciones por computadora de la evolución de las galaxias aún no pueden replicar la realidad que vemos en el cosmos. El mapeo de nitrógeno que haremos con ASTHROS nunca se había hecho antes, y será emocionante ver cómo esa información ayuda a que esos modelos sean más precisos ".
Este video de lapso de tiempo muestra el lanzamiento del Observatorio Estratosférico de Terahercios II (STO-2), una misión astrofísica de la NASA, de la Antártida en 2016. Estas misiones con globos a gran altitud brindan la oportunidad de observar longitudes de onda de luz que están bloqueadas por la atmósfera terrestre. Crédito:NASA / JPL-Caltech
Finalmente, como su cuarto objetivo, ASTHROS observará TW Hydrae, una estrella joven rodeada por un amplio disco de polvo y gas donde los planetas pueden estar formándose. Con sus capacidades únicas, ASTHROS medirá la masa total de este disco protoplanetario y mostrará cómo se distribuye esta masa. Estas observaciones podrían potencialmente revelar lugares donde el polvo se acumula para formar planetas. Learning more about protoplanetary disks could help astronomers understand how different types of planets form in young solar systems.
A Lofty Approach
To do all this, ASTHROS will need a big balloon:When fully inflated with helium, it will be about 400 feet (150 meters) wide, or about the size of a football stadium. A gondola beneath the balloon will carry the instrument and the lightweight telescope, which consists of an 8.4-foot (2.5-meter) dish antenna as well as a series of mirrors, lenses, and detectors designed and optimized to capture far-infrared light. Thanks to the dish, ASTHROS tied for the largest telescope to ever fly on a high-altitude balloon. During flight, scientists will be able to precisely control the direction that the telescope points and download the data in real-time using satellite links.
Because far-infrared instruments need to be kept very cold, many missions carry liquid helium to cool them. ASTHROS will instead rely on a cryocooler, which uses electricity (supplied by ASTHROS' solar panels) to keep the superconducting detectors close to minus 451.3 degrees Fahrenheit (minus 268.5 degrees Celsius)—a little above absolute zero, the coldest temperature matter can reach. The cryocooler weighs much less than the large liquid helium container that ASTHROS would need to keep its instrument cold for the entire mission. That means the payload is considerably lighter and the mission's lifetime is no longer limited by how much liquid helium is on board.
The team expects the balloon will complete two or three loops around the South Pole in about 21 to 28 days, carried by prevailing stratospheric winds. Once the science mission is complete, operators will send flight termination commands that separate the gondola, which is connected to a parachute, from the balloon. The parachute returns the gondola to the ground so that the telescope can be recovered and refurbished to fly again.
"We will launch ASTHROS to the edge of space from the most remote and harsh part of our planet, " said Siles. "If you stop to think about it, it's really challenging, which makes it so exciting at the same time."
