La misión del globo estratosférico de la NASA obtiene un telescopio con un espejo gigante

El espejo principal de la misión ASTHROS es uno de los más grandes que jamás haya volado en un globo a gran altitud. El espejo liviano está recubierto de oro y níquel para que sea más reflectante en las longitudes de onda del infrarrojo lejano. Crédito:Medios Lario

Los telescopios diseñados para operar en el espacio deben construirse de manera diferente a los destinados a operar en tierra. Pero, ¿qué pasa con los telescopios que operan en el medio?

Una próxima misión de la NASA utilizará un globo más grande que un campo de fútbol para enviar un telescopio a unos 40.000 metros (130.000 pies) sobre la Antártida. Desde esa altura, el telescopio estudiará un fenómeno que obstruye la formación de estrellas en algunas galaxias, matándolas efectivamente.

La misión, llamada Telescopio Estratosférico de Astrofísica para Observaciones de Alta Resolución Espectral en longitudes de onda submilimétricas, o ASTHROS, utilizará un espejo primario (la principal herramienta de recolección de luz de este telescopio) que es el más grande que haya volado en un globo de gran altitud. La construcción del espejo de 2,5 metros (8,2 pies) concluyó este mes. Diseñarlo y construirlo resultó ser un desafío debido a dos demandas clave:el espejo y su estructura de soporte deben ser excepcionalmente livianos para viajar en globo, pero lo suficientemente fuertes como para evitar que la atracción de la gravedad de la Tierra deforme su forma parabólica casi perfecta en más de 0.0001. pulgadas (2,5 micrómetros), una fracción del ancho de un cabello humano.

Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, ASTHROS se lanzará no antes de diciembre de 2023, dando vueltas alrededor del Polo Sur por hasta cuatro semanas. El Programa Científico de Globos de la NASA, operado por la Instalación de Vuelo Wallops de la agencia en Virginia, lanza de 10 a 15 misiones de globos cada año. Estas misiones generalmente cuestan menos que las misiones espaciales y toman menos tiempo para pasar de la planificación inicial al despliegue, y emplean nuevas tecnologías que se pueden usar en futuras misiones espaciales.

Los paneles de espejo ASTHROS de color dorado parecen borrosos a simple vista, como se ve a la izquierda. Pero cuando se fotografía con una cámara infrarroja, como se muestra a la derecha, el panel refleja la imagen de un técnico tan claramente como si la persona se estuviera mirando en un espejo. Crédito:Medios Lario

En lo alto de la estratosfera, ASTHROS observará longitudes de onda de luz que están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra, en un rango llamado infrarrojo lejano. Su gran espejo mejorará la capacidad del telescopio para observar fuentes de luz más débiles y resolver detalles más finos de esas fuentes.

Esas capacidades son esenciales para el enfoque de la misión para estudiar la retroalimentación estelar, el proceso por el cual las nubes de gas y polvo, los ingredientes para formar estrellas, se dispersan en las galaxias, a veces hasta el punto en que la formación de estrellas se detiene por completo. Muchos procesos contribuyen a la retroalimentación, incluidas las erupciones de estrellas vivas y las muertes explosivas de estrellas masivas como supernovas. ASTHROS observará varias regiones de formación estelar en nuestra galaxia donde tienen lugar estos procesos, creando mapas 3D de alta resolución de la distribución y el movimiento del gas. La misión también observará galaxias distantes que contienen millones de estrellas para ver cómo se desarrolla la retroalimentación a gran escala y en diferentes entornos.

"It's difficult to explore feedback all the way from where it originates, at the scale of individual stars, to where it has an effect, on the scale of galaxies," said Jorge Pineda, principal investigator for ASTHROS at JPL. "With a large mirror we can connect those two."

Lofted by a stratospheric balloon, as shown in this illustration, NASA’s ASTHROS mission may reach an altitude of 130,000 feet (40 kilometers). From that height, the telescope can detect wavelengths of light that are blocked by Earth’s atmosphere and cannot be observed from the ground. Crédito:NASA/JPL-Caltech

Meeting the challenge

NASA contracted Media Lario, an optics company in Italy, to design and produce ASTHROS's full telescope unit, including a primary mirror, secondary mirror, and supporting structure (called the cradle). Media Lario had previously developed a unique method for manufacturing lightweight infrared and optical telescope mirrors, which the company used to produce many of the panels for the primary mirrors of the Atacama Large Millimeter Array, a group of 66 ground-based telescopes in Chile.

The ASTHROS primary mirror features nine panels, which are significantly easier to fabricate than a one-piece mirror. The bulk of the mirror panels consist of lightweight aluminum, formed into a honeycomb structure that reduces its total mass. The panel surfaces are made of nickel and coated with gold, which improves the mirror's reflectivity at far-infrared wavelengths.

Because the ASTHROS team won't be able to fine-tune the alignment of the panels once the telescope lifts off, the cradle supporting the mirror needs to be lightweight yet exceptionally strong and rigid to prevent any deformation. Carbon fiber would do the trick. So, to build the cradle and other structural components, Media Lario turned to local companies in Italy that typically produce specialized structures for competitive racing boats and cars.

"I think this is probably the most complex telescope ever built for a high-altitude balloon mission," said Jose Siles, the ASTHROS project manager at JPL. "We had specifications similar to a space telescope but on a tighter budget, schedule, and mass. We had to combine techniques from ground-based telescopes that observe in similar wavelengths with advanced manufacturing techniques used for professional racing sailboats. It's pretty unique."

Media Lario will deliver the full telescope unit to NASA in late July. After that, the ASTHROS team will integrate it with the gondola (the structure that holds the entire payload and attaches to the balloon) and other key components. Then they'll begin a series of tests to ensure everything is ready for flight. + Explora más