¿Alguna vez has mirado el cielo nocturno y te has preguntado cómo se ve el universo de cerca? Incluso si tienes la suerte de tener acceso a un telescopio terrestre, cuya claridad depende de factores atmosféricos como las nubes, no obtendrás la lucidez que merecen estos impresionantes objetos celestes. En 1946, un astrofísico llamado Dr. Lyman Spitzer Jr. propuso colocar un telescopio en el espacio para revelar imágenes más claras.
Suena lógico, ¿verdad? Sin embargo, esto fue antes de que alguien hubiera lanzado un cohete al espacio exterior. Avancemos hasta 1990, se lanza el telescopio Hubble. ¿Y dónde está el telescopio Hubble? Espacio.
Como EE.UU. Cuando el programa espacial maduró en las décadas de 1960 y 1970, Spitzer presionó a la NASA y al Congreso para que desarrollaran un telescopio espacial. En 1975, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA comenzaron a redactar los planes iniciales y en 1977 el Congreso aprobó los fondos necesarios. La NASA nombró a Lockheed Missiles (ahora Lockheed Martin) como el contratista que construiría el telescopio y sus sistemas de soporte, además de ensamblarlo y probarlo.
El famoso telescopio lleva el nombre del astrónomo estadounidense Edwin Hubble, cuyas observaciones de estrellas variables en galaxias distantes confirmaron que el universo se estaba expandiendo y respaldaron la teoría del Big Bang.
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Después de un largo retraso debido al desastre del Challenger en 1986, el Telescopio Espacial Hubble entró en órbita el 24 de abril de 1990, a bordo del transbordador espacial Discovery. Desde su lanzamiento, el Hubble ha remodelado nuestra visión del espacio, y los científicos han escrito miles de artículos basados en los lúcidos hallazgos del telescopio sobre temas importantes como la edad del universo, los agujeros negros gigantes y el aspecto de las estrellas en agonía de la muerte.
En este artículo, hablaremos sobre cómo el Hubble ha documentado el espacio exterior y los instrumentos que le han permitido hacerlo. También hablaremos de algunos de los problemas que el venerable telescopio/nave espacial ha encontrado en el camino.
Casi inmediatamente después de su despliegue en 1990, los astrónomos descubrieron un problema con su querido telescopio de 13,3 m (43,5 pies) valorado en 1.500 millones de dólares. Su nuevo ojo en el cielo, del tamaño de un camión con remolque, no podía enfocar correctamente. Se dieron cuenta de que el espejo primario del telescopio había sido rectificado en la dimensión incorrecta. Aunque el defecto en el espejo (aproximadamente igual a una quincuagésima parte del grosor de un cabello humano) nos parecería ridículamente diminuto a la mayoría de nosotros, provocó que el Telescopio Espacial Hubble sufriera una aberración esférica y produjera imágenes borrosas. Seguramente los astrónomos no pasaron años trabajando en el telescopio sólo para conformarse con instantáneas anodinas del espacio exterior.
Los científicos idearon una lente de "contacto" de reemplazo llamada COSTAR (Reemplazo axial del telescopio espacial de óptica correctiva) para reparar el defecto en el HST. COSTAR constaba de varios espejos pequeños que interceptarían el haz del espejo defectuoso, arreglarían el defecto y transmitirían el haz corregido a los instrumentos científicos en el foco del espejo.
Los astronautas y el personal de la NASA pasaron 11 meses preparándose para lo que sería una de las misiones espaciales más desafiantes jamás intentadas. Finalmente, en diciembre de 1993, siete hombres a bordo del transbordador espacial Endeavor se lanzaron al espacio para la primera misión de mantenimiento del HST.
A la tripulación le llevó una semana realizar todas las reparaciones necesarias, y cuando se probó el telescopio después de la misión de mantenimiento, las imágenes mejoraron enormemente. Hoy en día, todos los instrumentos colocados en el HST tienen ópticas correctivas incorporadas para el defecto del espejo y COSTAR ya no es necesario.
Sin embargo, el Hubble es mucho más que COSTAR y a continuación hablaremos de algunas de esas partes críticas.
Como cualquier telescopio, el HST tiene un tubo largo que está abierto en un extremo para dejar entrar la luz. Tiene espejos para recoger y enfocar la luz donde se encuentran sus "ojos". El HST tiene varios tipos de "ojos" en forma de diversos instrumentos. Así como los insectos pueden ver la luz ultravioleta o los humanos podemos ver la luz visible, el Hubble también debe poder ver los distintos tipos de luz que caen del cielo.
En concreto, el Hubble es un telescopio reflector Cassegrain. Eso simplemente significa que la luz ingresa al dispositivo a través de la abertura y rebota en el espejo primario hacia un espejo secundario. El espejo secundario, a su vez, refleja la luz a través de un orificio en el centro del espejo primario hasta un punto focal detrás del espejo primario. Si dibujaras el camino de la luz entrante, se parecería a la letra "W", excepto que tendría tres jorobas hacia abajo en lugar de dos.
En el punto focal, espejos más pequeños, mitad reflectantes y mitad transparentes, distribuyen la luz entrante a los distintos instrumentos científicos. (Hablaremos más sobre esos instrumentos en la siguiente sección). Como habrás adivinado, estos no son simples espejos en los que puedes mirarte para admirar tu reflejo.
Los espejos de HST están hechos de vidrio y recubiertos con capas de aluminio puro (tres millonésimas de pulgada de espesor) y fluoruro de magnesio (una millonésima de pulgada de espesor) para que reflejen la luz visible, infrarroja y ultravioleta. El espejo primario tiene 2,4 metros (7,9 pies) de diámetro y el espejo secundario tiene 0,3 metros (1,0 pies) de diámetro.
A continuación, hablaremos de lo que hace el Hubble con toda esa luz después de impactar en los espejos del telescopio.
Al observar las diferentes longitudes de onda, o el espectro de luz, de un objeto celeste, se pueden discernir muchas de sus propiedades. Para ello, el HST está equipado con varios instrumentos científicos. Cada instrumento utiliza dispositivos de carga acoplada (CCD) en lugar de películas fotográficas para capturar la luz. La luz detectada por los CCD se convierte en señales digitales, que se almacenan en ordenadores a bordo y se transmiten a la Tierra. Luego, los datos digitales se transforman en fotografías asombrosas. Veamos cómo cada instrumento contribuye a esas imágenes.
La Wide Field Camera 3 (WFC3) es uno de los principales instrumentos de imágenes del Hubble. Con dos canales, WFC3 captura luz ultravioleta e infrarroja, ampliando el alcance de observación del Hubble. Utiliza dos chips rectangulares distintos para sus canales ultravioleta/visible e infrarrojos. Junto con una amplia gama de filtros, WFC3 permite a los astrónomos obtener detalles intrincados sobre los objetos celestes, lo que la convierte en una actualización fundamental de la Cámara Planetaria y de Campo Amplio 2 (WFPC2) en la misión de larga data del Hubble.
A menudo, el gas y el polvo interestelares pueden bloquear nuestra visión de la luz visible de varios objetos celestes. No hay problema:el Hubble puede ver la luz infrarroja, o calor, de los objetos ocultos en el polvo y el gas. Para ver esta luz infrarroja, HST tiene tres cámaras sensibles que conforman la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro multiobjeto (NICMOS).
Además de iluminar un objeto celeste, la luz que emana de ese objeto también puede revelar de qué está hecho. Los colores específicos nos dicen qué elementos están presentes y la intensidad de cada color nos dice qué cantidad de ese elemento está presente. El espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) separa los colores entrantes de la luz de forma muy similar a como un prisma forma un arco iris.
Además de describir la composición química, el espectro puede transmitir la temperatura, la densidad y el movimiento de un objeto celeste. Si el objeto se está moviendo, la huella química puede desplazarse hacia el extremo azul (moviéndose hacia nosotros) o hacia el extremo rojo (alejándose de nosotros) del espectro. Desafortunadamente, el STIS se quedó sin energía en 2004. Fue reparado en 2009.
Durante una misión de servicio en febrero de 2002, los astronautas agregaron la Cámara Avanzada para Sondeos (ACS), duplicando el campo de visión del Hubble y reemplazando la Cámara de Objetos Débiles, que servía como teleobjetivo del HST.
El ACS, que ve luz visible, se instaló para ayudar a mapear la distribución de la materia oscura, detectar los objetos más distantes del universo, buscar planetas masivos y examinar la evolución de cúmulos de galaxias. Los científicos estimaron que duraría cinco años y, justo en el momento justo, una escasez de electricidad inutilizó dos de sus tres cámaras en enero de 2007.
El último instrumento a bordo del HST son sus sensores de guía fina (FGS), que apuntan el telescopio y miden con precisión las posiciones y diámetros de las estrellas, así como la separación de estrellas binarias. El Hubble tiene tres de estos sensores en total; dos para apuntar el telescopio y mantenerlo fijo en su objetivo, buscando estrellas "guía" en el campo HST cerca del objetivo. Cuando cada FGS encuentra una estrella guía, la fija y envía información al sistema de dirección HST para mantener esa estrella guía en su campo. Mientras dos sensores dirigen el telescopio, uno de ellos puede realizar mediciones astrométricas (posiciones de las estrellas). Las mediciones astrométricas son importantes para detectar planetas porque los planetas en órbita hacen que las estrellas madre se tambaleen a medida que se mueven por el cielo.
Ahora ya sabes cómo el Hubble toma todas esas fotografías. A continuación aprenderemos sobre la otra vida del Hubble como nave espacial.
Hubble no es sólo un telescopio con instrumentos científicos altamente especializados. También es una nave espacial. Como tal, debe tener potencia, comunicarse con el suelo y poder cambiar su actitud (orientación).
Todos los instrumentos y computadoras a bordo del HST requieren energía eléctrica. Dos grandes paneles solares cumplen esta responsabilidad. Cada panel en forma de alas puede convertir la energía del sol en 2.800 vatios de electricidad. Cuando el HST está a la sombra de la Tierra, la energía almacenada en las baterías a bordo puede sostener el telescopio durante 7,5 horas.
Además de generar energía, el HST debe poder hablar con los controladores en tierra para transmitir datos y recibir comandos para sus próximos objetivos. Para comunicarse, el HST utiliza una serie de satélites de retransmisión llamado sistema de satélites de retransmisión de datos y seguimiento (TDRS). Actualmente, hay cinco satélites TDRS en varios lugares del cielo.
El proceso de comunicación del Hubble también se ve favorecido por las dos computadoras principales que se colocan alrededor del tubo del telescopio, encima de las bahías de instrumentos científicos. Una computadora se comunica con el suelo para transmitir datos y recibir comandos. La otra computadora es responsable de dirigir el HST y varias funciones de limpieza. Hubble también cuenta con computadoras de respaldo en caso de una emergencia.
Pero, ¿qué se utiliza para recuperar datos? ¿Y qué pasa con esa información una vez recopilada? Cuatro antenas colocadas en el telescopio transmiten y reciben información entre el Hubble y el Equipo de Operaciones de Vuelo en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard en Greenbelt, MD. Después de recibir la información, Goddard la envía al Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Maryland, donde se traduce a unidades científicas como longitud de onda o brillo.
Descubra cómo navega el Hubble a continuación.
El Hubble gira alrededor de la Tierra cada 97 minutos, por lo que centrarse en un objetivo puede resultar difícil. Tres sistemas a bordo permiten que el telescopio permanezca fijo sobre un objeto:los giroscopios, los Sensores de Orientación Fina de los que hablamos en el apartado anterior y las ruedas de reacción.
Los giroscopios siguen los movimientos generales del Hubble. Al igual que las brújulas, detectan su movimiento y le indican a la computadora de vuelo que el Hubble se ha alejado del objetivo. Luego, la computadora de vuelo calcula cuánto y en qué dirección debe moverse el Hubble para permanecer en el objetivo. Luego, la computadora de vuelo dirige las ruedas de reacción para mover el telescopio.
Los sensores de orientación fina del Hubble ayudan a mantener el telescopio fijo en su objetivo al observar las estrellas guía. Dos de los tres sensores encuentran estrellas guía alrededor del objetivo dentro de sus respectivos campos de visión. Una vez encontradas, se fijan en las estrellas guía y envían información a la computadora de vuelo para mantener las estrellas guía dentro de su campo de visión. Los sensores son más sensibles que los giroscopios, pero la combinación de giroscopios y sensores puede mantener el HST fijo en un objetivo durante horas, a pesar del movimiento orbital del telescopio.
El HST no puede usar motores de cohetes o propulsores de gas para dirigirse como lo hacen la mayoría de los satélites, porque los gases de escape flotarían cerca del telescopio y nublarían el campo de visión circundante. En cambio, el HST tiene ruedas de reacción orientadas en las tres direcciones de movimiento (x/y/z o cabeceo/giro/guiñada). Las ruedas de reacción son volantes de inercia, como los que se encuentran en un embrague. Cuando el HST necesita moverse, la computadora de vuelo le indica a uno o más volantes en qué dirección girar y a qué velocidad, lo que proporciona la fuerza de acción. De acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton (para cada acción hay una reacción igual y opuesta), el HST gira en la dirección opuesta a los volantes hasta alcanzar su objetivo.
¿Hay algo que el Hubble no pueda hacer?
Aunque el HST es responsable de innumerables imágenes y descubrimientos increíbles, tiene algunas limitaciones.
Una de estas limitaciones es que el HST no puede observar el sol porque la intensa luz y el calor quemarían sus sensibles instrumentos. Por este motivo, el HST siempre apunta en dirección contraria al sol. Eso también significa que el Hubble tampoco puede observar Mercurio, Venus y ciertas estrellas cercanas al Sol.
Además del brillo de los objetos, la órbita del Hubble también restringe lo que se puede ver. A veces, los objetivos que a los astrónomos les gustaría que observara el Hubble se ven obstruidos por la propia Tierra mientras el Hubble orbita. Esto puede limitar el tiempo dedicado a observar un objeto determinado.
Por último, el HST pasa a través de una sección de los cinturones de radiación de Van Allen, donde las partículas cargadas de los vientos solares quedan atrapadas por el campo magnético de la Tierra. Estos encuentros provocan una alta radiación de fondo, que interfiere con los detectores de los instrumentos. Es imposible que el telescopio realice observaciones durante estos períodos.
A continuación, conozca lo que le depara el futuro al gran observatorio en el cielo.
Como ocurre con cualquier tecnología, persisten las dudas sobre la viabilidad futura del Hubble y su papel en la investigación espacial. Originalmente pensado para una misión de 15 años, ha superado las expectativas, gracias en parte a varias misiones de servicio realizadas por astronautas de la NASA. Estas misiones no solo repararon y reemplazaron equipos antiguos, sino que también mejoraron sus instrumentos, lo que permitió al Hubble permanecer a la vanguardia de la investigación astronómica.
La NASA no ha fijado una fecha de retirada definitiva para el Hubble. En cambio, se espera que continúe funcionando mientras sus instrumentos sigan funcionando y proporcionen datos valiosos. Sus continuas contribuciones, incluso en medio de incertidumbres, son un testimonio del impacto duradero de las misiones espaciales bien diseñadas y la resiliencia del espíritu humano para explorar y comprender nuestro universo.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST), que lleva el nombre del ex administrador de la NASA James Webb, estudia cada fase de la historia del universo. Desde su órbita aproximadamente a 1,6 millones de kilómetros (1 millón de millas) de la Tierra, el telescopio descubre información sobre el nacimiento de estrellas, otros sistemas solares y galaxias, y la evolución de nuestro propio sistema solar.
Para realizar estos fascinantes descubrimientos, el JWST se basa principalmente en cuatro instrumentos científicos:una cámara de infrarrojo cercano (IR), un espectrógrafo multiobjeto de infrarrojo cercano, un instrumento de infrarrojo medio y un generador de imágenes con filtro sintonizable.
Pero antes de pasar al JWST y olvidarnos del Hubble, tal vez este telescopio tan trabajador merezca un momento. Gracias a los incomparables descubrimientos del Hubble, se han hecho accesibles para el disfrute de todos imágenes cautivadoras de lo que hay más allá de la atmósfera de la Tierra. Desde una extraña alineación entre dos galaxias espirales hasta una poderosa colisión entre cúmulos de galaxias, el Hubble ha acercado un pedacito de cielo a casa.
Este artículo fue actualizado junto con tecnología de inteligencia artificial, luego verificado y editado por un editor de HowStuffWorks.
