Los nuevos telescopios espaciales gigantes de la NASA: solo puede quedar uno

por Daniel Marín

A cambio de no cancelar el programa del telescopio espacial James Webb (JWST) el Congreso de Estados Unidos le dio una orden muy simple a la NASA: «no superarás los ocho mil millones de dólares». Pero, cual Adán y Eva en el paraíso original, la NASA se ha visto incapaz de cumplir el mandato. Finalmente el James Webb despegará en 2020 y, sí, superará el tope sagrado de ocho mil millones (ahora mismo ya ha pasado los 7.300 millones). El incremento sin control del coste del JWST ha sido el causante de la cancelación o el retraso de varios proyectos de la división de astrofísica de la agencia espacial. A diferencia de la ESA u otras agencias, la NASA financia las misiones astronómicas de forma independiente, aunque eso no quita que haya otros proyectos que sirven para desarrollar este tipo de misiones (por ejemplo, el telescopio espacial Kepler es una misión de tipo Discovery, financiada por la división planetaria de la NASA). En cualquier caso, la sombra del James Webb es alargada y la NASA acaba de imponer un tope a los presupuestos de los estudios de los próximos telescopios espaciales gigantes que deben despegar más allá de 2030.

Concepto de telescopio espacial LUVOIR (NASA).

Estas misiones excepcionalmente caras son clasificadas como de tipo Flagship, aunque técnicamente esta denominación corresponde a la división de ciencias planetarias. El James Webb es obviamente una misión astrofísica de tipo Flagship, ¿pero cuáles serán las siguientes? Para la próxima década, además del JWST, la NASA planea lanzar a partir de 2026 el telescopio espacial WFIRST (que tendrá un espejo de 2,4 metros, como el del telescopio Hubble, más pequeño que los 6,5 metros del JWST). A pesar de los rumores de los últimos meses el proyecto sigue adelante, pero la administración Trump le ha dado un toque de atención importante. El proyecto no debe superar los 3.200 millones de dólares o será cancelado para evitar otra jameswebbiada. La aportación de la óptica de los militares de la NRO a la NASA incrementó el coste original del WFIRST hasta los 2.700 millones y, al mismo tiempo, redujo parcialmente su potencial científico (la óptica de los satélites espía no es exactamente la más idónea para estudiar la energía oscura del Universo). Para compensarlo se decidió añadir un coronógrafo para estudiar exoplanetas, pero el coste de este instrumento se ha disparado y la NASA estimó el año pasado que el WFIRST terminaría superando los 3.900 millones, algo que el gobierno quiere evitar a toda costa.

Telescopios espaciales actuales y de futura generación (NASA).

Comparativa entre el Hubble, WFIRST y JWST (NASA).

Más allá del WFIRST y de 2030 la NASA tiene cuatro grandes telescopios espaciales en fase de diseño preliminar: LUVOIR, HabEx, Lynx y OST. Los cuatro observatorios cubren la mayor parte del espectro electromagnético y recuerdan a la flota original de cuatro telescopios espaciales que la NASA construyó en los años 70 y 80: el Hubble (HST) para el ultravioleta, visible e infrarrojo cercano, el Compton (GRO) para los rayos gamma, el Chandra (AXAF) para los rayos X y el Spitzer para el infrarrojo. Estos cuatro observatorios revolucionaron la astrofísica moderna, de ahí que la comunidad científica quiera seguir disponiendo de instrumentos punteros en el espacio que cubran longitudes de onda que nunca podrán ser accesibles por los observatorios terrestres por culpa de la atmósfera.

De izquierda a derecha: HabEx, LUVOIR y OST (NASA).

LUVOIR (Large UV/Optical/InfraRed Surveyor) es un telescopio espacial de gran tamaño que debe suceder al Hubble. Es una propuesta superviviente de entre muchas otras parecidas como ATLAST o HDST. Tendrá un espejo principal segmentado que usará la tecnología del James Webb, pero llevada a una nueva dimensión, con un tamaño de 15 o 9 metros (el diseño favorito es el más pequeño por motivos obvios). Como su nombre indica, observará en el ultravioleta, visible e infrarrojo cercano (de 105 nanómetros hasta las 2,5 micras), por lo que se trata de un telescopio de uso genérico comparable al Hubble (el James Webb o el WFIRST no se pueden considerar verdaderos sucesores del Hubble). LUVOIR será simplemente espectacular. Podrá ver objetos celestes con una resolución apabullante. La carga instrumental estaría formada por una cámara de alta definición, un espectrómetro visible e infrarrojo, el espectrómetro ultravioleta LUMOS (UV Multi-object Spectrograph) y el espectropolarímetro ultravioleta de alta resolución Pollux (desarrollado por el CNES francés). Además, y para aumentar el retorno científico con respecto a los grandes telescopios terrestres, LUVOIR podría incorporar un coronógrafo para el análisis detallado de planetas extrasolares. En la versión de 15,1 metros LUVOIR sería lanzado por un SLS Block 2, mientras que la variante de 9,2 metros podría emplear cualquier lanzador convencional que use una cofia de 5 metros de diámetro. LUVOIR estaría situado en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol (ESL-2).

Vista posterior de la sección de instrumentos (NASA).

Simulación de la resolución que alcanzará LUVOIR (derecha) comparado con el Hubble (NASA).

LUVOIR podrá ver detalles incluso en la superficie de Plutón y tendrá más resolución en Júpiter que Juno (NASA).

Configuración de lanzamiento de LUVOIR (NASA).

Así vería LUVOIR el sistema solar en otra estrella cercana (NASA).

Mientras que LUVOIR estudiará todo aquello que esté más allá de la atmósfera terrestre, HabEx (Habitable Exoplanet Imaging Mission) es una fascinante misión centrada en el estudio de los exoplanetas. HabEx será un telescopio espacial con un espejo primario monolítico de cuatro metros de diámetro dotado de un coronógrafo con un espectrómetro y una cámara. Funcionará en las longitudes de onda que van desde el ultravioleta al infrarrojo cercano (120 nanómetros a 1,8 micras) y será capaz de ver directamente y analizar planetas potencialmente habitables. Obtendrá espectros de las atmósferas de los mismos y, con suerte, será capaz de detectar la presencia de oxígeno y ozono gracias a su espectrógrafo ultravioleta de alta resolución (UVS). La cámara HWC (HabEx Workhorse Camera) permitirá aprovechar el potencial del telescopio para observar todo tipo de objetos astronómicos, no solo exoplanetas. Como curiosidad, el espejo primario no estará obstruido por el secundario, ya que HabEx usará un diseño con una óptica fuera de eje. En la fase de diseño actual no se descarta un espejo primario de 6,5 metros, aunque las posibilidades de que esta variante salga adelante son muy bajas.

Telescopio HabEx para el estudio de exoplanetas (NASA).

Así vería directamente HabEx la Tierra y otros planetas del sistema solar gracias a su coronógrafo (NASA).

Diseño de HabEx (NASA).

Cobertura espectral de los instrumentos de HabEx (NASA).

Óptica de HabEx (NASA).

HabEx será más sencillo y barato que LUVOIR, pero para poder analizar en profundidad las atmósferas de planetas rocosos de pequeño tamaño potencialmente habitables debería usarse en conjunción con un ocultador externo denominado Starshade. HabEx combina así las conclusiones de las propuestas de bajo coste Exo-S y Exo-C, a su vez herederas de los proyectos TPF-I y TPF-C de la pasada década. El Starshade tendría un diámetro de 72 metros —casi el doble del inicialmente previsto en la propuesta Exo-S— y sería lanzado conjuntamente con HabEx mediante un SLS Block 1B (se podrían lanzar por separado, claro está). HabEx y Starshade operarían en el punto L2, pero a unos 124.000 kilómetros de distancia entre ellos. El Starshade es un proyecto independiente que podría ser usado por el James Webb, el WFIRST o el propio LUVOIR para estudiar las atmósferas de exoplanetas, aunque evidentemente está optimizado para HabEx.

HabEx usaría el Starshade para analizar las atmósferas de exoplanetas (NASA).

Prototipo de Starshade (NASA).

Despliegue tradicional del Starshade (NASA).

Dos propuestas para el despliegue del Starshade (NASA).

HabEX estudiaría 110 estrellas usando el coronógrafo para buscar mundos habitables, incluyendo estrellas de tipo solar como Tau Ceti o Épsilon Eridani. Se estima que podrá encontrar unos noventa planetas rocosos, entre ellos doce exotierras (además de cerca de doscientos planetas gigantes). Los mundos más prometedores podrán ser analizados en profundidad con el Starshade en busca de biomarcadores.

Así vería HabEx el espectro de la atmósfera de un planeta similar a la Tierra (NASA).+

Estrellas que observará HabEx (NASA).

El tercer gran telescopio espacial es el OST (Origins Space Telescope). Origins es un telescopio espacial con un espejo primario segmentado de 9,1 metros que observará el infrarrojo medio y lejano para. Técnicamente será más bien un sucesor —o complemento— del James Webb. Cubrirá la región del espectro comprendida entre las 5 y 660 micras, lo que permitirá rellenar el vacío observacional que existirá entre el JWST y observatorios de microondas como ALMA. Tendrá cinco instrumentos (MISC, MRSS, FIP, HERO y HRS) y usará refrigeración pasiva como el JWST para alcanzar una temperatura de 4 kelvin. También sería lanzado por el SLS y estaría situado en el punto L2. Ante el riesgo de que el proyecto pueda terminar siendo demasiado caro se está estudiando un diseño alternativo con un espejo monolítico de 5,9 metros.

Propuesta de telescopio espacial infrarrojo Origins con un espejo de 9 metros (NASA).

Variante de diseño del OST con un espejo monolítico de 6 metros (NASA).

Por su parte Lynx se centrará en el lado más energético del espectro. Lynx es un gran telescopio de rayos X, el verdadero sucesor de Chandra. Alcanzará una resolución de 0,5 segundos de arco, todo un desafío para un telescopio de óptica rasante de rayos X. El principal inconveniente de este observatorio es que muchos de sus objetivos se lograrán con el telescopio Athena de la ESA. Athena se lanzará en 2028 y cubrirá diez veces el área de Chandra y tendrá una resolución espectral cien veces mayor. No obstante, Lynx estudiará los agujeros primordiales del Universo y sus galaxias, así como todos los fenómenos más energéticos del cosmos. La sensibilidad de Lynx será 50 veces superior a la de Chandra y será un telescopio con un diámetro de 3 metros y una focal de 10 metros, aunque se está estudiando una versión de 6 x 20 metros. A diferencia de los otros telescopios podrá ser lanzado por un vector convencional. Estará situado en el punto L2 o en una órbita de resonancia 2:1 con la Luna.

Telescopio espacial de rayos X Lynx (NASA).

Óptica de Lynx (NASA).

Detalles de la óptica e instrumentación de Lynx (NASA).

Como decíamos, la NASA no quiere que estos proyectos se conviertan en sumideros de dinero y ha decidido limitar su coste antes de que sean aprobados formalmente. Por tanto, ninguno de los estudios de estos cuatro conceptos, que se iniciaron en 2016, podrá superar una cifra comprendida entre 3 y 5 mil millones de dólares, dependiendo del proyecto. Estos cuatro observatorios son alucinantes, pero mucho me temo que solo podremos ver uno. O mejor dicho, uno por década como máximo. ¿Cuál debe ser el prioritario?

LUVOIR es el más espectacular, aunque el riesgo de que se convierta, presupuestariamente hablando, en un James Webb 2.0 es más que obvio. LUVOIR revolucionaría la astrofísica moderna, pero no puede decirse lo mismo de OST y Lynx, no porque sean malos proyectos, ni mucho menos, sino porque sus prestaciones se solapan con otras misiones (el JWST y ALMA en el caso de OST y Athena en el caso de Lynx). Lynx tiene a su favor ser el concepto más barato de los cuatro. HabEx es una apuesta arriesgada. Aunque también observaría todo tipo de objetos astronómicos, obviamente se centraría en los exoplanetas. Si descubre ozono y otros biomarcadores en la atmósfera de una exotierra HabEx podría pasar a la historia como la misión espacial más famosa de todos los tiempos. Pero si no descubre nada relevante sería una pequeña decepción (pequeña porque un descubrimiento negativo es un descubrimiento al fin y al cabo). Yo personalmente no me quiero ir de este mundo sin saber si hay un exoplaneta potencialmente habitable aquí cerca, así que mi voto —personal e intrascendente— va para HabEx.

Fuente: danielmarin.naukas.com