Adiós al telescopio espacial Spitzer

Por Daniel Marín

No todos los días se tiene que apagar un telescopio espacial porque ha funcionado mejor y durante más tiempo de lo previsto. Y eso es lo que le ha pasado al telescopio espacial Spitzer (SIRTF) de la NASA. El día 30 de enero de 2020 a las 22:30 UTC se recibió en el control de tierra la última señal del satélite. Spitzer se había «suicidado robóticamente» —o sea, se apagó a sí mismo— a las 22:15 UTC, pero, debido a la distancia que se encuentra de la Tierra, la señal tardó casi un cuarto de hora en llegar a nuestro planeta. Ya inactivo, Spitzer seguirá en órbita solar durante millones y millones de años y hasta es posible que en el futuro lo confundamos con algún asteroide cercano, como ha ocurrido con otros objetos lanzados por el ser humano que han pasado otra vez por las cercanías de la Tierra.

El telescopio espacial Spitzer (SIRTF) ya es historia (NASA).

Spitzer nació a principios de los años 70 como el proyecto SIRTF (Shuttle InfraRed Telescope Facility) —pronunciado sertif—, una propuesta de un grupo de investigadores del Centro Ames de la NASA liderado por Fred Witteborn. Como su nombre indica, el proyecto consistía originalmente en un telescopio infrarrojo que se llevaría en la bodega de carga del transbordador espacial durante algunas misiones. El telescopio no se pondría en órbita y permanecería en la bodega, regresando a la Tierra después de cada misión. La razón de esta decisión, aparentemente absurda, es que SIRTF era un telescopio infrarrojo. Para detectar este tipo de radiación electromagnética que emiten los cuerpos celestes, los telescopios infrarrojos deben estar refrigerados a temperaturas criogénicas. De no ser así, los sensores quedarían cegados por el «brillo» infrarrojo —o sea, el calor— emitido por el propio telescopio. Para lograr enfriar el telescopio por debajo de los 20 kelvin lo más sencillo es usar helio líquido, pero el problema es que el helio se termina calentando, limitando por tanto, la vida útil de un telescopio espacial infrarrojo de forma dramática.

Propuesta de principio de los 80 de SIRTF como plataforma de observación en el transbordador (NASA).

Una de las propuestas iniciales de 1971 que daría lugar a SIRTF (NASA).

Por ejemplo, el primer telescopio espacial infrarrojo, el IRAS (Infrared Astronomical Satellite), lanzado en enero 1983, apenas tuvo una vida útil de diez meses, precisamente hasta que se terminó el suministro de helio líquido. Sin embargo, IRAS revolucionó la astronomía moderna al mostrarnos por primera vez cómo era el todo el cielo en el infrarrojo (los observatorios terrestres solo pueden ver, en determinadas condiciones, el infrarrojo cercano, ya que el vapor de agua de nuestra atmósfera bloquea el resto de esta región del espectro). SIRTF compensaría el poco tiempo de observación continuado —unas dos semanas por misión— con la alta frecuencia de vuelos que, por entonces, se esperaba que tendría el shuttle. Primero se planeó usar un espejo primario de 1,5 metros de diámetro, aunque luego se rebajó a 1 metro.

Distintas propuestas de SIRTF de los años 70 (NASA).

En los años 70 hubo cierta polémica sobre si lanzar el telescopio acoplado a la bodega del transbordador o permitir que flotase libremente duramente durante la misión. Porque lo cierto es que el transbordador no era la mejor plataforma para observaciones astronómicas: las vibraciones, cambios continuos de posición y efecto del escape de los motores de maniobra conspiraban para crear un ambiente de trabajo poco recomendable. Pero una plataforma de vuelo libre era mucho más cara que una fija, así que al final se optó por mantener el telescopio dentro de la bodega de carga. Finalmente, en 1983 se decidió que SIRTF emplearía un espejo de 90 centímetros de diámetro que observaría en las longitudes de onda de 2 a 200 micras.

Diseño final de SIRTF de 1983 como telescopio situado en el transbordador espacial (NASA).

Pero justo cuando el diseño de SIRTF estaba casi finalizado se abrió la oportunidad de ampliar el proyecto para que fuese mucho más ambicioso. Efectivamente, en 1984 comenzó el proceso para reconvertir el telescopio en un satélite independiente del transbordador espacial como parte de la iniciativa de la NASA de crear diferentes Grandes Observatorios Espaciales: Hubble/HST (ultravioleta y visible), AXAF (rayos X) y GRO (rayos gamma), estos dos últimos conocidos posteriormente como Chandra y Compton. SIRTF pasaría a ser un cuarto telescopio espacial que cubriría las longitudes de onda del infrarrojo, fundamentales para desentrañar los procesos de formación estelar y planetaria, entre otros fenómenos astrofísicos. El nombre del telescopio también sufrió cambios y, aunque se mantuvo el acrónimo SIRTF, se sustituyó la referencia al transbordador. El observatorio sería ahora Space InfraRed Telescope Facility.

Diseño de SIRTF de 1990 (NASA).

Evolución del diseño de Spitzer/SIRTF de 1990 a 2003 (NASA).

La decisión de construir un observatorio independiente trajo consigo más retrasos y sobrecostes, puesto que el nuevo satélite no estaría listo antes de finales de los 90. En 1989 el proyecto pasó a estar a cargo del JPL y se decidió estudiar la posibilidad de lanzarlo mediante un cohete convencional (EELV) en vez del transbordador con el objetivo de reducir costes. Se pensó usar un cohete Titán IV de la USAF, pero este lanzador era demasiado caro, así que se rediseñó el telescopio para hacerlo más ligero (hasta en un 30%) y permitir así que despegase a bordo de un cohete Atlas, más barato. Pese a todo, el coste de SIRTF seguía siendo muy alto, de 1200 millones de dólares (de principios de los 90), más de la mitad del agujero negro que en su época fue el telescopio espacial Hubble (2000 millones de dólares de entonces). Una de las víctimas de la dieta de adelgazamiento de SIRTF fue el espejo primario, que pasó a tener un diámetro de 85 centímetros, 10 centímetros menos de lo planeado.

Diseño de SIRTF de finales de los 90 (NASA).

Reducción del tamaño de Spitzer/SIRTF gracias al uso de la refrigeración pasiva (NASA).

En 1992 también se tomó la decisión de lanzar el telescopio en órbita solar en vez de en una órbita terrestre muy alta. Paradójicamente, esto permitió aligerar aún más el telescopio, ya que, al estar lejos del calor de la Tierra —que podía llevar a alcanzar temperaturas de 23 ºC— la nave no tendría que transportar tantas reservas de helio para refrigerar la óptica. La temperatura de equilibrio en la nueva órbita sería significativamente menor, de solo -238 ºC (35 kelvin). Además, el campo de visión del telescopio aumentaría dramáticamente, aunque, por otro lado, las comunicaciones serían mucho más caras y lentas, puesto que ahora el observatorio debería usar la red de espacio profundo de la NASA (DSN). También se introdujo en el diseño una novedosa técnica de refrigeración pasiva que empleaba varias capas de material aislante para reducir la temperatura del detector sin necesidad de emplear tanto refrigerante. El propio panel solar —capaz de generar un mínimo de 400 vatios— serviría de escudo solar para enfriar el telescopio. De esta forma se pudo reducir la cantidad de helio, de cuatro toneladas a tan solo 920 kg.El espejo primario de Spitzer/SIRTF (Ball Aerospace).

Diseño final de SIRTF (NASA).

Gracias al uso de refrigeración pasiva, únicamente los instrumentos estarían dentro del criostato de helio a una temperatura de 1,5 kelvin. Una vez en órbita solar, el telescopio se enfriaría durante un mes hasta alcanzar la temperatura de equilibrio. El helio que se fuera evaporando del criostato se emplearía para bajar la temperatura de la óptica del telescopio hasta los 5,5 kelvin. Como comparación, el tanque de helio del IRAS y de las primeras versiones de SIRTF rodeaba tanto el telescopio como los instrumentos, por lo que se necesitaba —proporcionalmente— una mayor cantidad de refrigerante. En 1994 el proyecto se redujo todavía más de acuerdo con la nueva iniciativa «más rápido, mejor y más barato» del administrador de la NASA Dan Goldin. La masa del satélite pasó de 2460 kg a tan solo 750 kg, con unas reservas de helio 250 kg. Como contrapartida, la región del espectro a observar también se redujo a una banda de 3,6 a 160 micras. Este nuevo diseño permitió que SIRTF fuese lanzado en un Delta II, el cohete más barato que la NASA tenía en servicio. El coste total del programa no debía superar los 500 millones de dólares.

Criostato de Spitzer/SIRTF (NASA).

Partes de Spitzer/SIRTF en su diseño final (NASA).

Spitzer/SIRTF durante la construcción (NASA).

Este nuevo SIRTF «aligerado» era mucho más barato y eficiente, con un coste estimado de 450 millones de dólares (sin contar todo el dinero ya gastado en las versiones anteriores, claro). El diseño final de 1997 tendría una masa total de 865 kg y unas reservas de helio de 360 kg. Para cuando fue lanzado, la masa había aumentado a 923 kg, mientras que las dimensiones serían de 4,45 metros de largo y 2,1 metros de diámetro. El telescopio dispondría de tres instrumentos: IRAC (Infrared Array Camera) —una cámara para el infrarrojo cercano que trabajaba en cuatro canales de 3,6 a 8 micras—, IRS (Infrared Spectrograph) —un espectrógrafo infrarrojo— y MIPS (Multiband Imaging Photometer for Spitzer) —un fotómetro infrarrojo—. El instrumento estrella de cara al público era la cámara IRAC, que permitiría obtener imágenes en infrarrojo con una resolución jamás vista —diez veces mejor que IRAS— gracias al espejo primario de 85 centímetros construido en berilio. SIRTF usaría además dos volantes de inercia y propulsores de nitrógeno para apuntar a la zona del cielo deseada, mientras que la orientación contaría con la ayuda de dos sensores estelares. El contratista principal del satélite sería Lockheed-Martin, mientras que la óptica correría a cargo de Ball Aerospace.

Instrumentos de Spitzer/SIRTF (NASA).

Spitzer/SIRTF completo (NASA).

Durante el desarrollo aparecieron diversos problemas de construcción y de software que obligaron a posponer la fecha de lanzamiento de 2001 a 2003. Después de décadas de vicisitudes y cambios de diseño, SIRTF fue lanzado el 25 de agosto de 2003 a las 05:35 UTC desde Cabo Cañaveral mediante un Delta II 7920H, convirtiéndose así en el único de los cuatro Grandes Observatorios de la NASA que no usaría el transbordador espacial para alcanzar el espacio. Tras alcanzar su posición en órbita solar detrás de la Tierra y después de llevar a cabo las pruebas pertinentes, SIRTF comenzó sus observaciones científicas el 18 de diciembre de 2003. Ese mismo mes la NASA decidió bautizar el telescopio como Spitzer, en honor al físico estadounidense Lyman Spitzer, uno de los principales defensores de la astronomía espacial y una figura fundamental a la hora de sacar adelante una propuesta de telescopio espacial que, con el tiempo, se convertiría en el Hubble.

Spitzer/SIRTF antes del lanzamiento (NASA).

Lanzamiento de Spitzer/SIRTF (NASA).

Durante seis años Spitzer observó el cielo en infrarrojo ofreciendo imágenes y datos espectaculares que aún tardarán décadas en ser analizados. Como todo telescopio infrarrojo, Spitzer sufrió su primera muerte cuando se acabó el suministro de helio (el 15 de mayo de 2009). Sin embargo, gracias al uso de la refrigeración pasiva, Spitzer pudo seguir observando el infrarrojo cercano, aunque únicamente un instrumento siguió activo: la cámara IRAC, y solo en las bandas de 3,6 y 4,5 micras. Esta nueva fase de la misión recibió el nombre de «Misión Templada de Spitzer» (Spitzer Warm Mission).

La galaxia M81 vista por Spitzer (NASA).

La región del centro galáctico visto por Spitzer (NASA).

M104, la «galaxia del sombrero» (NASA).

La región de formación estelar Rho Ophiuchi (NASA).

M51 (NASA).

La nebulosa de Norteamérica (NASA).

No obstante, Spitzer siguió alejándose de la Tierra en su órbita solar. En 2016 dio comienzo la «Fase Más Allá» (Beyond Phase), durante la cual existía una alta probabilidad de que el telescopio dejase de funcionar. Pero no lo hizo. En 2019 las comunicaciones con la Tierra ya eran tan lentas y costosas que, simplemente, ya no valía la pena seguir operando el telescopio. Como consecuencia, la NASA decidió desactivar el observatorio espacial que se resistía a morir, aunque el plan inicial era esperar a que el telescopio James Webb estuviese activo antes de apagarlo. En estos más de dieciséis años de servicio Spitzer ha tomado cerca de 36,5 millones de imágenes y nos ha mostrado un Universo fascinante. Sus campos de estudio han sido, especialmente, las regiones de formación estelar, galaxias lejanas y, de forma sorprendente, los exoplanetas. Cuando se lanzó nadie esperaba que Spitzer pudiera ofrecer tantos datos directos sobre planetas extrasolares, pero así ha sido. El año que viene, el James Webb, con un espejo primario de más de seis metros y que solo empleará refrigeración pasiva, tomará el relevo de Spitzer para observar el cielo en infrarrojo. Claro está, siempre que su lanzamiento no se retrase todavía más, algo altamente probable.

Recordando el observatorio Spitzer (NASA).

Fuente:   danielmarin.naukas.com

Centaurus, Chimera y MANTIS, tres propuestas de misiones para estudiar los asteroides y los misteriosos centauros

Por Daniel Marín

Vivimos una era de oro de exploración espacial gracias a la pléyade de misiones espaciales que están estudiando distintos objetivos del sistema solar. Curiosamente, muchos de esos objetivos son cuerpos menores: asteroides, cometas, objetos del cinturón de Kuiper y planetas enanos. Estos cuerpos, aparentemente poco interesantes comparado con planetas y lunas, son en realidad fundamentales a la hora de entender los caóticos procesos de formación del sistema solar. Hace décadas pensábamos que los cuerpos menores, a excepción de los cometas, se habían formado en las regiones en las que se encuentran actualmente, pero hoy sabemos que el movimiento de los planetas gigantes durante el origen del sistema solar tuvo como consecuencia la mezcla de estos cuerpos de una forma que todavía no entendemos del todo bien.

Recreación de la sonda Quimera estudiando el centauro SW1 (NASA).

La sonda Dawn estudió en detalle los dos miembros más grandes del cinturón de asteroides, Ceres y Vesta, mientras que en el futuro la sonda Psyche analizará el asteroide metálico homónimo y la misión Lucy investigará varios asteroides troyanos, situados en la órbita de Júpiter, para dilucidar su naturaleza. Todas ellas son misiones de tipo Discovery, las más baratas —unos 450 millones de dólares— de entre todas las misiones planetarias de la NASA. La agencia espacial planea elegir otras dos misiones de este tipo dentro de poco y entre las sondas candidatas tenemos al menos tres dedicadas al estudio de cuerpos menores.

MANTIS (NASA).

La primera de ellas es MANTIS. Desarrollada por el Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, MANTIS (Main-belt Asteroid and NEO Tour with Imaging and Spectroscopy) planea visitar nada más y nada menos que 14 asteroides, incluyendo 50 Virginia (de 85 kilómetros de diámetro) o 2011 UB256, un troyano marciano de apenas 300 metros. El objetivo principal de MANTIS es comprobar una hipótesis sobre la formación del cinturón de asteroides que ha ganado popularidad en la última década. Según esta teoría, la mayoría de asteroides del cinturón provienen de un número relativamente pequeño de protoplanetas de cien kilómetros de diámetro (como ya se sabe desde hace décadas, estos protoplanetas no pudieron formar cuerpos más grandes por culpa de las perturbaciones gravitatorias de Júpiter).

Diseño de MANTIS (NASA).

Colisiones posteriores entre estos protoplanetas generarían la mayoría de asteroides del cinturón principal que observamos en la actualidad. Esta hipótesis se basa en que, a pesar de que hay miles de cuerpos en el cinturón principal, existen pocas familias de asteroides con una composición parecida. MANTIS sobrevolará asteroides miembros de ocho familias para analizar su composición mediante una cámara y un espectrómetro infrarrojo avanzado. De esta forma, comprobará hasta qué punto la composición de estos asteroides es similar y, por tanto, si la teoría de los protoplanetas de cien kilómetros —conocida como born big— es correcta o no. MANTIS tendría una masa de unos 600 kg en seco y dos paneles solares de 9 metros cuadrados en total, con un diseño basado en el de las sondas MESSENGER y STEREO. Su cámara principal MALORRI (MAntis LOng-Range Reconnaissance Imager) de alta resolución está basada en la LORRI de la New Horizons. El espectrómetro infrarrojo de alta resolución, el núcleo de la misión, se denomina SHRIMP (SWIR/NIR Hyperspectral Reflectance Imager for Mineralogy and Petrology) y está basado en el instrumento CRISM de la sonda marciana MRO. Estará complementado por el radiómetro infrarrojo MUST-IR (MUltiSpectral Thermal InfraRed) y el sensor de partículas interplanetarias MANDI, un instrumento basado en el sensor de polvo CDA de la Cassini. Otro objetivo principal de la misión es estudiar el agua de los asteroides y dilucidar si los océanos terrestres vienen de los asteroides como parece.

Instrumentos de MANTIS (NASA).

Más allá de los asteroides, otras dos propuestas de misiones Discovery se centran en los centauros, la última población de cuerpos del sistema solar pendientes de estudiar (los asteroides troyanos tampoco han sido analizados en profundidad, pero la sonda Lucy ya se encargará de ellos). Los centauros son cuerpos menores con órbitas muy excéntricas e inestables que cruzan las de los planetas gigantes. Cuando se descubrieron se pensaba que eran una especie de «eslabón perdido» entre los asteroides y cometas. O sea, sus órbitas parecían ser cometarias, pero no presentaban actividad. Más adelante se descubrió que algunos estaban activos y tenían a su alrededor comas de polvo y volátiles, lo que reforzó esta opinión. El nombre «centauro» refleja esa doble naturaleza que chocaba a los astrónomos de antaño y que hoy sabemos falsa en tanto en cuanto no existen fronteras claras entre «asteroides» y «cometas».

Distintas familias de cometas y los centauros (NASA).

Los centauros son objetos del cinturón de Kuiper perturbados (NASA).

En realidad, hoy se cree que los centauros son miembros del disco disperso del cinturón de Kuiper. Recordemos que los objetos del cinturón de Kuiper son cometas, que no es otra cosa que cuerpos con mayor cantidad de volátiles —es decir, hielos— que los asteroides (insistimos, no hay una frontera clara entre ambas clasificaciones). Estos cuerpos se formaron más cerca de donde se encuentran hoy en día, pero la migración de Neptuno hacia el exterior del sistema solar, empujado a su vez por Saturno y Júpiter, provocó el alejamiento de los mismos. Parte de estos objetos fueron catapultados hacia el exterior del sistema solar para formar la nube de Oort, mientras que otros formaron el cinturón de Kuiper-Edgeworth y otros el disco disperso, estos últimos con órbitas más excéntricas e inestables. Los centauros provendrían de esta última familia. Con el tiempo, la implacable dinámica celeste nos dice que los centauros serán expulsados por los planetas gigantes fuera del sistema solar o hacia la nube de Oort; o bien se terminarán convirtiendo en cometas de periodo corto de la familia de Júpiter, como el 67P/Churyumov-Gerasimenko, visitado por la sonda europea Rosetta.

Algunas órbitas de centauros (https://www.lunarplanner.com/~lunarpla/asteroids-centaurs/index.html).

A diferencia de los cuerpos del cinturón de Kuiper como 2014 MU69 (ahora conocido como Arrokoth, antes Ultima Thule), visitado por la sonda New Horizons, los centauros son relativamente fáciles de visitar con un artefacto humano al estar mucho más cerca. Los centauros son los objetos menos evolucionados que podemos encontrar dentro de la órbita de Neptuno, de ahí su interés, y además arrojarán luz sobre los procesos de migración planetaria de formación del sistema solar. El satélite Febe de Saturno podría ser un centauro capturado.

2014 MU69, un objeto del cinturón de Kuiper visitado por New Horizons. Antes Ultima Thule, ahora denominado Arrokoth (NASA).

Para la próxima misión Discovery, dos equipos de investigadores han propuesto misiones a los centauros. La primera propuesta es un proyecto conjunto del JPL y el SwRI y se llama, sorpresa, Centaurus. Entre el equipo de investigadores se encuentra nada más y nada menos que Alan Stern, el investigador principal de la New Horizons. Los objetivos de esta misión son los centauros 2060 Quirón y 29P/Schwassmann-Wachmann 1 (SW1). Ambos cuerpos presentan una actividad notable. De hecho, SW1 es el centauro más activo, mientras que Quirón es el segundo centauro más grande después de 10199 Cariclo y, al igual que este último, podría tener anillos. El tamaño de estos cuerpos (220 kilómetros para Quirón y 50 kilómetros para SW1) los sitúa entre objetos del cinturón de Kuiper como Arrokoth y Plutón. Centaurus usaría paneles solares y despegaría entre 2026 y 2029, mientras que el contratista principal es Lockheed-Martin.

Póster de la misión Centaurus (https://twitter.com/AstroBioProf).

Tamaños de Quirón y SW1 comparado con Arrokoth y el cometa 67P (NASA).

La otra propuesta se llama Quimera —la quimera mitológica estaba formada por partes de distintos animales, como los centauros— y es un tanto más modesta porque solo visitaría un centauro, SW1. A cambio, Quimera sería capaz de orbitar SW1 durante dos años gracias a una resonancia orbital que solo se da cada medio siglo (la próxima resonancia sería en 2083). Una vez completada la misión orbital, Quimera podría dirigirse hacia un cometa de periodo corto de la familia de Júpiter. Para alcanzar SW1, Quimera sobrevolaría Júpiter y el cometa 31P/Schwassmann-Wachmann 2.

Logo de Quimera (NASA).

Quimera estudiará un centauro (NASA).

Estas tres propuestas son solo una muestra de las múltiples enviadas para las dos próximas misiones Discovery, así que nada garantiza que salgan adelante. No obstante, el estudio de los centauros me parece apasionante. Esperemos que alguna de ellas sea aprobada.

Fuente:  danielmarin.naukas.com

HabEx: un telescopio espacial para descubrir exoplanetas habitados

Por Daniel Marín

Una de las mayores frustraciones de la ciencia moderna es que disponemos de la tecnología para buscar vida en planetas extrasolares, pero, desgraciadamente, todavía tendremos que esperar un tiempo para tener listas las herramientas adecuadas. Y una de esas herramientas podría ser HabEx, un telescopio espacial destinado a buscar signos de vida —biomarcadores— en otros planetas similares a la Tierra. La NASA planea lanzar en los años veinte el telescopio James Webb y, si no es cancelado antes, el WFIRST. Pero, ¿y más allá? La comunidad científica ha propuesto LUVOIR, un telescopio espacial gigante que sería el verdadero sucesor del Hubble (el James Webb no es su sucesor porque trabajará en el infrarrojo y el WFIRST estará dedicado principalmente a estudios de gran campo —surveys— y exoplanetas). Pero LUVOIR es demasiado ambicioso y caro, por lo que, ante la competencia de los futuros grandes observatorios terrestres, no sería de extrañar que no saliese adelante o se convirtiese en un proyecto mucho más modesto.

HabEx con Starshade (NASA/HabEx).

Uno de los objetivos de LUVOIR es, por supuesto, el estudio de exoplanetas, pero, al tratarse de un observatorio genérico, también deberá estudiar todo tipo de objetos y fenómenos astronómicos. Por contra, HabEx dedicará la mitad de su tiempo de observación a los exoplanetas. HabEx (Habitable Exoplanet Observatory) es una propuesta de telescopio espacial con un espejo primario de 4 metros de diámetro, superior al Hubble o al WFIRST (2,4 metros), pero inferior al James Webb (6,5 metros) o, por supuesto, el enorme LUVOIR (8 o 15 metros). HabEx ha sido concebido para que, en el plazo de cinco años, tenga un 98,6% de probabilidades de detectar y estudiar en detalle un planeta del tamaño de la Tierra situado en la zona habitable de una estrella de tipo solar. O sea, lo que viene siendo estudiar una auténtica exotierra.

Planetas que podrá descubrir y estudiar en detalle HabEx durante los cinco años de su misión primaria (NASA/HabEx).

Y cuando decimos estudiar no hablamos de determinar su órbita, masa o tamaño, que son los parámetros que nos pueden dar los métodos del tránsito o de la velocidad radial, actualmente los más empleados para descubrir nuevos exoplanetas. Hablamos de obtener un espectro de alta resolución con el fin de averiguar si hay vida en un planeta. HabEx descubrirá cerca de doscientos exoplanetas durante los cinco años que durará su misión primaria. Entre ellos, será capaz de obtener espectros detallados de unas ocho exotierras. Para que nos hagamos una idea de su potencia, HabEx nos mostraría un posible sistema solar cercano tal que así:

Simulación de un hipotético sistema estelar alrededor de una estrella de tipo solar situado a 28 años luz. Los puntos son cinco planetas: ‘a’ sería una exotierra, mientras que ‘b’, ‘c’ y ‘d’ serían planetas gigantes y ‘e’ un neptuno situado más cerca que el nuestro. También se aprecia un cinturón de Kuiper denso (anillo exterior) y el polvo interplanetario zodiacal interior (pegado a la estrella) (NASA/HabEx).

Posibles espectros de los cinco mundos de la imagen anterior (NASA/HabEx).

Los cinco mundos de ese hipotético sistema estelar se aprecian claramente como cinco puntitos alrededor de su estrella. Esto permitiría obtener espectros de las atmósferas de los cinco mundos. Y, en el caso de que alguno fuese similar a la Tierra, seríamos capaces de identificar la marca espectral del agua, del oxígeno y del ozono, tres biomarcadores que, en conjunto, señalarían un mundo potencialmente habitado. Si, además, se trata de un mundo océano, podríamos detectar el reflejo de la luz estelar en las aguas del mismo. Simplemente impresionante. Eso sí, HabEx solo obtendría espectros detallados de exotierras situadas a menos de unos 50 años luz de distancia.

Características de las atmósferas de distintos tipos de planetas (NASA/HabEx).

El espectro de la atmósfera terrestre (NASA/HabEx).

Espectro de una exotierra obtenido por HabEx (NASA/HabEx).

HabEx podría detectar el reflejo de la luz estelar en los océanos de una exotierra (NASA/HabEx).

Cierto es que, para obtener estos espectros, HabEx hará «trampa». O, mejor dicho, no podrá obtener espectros tan detallados de mundos tan pequeños en solitario. Para eso necesitará otra estructura que, básicamente, sería una nave espacial independiente. Esta estructura recibe el nombre de Starshade (‘sombrilla estelar’) y su objetivo sería bloquear la luz estelar para facilitar la visión directa de planetas. Starshade sería una especie de flor espacial con un diámetro de 52 metros y que estaría situada a unos 76 600 kilómetros de distancia de HabEx en todo momento. Esta forma es necesaria para minimizar los efectos perniciosos de la difracción de la luz en el estudio de los posibles planetas. Ambos objetos se lanzarán al punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol.

Observaciones con Starshade (NASA/HabEx).

Despliegue de Starshade (NASA/HabEx).

Modelo a escala de los pétalos de Starshade (NASA/HabEx).

Pero hay quien pueda pensar que estas capacidades no son suficiente para buscar vida más allá del sistema solar. Al fin y al cabo, la Tierra ha estado habitada cuatro mil millones de años o más, pero solo en la última parte de su historia —el eón Fanerozoico— su atmósfera ha tenido una composición más o menos similar a la actual. ¿Y si hay por ahí fuera otras exotierras parecidas a la Tierra en la antigüedad? No hay problema. Uno de los requisitos de HabEx es detectar oxígeno en una atmósfera si su concentración es similar a la que hemos tenido en nuestro planeta en los últimos 2500 millones de años. No obstante, también podrá identificar biomarcadores de exotierras que sean iguales a la Tierra durante el eón Arcaico o el Proterozoico. En el Arcaico —desde hace 4000 millones de años hasta hace 2500 millones— la Tierra era un ‘punto naranja pálido’, con una atmósfera sin oxígeno dominada por neblinas orgánicas —parecidas a las de Titán— y con una fuerte presencia de metano y dióxido de carbono. En el Proterozoico —desde hace 2500 millones de años hasta hace 500 millones— hubo periodos en los que la concentración de oxígeno era menor que la actual, entre un 0,1% y un 1% —comparado con el casi 20% de hoy en día— y también había más metano en la atmósfera que ahora. HabEx podrá estudiar todos estas ‘paleotierras’ y detectar sus biomarcadores.

Biomarcadores y espectros de la atmósfera terrestre en el pasado (NASA/HabEx).

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

Para obtener estos espectros, además de Starshade, HabEx usará tres instrumentos: un coronógrafo, la cámara HWC (Workhorse Camera), que trabajará en el visible y en el infrarrojo, y el espectrógrafo ultravioleta UVS. De esta forma cubrirá un rango de longitudes de onda que irá desde las 0,2 a las 1,8 micras, o sea, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Este rango es fundamental para identificar las principales líneas espectrales del ozono y el oxígeno (ultravioleta) y las del agua (infrarrojo). En este sentido, conviene recordar que este rango está fuera del alcance de cualquier telescopio terrestre, independientemente de su tamaño, por culpa de nuestra atmósfera.

Los instrumentos de HabEx, incluyendo Starshade (NASA/HabEx).

El coronógrafo servirá para bloquear la luz de la estrella, pero, a diferencia del Starshade, está dentro del telescopio. En realidad, lejos de ser redundantes, ambas técnicas se complementan. El coronógrafo es ideal para buscar planetas en sistemas estelares que no han sido estudiados en detalle, mientras que el Starshade nos permite la adquisición de espectros de alta resolución. En este sentido, HabEx es heredero directo de los estudios Exo-C y Exo-S de hace seis años. En estos estudios se analizaron las ventajas de un telescopio espacial con un coronógrafo o con un Starshade, respectivamente, a la hora de estudiar exoplanetas y se determinó que los dos eran complementarios y necesarios, aunque, si había que elegir, el Starshade era prioritario por su capacidad para permitir obtener espectros de alta resolución.

HabEx usará micropropulsores en vez de volantes de inercia (NASA/HabEx).

Por otro lado, HabEx alcanzará la precisión y estabilidad necesarias en el apuntado mediante el empleo de micropropulsores en vez de los tradicionales volantes de inercia. Los micropropulsores han demostrado ser ideales para observatorios espaciales gracias a la experiencia de misiones europeas como Gaia o LISA Pathfinder. Son menos ruidosos y menos propensos a fallos que los volantes de inercia (que se lo digan al telescopio espacial Kepler). También será capaz de enviar datos a la Tierra al mismo tiempo que realiza observaciones mediante el empleo de antenas de nueva generación, por lo que el porcentaje de tiempo de observación será mayor que en los telescopios espaciales actuales.

Partes de HabEx (NASA/HabEx).

Por supuesto, además de exotierras, HabEx también estudiará todo tipo de exoplanetas, incluyendo aquellos que —que sepamos— no existen en nuestro sistema solar, como los jupíteres calientes, los minineptunos o las supertierras. Además, al tratarse de un telescopio espacial podrá estudiar todo tipo de objetos astrofísicos, desde galaxias hasta lentes gravitatorias, pasando por regiones de formación estelar. Este requisito es fundamental si HabEx quiere ganarse las simpatías del resto de la comunidad científica. Por eso se espera que durante su misión primaria dedique la mitad del tiempo a la observación de otros objetivos que no sean exoplanetas. En caso necesario, HabEx podría aumentar su vida útil mediante misiones atuomáticas de abastecimiento.

Concepto de misión para aumentar la vida útil o reparar HabEx (NASA/HabEx).

HabEx es un gran telescopio de 19 toneladas. Esta masa es un obstáculo a la hora de enviarlo al punto L2 (recordemos que el Hubble está en órbita baja), así que sería necesario un cohete gigante para lanzarlo hasta allí. La NASA planea usar el SLS Block IB, con capacidad para poner cien toneladas en órbita baja, para lanzar HabEx, pero espera que para 2030 haya otros lanzadores con una capacidad similar (¿Starship?¿New Armstrong?). Por si acaso, el equipo de HabEx ha concebido la versión HabEx 3.2S, una variante de HabEx con un espejo primario de 3,2 metros en vez de 4 y carente de coronógrafo. Este «mini HabEx» sería capaz de alcanzar casi todos los objetivos científicos de su hermano mayor —aunque en algunos casos requeriría más tiempo— y se podría lanzar a bordo de un cohete convencional como el futuro Vulcan o un Falcon Heavy. Por su parte, Starshade, con una masa de 12,2 toneladas, podría alcanzar L2 mediante un vector similar al Falcon Heavy.

HabEx requeriría un SLS Block IB o similar, mientras que el Starshade usaría un Falcon Heavy (NASA/HabEx).

HabEx en la cofia del SLS (NASA/HabEx).

Variante de HabEx más pequeña con un espejo de 3,2 metros de diámetro y sin coronógrafo (NASA/HabEx).

HabEx será una misión cara, de entre siete mil y nueve mil millones de dólares —incluyendo el Starshade—, aunque nadie duda de que es una de las propuestas más fascinantes que hay en la actualidad (el James Webb ha costado diez mil millones). Eso sí, entre los muchos desafíos de esta misión está demostrar que se puede mantener la alineación correcta entre el telescopio y el Starshade de tal forma para llevar a cabo observaciones de calidad. En todo caso, no olvidemos que se trata de una misión prevista para los años 30, así que habrá tiempo para depurar las tecnologías asociadas. Si HabEx es aprobado, no despegaría hasta 2036. Mucho tiempo para averiguar, al fin, si alguno de los mundos más cercanos están, efectivamente, habitados.

Fuente:  danielmarin.naukas.com

Acuerdo entre Isilaunch y Firefly

La empresa holandesa Isilaunch ofrecerá servicios de lanzamiento dedicados y compartidos mediante el cohete Alpha de Firefly a partir de 2020.

Firefly Aerospace anunció el 21 de enero la firma de un Acuerdo de Servicios de Lanzamiento con Innovative Space Logistics BV (Isilaunch), subsidiaria de la holandesa Innovative Solutions in Space B.V. (Isispace). Según el acuerdo, Isilaunch ofrecerá a sus clientes múltiples oportunidades de lanzamiento dedicadas y de viaje compartido en el lanzador Alpha de Firefly, en misiones que comenzarán en 2020.

«Estamos muy contentos de tener a Isilaunch como cliente de nuestro lanzador Alpha», dijo el CEO de Firefly, Dr. Tom Markusic. «Con el crecimiento de la demanda de servicios de lanzamiento, Firefly aprovechará la experiencia y la presencia en el mercado de Isilaunch para brindar a sus clientes oportunidades de vuelo económicas, convenientes y confiables».

Alpha de Firefly

«Estamos muy interesados ​​en trabajar con Firefly y su vehículo de lanzamiento Alpha», dijo el director de Isilaunch, Abe Bonnema. «En base a nuestra amplia experiencia con los lanzamientos de clústeres, después de haber lanzado cientos de satélites pequeños de esa manera en los últimos diez años, creemos que el vehículo de lanzamiento Alpha tiene una relación capacidad/costo muy interesante, lo que permite la flexibilidad en la configuración de lanzamiento que necesitamos para servir a nuestra amplia base de clientes, además, Alpha también es interesante para nuestras ambiciones de llevar grupos de pequeños satélites a la órbita lunar. Nos complace concluir que nuestra filosofía empresarial y enfoque de mercado se alinean muy bien con los de Firefly».

Alona Kolisnyk, Directora de Desarrollo de Negocios Internacionales de Firefly, agregó que «en Firefly, nuestro equipo se está preparando para aumentar rápidamente la cadencia de vuelo después del lanzamiento inaugural de nuestro vehículo Alpha. Esto nos permitirá entregar las cargas útiles de los clientes a sus órbitas preferidas de manera receptiva y de manera asequible. Las misiones de viajes compartidos que Firefly ejecutará con Isilaunch habilitará aún más la industria global de satélites pequeños y proporcionarán oportunidades de vuelo a las tecnologías disruptivas cislunares que están desarrollando las nuevas empresas espaciales comerciales».

Isilaunch

Innovative Space Logistics (Isilaunch) congrega todas las actividades de servicios de lanzamiento en Innovative Solutions in Space (Isispace), una empresa de satélites verticalmente integrada con sede en los Países Bajos, que ofrece satélites como servicio e innovadoras soluciones llave en mano para la industria global de satélites pequeños, incluido el desarrollo de satélites, servicios de lanzamiento y operaciones satelitales. Isilaunch se centra en la provisión de lanzamientos regulares para CubeSats y microsatélites y proporciona servicios de intermediación de lanzamiento, equipos de interfaz de lanzamiento, pruebas de certificación de vuelo y servicios de seguro de lanzamiento a una amplia gama de clientes. Isilaunch también da soporte de servicios de integración de lanzamiento en base a su familia dispensadores, sistemas de separación, secuenciadores y el hardware de interfaz relacionado.

Fuentes: Firefly Aerospace/Isilaunch/latamsatelital.com