El Telescopio Espacial Hubble.

El observatorio espacial más famoso del mundo.

El telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA.

El Telescopio Espacial Hubble es una colaboración entre las Agencias Espaciales de la NASA, americana, y la ESA, europea, es un observatorio espacial a largo plazo. Las observaciones que realiza el Hubble están hechas en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta. Desde que se puso en órbita este Telescopio, el Hubble ha supuesto una auténtica revolución en la astronomía moderna, no solo por sus observaciones del Universo sino también por ser una gran herramienta en el desarrollo de esta ciencia.

La misión.
El Universo es gloriosamente transparente a la luz visible durante viajes que duran miles de millones de años. Sin embargo, en los últimos microsegundos antes de que la luz llegue a los espejos de telescopio en la Tierra, debe viajar a través de nuestra turbulenta atmósfera y los detalles cósmicos finos se borran. Es esta misma turbulencia atmosférica la que hace que las estrellas parezcan titilar en una noche oscura.

Poner un telescopio en el espacio es una manera de evadir este problema. Además de recoger la luz visible de su órbita por encima de la atmósfera, el Telescopio Espacial Hubble también observa las longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas que son filtradas por la atmósfera.

El Telescopio Espacial Hubble, un proyecto conjunto de la ESA y la NASA, ha hecho algunos de los descubrimientos más importantes de la historia de la astronomía. Desde su punto de vista a 600 km sobre la Tierra, el Hubble puede detectar la luz con 'ojos' 5 veces más nítida que los mejores telescopios terrestres y mira profundamente al espacio donde algunos de los misterios más profundos todavía están enterrados en la niebla del tiempo. El nombre de Hubble se le puso en honor al astrónomo americano Edwin Powell Hubble.

La ciencia del Hubble.
El Hubble es un telescopio que se puede actualizar y reparar colocado en el espacio girando a una distancia de 600 km por encima de la mayor parte de nuestra atmósfera que distorsiona la imagen.

Está diseñado para tomar imágenes de alta resolución y espectros precisos concentrando la luz de las estrellas para formar imágenes más nítidas de lo que es posible desde el suelo, donde el "parpadeo" atmosférico de las estrellas limita la claridad de las imágenes. Por lo tanto, a pesar de su tamaño relativamente modesto de 2.4 metros, el Hubble es más que capaz de competir con los telescopios terrestres que tienen áreas de recolección de luz (espejos) que son tanto como 10 o 20 veces más grandes.

La segunda gran ventaja del Hubble es su capacidad para observar la luz infrarroja cercana y la luz ultravioleta que de otro modo es filtrada por la atmósfera antes de que pueda llegar a telescopios terrestres.  Hubble ha hecho muchas contribuciones a la ciencia desde su lanzamiento en 1990. Con 10.000 artículos científicos atribuidos a él, el Hubble es por algunas medidas el instrumento científico más productivo jamás construido.

Esta sección describe los antecedentes de algunas de las áreas clave de investigación a las que Hubble ha contribuido, enumeramos las áreas:
  1. Los Campos Profundos del Hubble: Cómo Hubble ha observado las galaxias más alejadas y la más antigua luz de las estrellas jamás vistas por la humanidad.
  2. Edad y tamaño del Universo: Cómo Hubble ha calculado la edad del cosmos y descubrió que el Universo se está expandiendo a un ritmo cada vez más rápido.
  3. La vida de las estrellas: Cómo Hubble ha revolucionado nuestra comprensión del nacimiento y la muerte de las estrellas.
  4. El barrio solar: Lo que Hubble nos ha enseñado sobre planetas, asteroides y cometas en nuestro propio Sistema Solar.
  5. Exoplanetas y discos proto-planetarios: Cómo Hubble ha hecho la primera imagen de un exoplaneta en luz visible y los sistemas planetarios manchados que forman.
  6. Agujeros negros, cuásares y galaxias activas: cómo Hubble encontró agujeros negros en el corazón de todas las galaxias grandes.
  7. Formación de estrellas: Cómo observa el Hubble las estrellas que forman desde las enormes nubes de polvo.
  8. Composición del Universo: Cómo Hubble estudió de lo que el Universo está hecho y llegó a algunas conclusiones sorprendentes.
  9. Lentes gravitacionales: cómo los astrónomos usan una mano de ayuda de Einstein para aumentar el rango de Hubble.
  10. Europa y Hubble: Cómo la Agencia Espacial Europea y los astrónomos europeos han contribuido a este proyecto internacional.

Historia del Hubble.
El telescopio espacial Hubble de la NASA fue el primer observatorio astronómico que se colocó en órbita alrededor de la Tierra con la capacidad de grabar imágenes en longitudes de onda de luz que abarcan desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Lanzado el 24 de abril de 1990, a bordo del Transbordador Espacial Discovery, el Hubble se encuentra actualmente a unas 340 millas, 600 kilómetros, sobre la superficie de la Tierra, donde completa 15 órbitas por día, aproximadamente una cada 95 minutos. El satélite se mueve a una velocidad de 8 km por segundo, lo suficientemente rápido como para viajar a través de los Estados Unidos en unos 10 minutos.

Mantenimiento del Hubble.
Enganchado a la lanzadera Endeavour.
El Hubble está clasificado como un reflector de Cassegrain, nombrado en honor de un clérigo francés del siglo XV que sugirió este diseño óptico básico. La luz que golpea el espejo primario principal del telescopio se refleja en un espejo secundario más pequeño suspendido por encima del primario. El secundario, a su vez, refleja la luz a través de un agujero en la primaria donde entra en los instrumentos de Hubble (cámaras y espectrógrafos) para el enfoque final antes de que llegue a sus detectores.  El espejo primario del Hubble no sólo es exquisitamente pulido, sino que a 94,5 pulgadas (2,4 m) de diámetro recoge una inmensa cantidad de luz. Hubble puede detectar sin ayuda objetos que son 10 mil millones veces más débiles que el ojo humano puede ver. Por encima de los efectos borrosos de la atmósfera de la Tierra, el Hubble también tiene una visión mucho más clara del cosmos que los telescopios situados en el suelo. El telescopio espacial puede distinguir objetos astronómicos con un diámetro angular de unos 0.05 segundos de arco - el equivalente a discernir el ancho de una moneda de diez centavos de una distancia de 86 millas -. Esta resolución es cerca de 10 veces mejor que los más grandes telescopios basados ​​en tierra. La alta resolución permite al Hubble localizar objetos como discos de polvo alrededor de las estrellas o los núcleos brillantes de galaxias extremadamente distantes.

Además, debido a que circula por encima de la atmósfera, el Hubble puede ver objetos astronómicos a través de una gama más amplia del espectro electromagnético que los telescopios terrestres que se encuentran limitados por la absorción atmosférica en varias longitudes de onda. Esto proporciona a los astrónomos que utilizan el Hubble una visión más completa de los procesos energéticos que crean la radiación en el cosmos.

Finalmente, las observaciones de Hubble son previsiblemente consistentes. Las condiciones de visión del telescopio no cambian de día a día o incluso de órbita a órbita. Los astrónomos pueden revisar los objetivos con la expectativa de que serán capturados en la misma calidad cada vez. Esta estabilidad óptica es crítica para detectar pequeños movimientos u otras pequeñas variaciones en objetos celestes. Tal no es el caso de los observatorios terrestres, donde las condiciones de observación varían con el tiempo y afectan directamente a la calidad de las imágenes adquiridas.

El telescopio.
Hubble tiene 43,5 pies de largo y 14 pies de ancho en la parte trasera, donde se alojan los instrumentos científicos. Con un peso de casi 11 toneladas, el telescopio es aproximadamente del mismo tamaño y peso que un autobús escolar. El observatorio está alimentado por dos paneles solares que convierten la luz solar en energía eléctrica que se almacena en seis baterías grandes. Las baterías permiten que el observatorio funcione durante las partes sombreadas de la órbita del Hubble cuando la Tierra bloquea la visión del Sol por parte del satélite.

En el centro de la nave espacial, cerca de su centro de gravedad, hay cuatro ruedas de reacción de 100 libras usadas para reorientar el observatorio. Basado en la tercera ley de movimiento de Sir Isaac Newton - para cada acción hay una reacción igual y opuesta - girar una rueda de reacción en una dirección hace que el Hubble reaccione girando la manera opuesta. El satélite sabe dónde y cuándo debe girar en función de un horario de destino cargado desde el centro de control. La computadora principal de Hubble luego calcula qué ruedas deben disminuir y cuáles giran más rápido para maniobrar con mayor eficiencia la nave espacial al nuevo objetivo.

El observatorio utiliza giroscopios de alta precisión para detectar su velocidad y dirección de movimiento. El modo de funcionamiento típico de Hubble utiliza tres giroscopios, pero tiene seis de los cuales elegir. Los otros sirven como respaldos, ya que los giroscopios eventualmente se desgastan y fallan. De hecho, uno de los seis fracasó en marzo de 2014. También existen modos de operación de copia de seguridad que permiten al Hubble continuar recolectando datos científicos con un solo girocompás, si es necesario, pero con una eficiencia ligeramente inferior.

Acercándose al Hubble.
Además de giroscopios, el Hubble tiene tres sensores de guía fina (FGS) que actúan dentro del sistema general de señalización y control de la nave espacial para mantener el telescopio prácticamente inmóvil mientras observa. El Hubble se mueve menos de 7 milisegundos de arco en un período de 24 horas cuando se bloquea en su objetivo. Esto es equivalente a brillar un láser en una moneda de diez centavos a 200 millas de distancia para este período.

Los comandos y datos se transmiten entre la nave espacial y el centro de control a través de dos antenas de alta ganancia que se comunican a través del Sistema de Satélites de Datos y Seguimiento de la NASA que están en órbita geosincrónica. Los datos científicos se envían luego desde el centro de control al Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial a través de una red de área amplia para su procesamiento, difusión y archivo.

La NASA ha llevado a cabo cinco misiones de mantenimiento de astronautas para reparar y actualizar el Hubble. Estas renovaciones, junto con las redundancias originalmente diseñadas en los subsistemas críticos del observatorio, deberían mantener el funcionamiento de Hubble durante los próximos años. Basados ​​en estudios formales de confiabilidad, los ingenieros creen que existe una alta probabilidad de que los instrumentos de Hubble y subsistemas de naves espaciales primarias (giroscopios, ruedas de reacción, paneles solares, baterías, etc.) continúen operando hasta por lo menos el año 2020. Operará simultáneamente con el Telescopio Espacial James Webb, el nuevo y más capaz observatorio infrarrojo de la agencia, previsto para su lanzamiento en 2018.

Instrumental.
Cámara avanzada para sobdeos (ACS) - La cámara avanzada para sondeos (ACS) es una cámara de imágenes de tercera generación. Esta cámara está optimizada para realizar sondeos o campañas de imagen amplia.

Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos (Cos) - El Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos (COS) se centra exclusivamente en la luz ultravioleta (UV) y es el espectrógrafo ultravioleta más sensible de todos los tiempos, aumentando la sensibilidad al menos 10 veces en el espectro UV y hasta 70 veces al mirar Objetos extremadamente débiles. Es mejor observar puntos de luz, como estrellas y cuásares.

El Hubble orbitando alrededor de la Tierra.
Espectrógrafo de imágenes de telescopio espacial (STIS) - Imagen/espectrógrafo de segunda generación. El STIS se utiliza para obtener espectros de alta resolución de objetos resueltos. STIS tiene la capacidad especial de obtener simultáneamente espectros de muchos puntos diferentes a lo largo de un objetivo.

Wide Field Camera 3 (WFC3) - Wide Field Camera 3 es el generador de imágenes principal en el telescopio. Tiene una cámara que registra las longitudes de onda visibles y ultravioleta (UV) de la luz y es 35 veces más sensible en las longitudes de onda ultravioleta que su precursor. Una segunda cámara que se construye para ver la luz infrarroja (IR) aumenta la resolución de Hubble IR de 65.000 a 1 millón de píxeles. Su combinación de campo de visión, sensibilidad y bajo ruido de detector da como resultado una mejora de tiempo de 15-20 veces más respecto a la anterior cámara de IR del Hubble.

El Centro de Operaciones del Hubble.
El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA es el hogar del Proyecto de Operaciones del Telescopio Espacial Hubble, el equipo gubernamental de gerentes técnicos y científicos que supervisan todos los aspectos de la misión del Hubble. Bajo su dirección, un grupo integrado de funcionarios y contratistas de Goddard, conocidos colectivamente como el equipo de operaciones, es responsable de las operaciones de misión del Hubble, funciones de la misión que operan conjuntamente para asegurar la operatividad, la seguridad y el rendimiento de la nave espacial. Los ejemplos incluyen la supervisión y ajuste de los subsistemas de la nave espacial (por ejemplo, energía, térmico, gestión de datos, control de señalización, etc.), desarrollo de software de vuelo, ingeniería de mantenimiento del hardware y software del centro de control y administración de sistemas de la red y componentes del sistema terrestre.

Un equipo de contratistas independiente en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore es igualmente responsable de las operaciones de la ciencia del telescopio. Las funciones necesarias para adjudicar el tiempo del telescopio, programar las observaciones, calibrar los datos recibidos y archivar los conjuntos de datos. Trabajando en estrecha colaboración, Goddard y el STScI operan el Hubble 24 horas al día, 7 días a la semana, aunque la mayoría de los comandos al telescopio y el recibo de sus datos científicos se realiza por computadoras a través de operaciones automatizadas.

El Centro de Control de Operaciones del Telescopio Espacial (STOCC) está ubicado en Goddard. Consiste en una Sala de Operaciones de Misión (MOR) y una Sala de Apoyo de Operaciones (OSR). El MOR es la sala de mando y control principal del Hubble; Se realizan tanto operaciones manuales como automatizadas desde esta ubicación.

Antes de la implementación de las operaciones automatizadas en mayo de 2011, un equipo de operadores de consola de personal de la MOR supervisaban el telescopio todo el día. Ejecutaron los procedimientos necesarios para adquirir comunicaciones con el telescopio, administrar los registros de datos científicos y de ingeniería de Hubble y cargar las computadoras de Hubble con secuencias de comandos. También monitorearon la telemetría de la nave espacial y reportaron cualquier problema o preocupación a los ingenieros del subsistema apropiado.

Estas funciones, que forman la rutina diaria del Hubble, ahora se realizan de manera automática, permitiendo al personal de STOCC concentrarse en operaciones especiales y pruebas diversas. Desde el advenimiento de las operaciones automatizadas, el STOCC tiene personal sólo 8 horas al día, cinco días a la semana. Si una anomalía ocurre en la nave espacial o dentro del sistema terrestre cuando la instalación está desocupada, un sistema de mensajería de texto de alta fiabilidad alerta inmediatamente a los miembros apropiados del equipo de operaciones.

Este gráfico ilustra cómo las observaciones del Hubble, convertidas a datos, se transmiten desde el telescopio al suelo a través del Sistema de Satélites de Seguimiento y Relevamiento de Datos (TDRSS).

En la Sala de Apoyo a las Operaciones (OSR), el personal de STOCC interactúa con un simulador de naves espaciales de alta fidelidad (o la nave espacial) para llevar a cabo una variedad de tareas. Esto incluye probar cualquier cambio de configuración planeado para Hubble, analizar la telemetría de ingeniería, probar actualizaciones de software de vuelo o tierra y ejecutar cualquier procedimiento de contingencia u otro comando especial en respuesta a una anomalía del observatorio. El equipo de operaciones examina continuamente el rendimiento del subsistema de nave espacial, buscando tendencias que podrían señalar la degradación de componentes e identificar maneras de mejorar el rendimiento del sistema y extender la vida de la misión.

Las comunicaciones a Hubble se realizan a través de una interfaz de red desde el STOCC hasta el complejo White Sands Test Facility de la NASA ubicado en White Sands, Nuevo México, cerca de Las Cruces. Las grandes antenas transmiten ondas de radio al Sistema de Satélites de Seguimiento y Datos de la NASA (TDRSS), que los envía a Hubble. Las observaciones científicas y los datos de ingeniería que el telescopio almacena en los registradores de estado sólido se devuelven a Goddard usando el camino inverso. Una vez recibida y controlada la calidad, los datos científicos se envían al Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial a través de enlaces de red de alta velocidad dedicados donde se procesan, archivan y distribuyen.

La misión de Hubble y los equipos de operaciones científicas se esfuerzan por establecer el estándar para los grandes observatorios de la NASA mejorando continuamente la productividad científica del telescopio. La calidad óptica del telescopio, el excelente desempeño puntero de la nave espacial, las diversas capacidades de sus instrumentos y la hábil dedicación del personal de la misión hacen que el Hubble esté a la vanguardia de la astrofísica observacional. El observatorio está funcionando a su máximo rendimiento gracias a los astronautas que completaron con éxito la Misión de Mantenimiento 4 en mayo de 2009. En esa misión, los astronautas del transbordador espacial instalaron dos instrumentos de tecnología avanzada, repararon otros dos, reemplazaron un sensor de guía fina, seis giroscopios y Seis baterías, la computadora del instrumento, y equipó ciertas bahías del equipo con las mantas térmicas protectoras. Estas actualizaciones posicionan al Hubble para continuar su misión de descubrimiento en la próxima década.

Bibliografía: NASA, ESA.
Créditos imágenes: NASA/ESA.

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