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El telescopio Hubble, 25 años de muchas alegrías y algún sobresalto

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Madrid, SP, 29 de abril de 2015. Como todos ustedes saben por los medios de comunicación, estos días se está celebrando el 25 aniversario de la puesta en servicio de esta potente herramienta en manos de la comunidad científica, creada para empujar un poco más los limites del conocimiento y permitir dar un paso adicional en el descifrado de nuestros orígenes así como en el funcionamiento de este complicado entramado llamado universo. La primera pregunta que surge es: ¿Por qué tener un telescopio en orbita con lo sencillo que es instalarlo en la Tierra?

La respuesta la conoce casi todo el mundo. La observación del universo desde cualquier punto de la superficie terrestre, aún desde los lugares mejor dotados, está afectada por la atmósfera terrestre que altera (además de forma cambiante) las imágenes observadas, absorbe algunas longitudes de onda y también cada vez más, perjudicada por la contaminación lumínica ambiental (alumbrado público, anuncios luminosos, etc.).

Es como si tratáramos de escuchar un concierto desde el exterior del recinto donde se produce (habiendo una pared de por medio) y además con el ruido permanentemente de la circulación.

Lo ideal es lograr entrar en el recinto donde están los músicos y poder escuchar directamente los sonidos de sus instrumentos. Esto es precisamente lo que se logra con un telescopio en el espacio, escuchar a los músicos (en este caso observar a los cuerpos celestes) directamente, sin ningún tipo de impedimentos que puedan atenuar o distorsionar las ondas sonoras en un caso o las ondas electromagnéticas en el otro.

El poner un telescopio en orbita es bastante caro y complicado, sobretodo si tiene un gran tamaño como es el caso que nos ocupa.

Voy a tratar de describir algunos detalles del HST (Hubble Space Telescope) o en castellano Telescopio Espacial Hubble, el instrumento astronómico más productivo y con más éxitos cosechados de todos los tiempos a pesar de haber tenido un mal comienzo.

Este telescopio se puso en orbita terrestre circular a unos 600 km. el 25 de abril de 1.990 por el Trasbordador Espacial Discovery (STS-31), tiene un tamaño aproximado de un autobús escolar y pesa unas 11 toneladas. Cada hora y media aproximadamente da una vuelta completa alrededor de la Tierra.

Trabaja dentro del espectro visible, parte del ultravioleta y parte del infrarrojo. Si el rango visible está entre los 400 y 700 nm. el Hubble lo hace entre 100 y 2500 nm. Para los no familiarizados con esta terminología, es como si a una persona fuera capaz de ver también a simple vista un animal de noche por el calor que desprende su cuerpo así como un arco iris con más clores.

El Hubble se diseñó para ser puesto en orbita y mantenido periódicamente por el trasbordador espacial conocido como Shuttle. Si el Shuttle desaparecía, el Hubble lo haría también, como así está ocurriendo.

Este telescopio se compone como la mayoría de los instalados en la Tierra, de una parte óptica de tipo Ritchey-Chrétien Cassegrain, con un espejo principal hiperboloide de 2,4 m. de diámetro, un espejo subreflector también hiperboloide y en vez de tener un ocular para observar las imágenes, en su lugar tiene los instrumentos científicos (cámaras y espectrómetros), cuyos datos se trasmiten a tierra.

Ahora imaginemos una campaña publicitaria de una prestigiosa fábrica de móviles anunciando un nuevo modelo algo caro pero espectacular. La salida al mercado de un Smart Phone distinto de todos los demás, con una cobertura de varias decenas de veces superior a los de la competencia, una calidad de sonido no conocida hasta la fecha, la batería se recarga con la voz de las conversaciones, las imágenes son holográficas, etc. etc. y cuando sale al mercado y se usa, resulta que se oye “gangoso“.

Con el Telescopio Hubble ocurrió algo parecido, las primeras imágenes mostraron que algo no iba bien, aparecían borrosas, desenfocadas, muy alejadas de las expectativas iniciales, con un defecto que se conoce como Aberración Esférica.

Una vez pasado el bochorno, se puso en marcha la maquinaria de las soluciones.

El primer paso consistió en identificar cual era la causa del problema y el siguiente como solucionarlo.

El problema se localizó en el espejo principal de 2,4 m. En la parte más externa, a la hora de fabricarlo se había rebajado 2 µm. de más, es decir, aproximadamente 1/50 del grueso de un cabello humano, provocando que la luz que se reflejaba en el borde exterior del espejo se focalizara en distinto sitio que la luz que se reflejaba en el borde interior, produciendo imágenes borrosas.

Ahora viene el brainstorming de las soluciones.

Una consistía en tratar las imágenes distorsionadas recibidas con un algoritmo matemático para tratar de corregir en lo posible la Aberración Esférica. Pero no dejaba de ser una chapuza, el problema había que atajarlo en origen.

Otra, consistía en volver con el Shuttle a buscar el Hubble y traerlo de regreso a la Tierra para cambiar el espejo causante del desaguisado y acto seguido, volverlo a poner con el mismo vehiculo espacial, en orbita. Opción muy costosa.

Otra, que fue la que se llevó a cabo, consistió en colocar un kit corrector antes de los instrumentos que utilizan esa imagen, al estilo de las gafas que corrigen la miopía, hipermetropía o astigmatismo, sin necesidad de cambiar el ojo.

Este kit de corrección conocido como Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), consistía en una serie de espejos que deformaban la imagen en la misma cuantía que lo hacia el espejo principal, pero en sentido contrario, anulando de esta forma la Aberración Esférica.

En diciembre de 1.993, tuvo lugar la primera Misión de Mantenimiento (SM1) del Hubble, su duración fue de 10 días de los cuales 5 se dedicaron entre otras cosas a instalar este ingenio, el COSTAR, dando como resultado unas imágenes espectaculares, se habla de 10 veces más nítidas que las que se podrían obtener con ese telescopio en la Tierra.

Se aprovechó la ocasión para instalar también un nuevo instrumento, la Cámara Gran Angular y Planetaria 2. Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2).

Se sustituyeron los paneles solares porque los originales daban problemas de vibración en los ciclos térmicos día/noche.

Se instalaron nuevos giroscopios.

También se elevó su orbita, porque debido al pequeño roce con alguna molécula perdida de la atmósfera terrestre y al viento solar se va perdiendo velocidad y altura, por esa razón cada visita de mantenimiento generalmente se aprovecha para reposicionarlo elevando su orbita.

En fin, que cundió la visita. Entre otras cosas se confirmo que el Trasbordador Espacial Shuttle podía capturar y llevar a cabo en su bodega un mantenimiento del Hubble tan complicado como ese.

No voy a extenderme en detalles de las siguientes visitas de mantenimiento, donde se siguieron instalando instrumentos más modernos, se retiró el COSTAR, al llevar los instrumentos nuevos el corrector óptico incorporado, con lo cual se ganó más espacio para otros instrumentos. También se instaló un ordenador de a bordo más rápido y con más memoria, nuevos giroscopios, nuevos paneles solares un 20% o 30% más eficientes, baterías, etc.

Como anécdota, un sobresalto más, el 13 de noviembre de 1.999 hubo que configurar el Hubble en Modo de Autoprotección, (Safe Mode), después de fallar 4 de los 6 giroscopios. Con solamente 2 giroscopios operacionales no podía hacer observaciones precisas del firmamento (necesita como mínimo 3), pero en ese modo al menos podía seguir controlado desde Tierra. Entre otras cosas, se cerró la tapa que protege la óptica, se orientó para que los paneles solares recibieran la energía suficiente del Sol y, a esperar la tercera visita de mantenimiento que la NASA precisamente por este problema la dividió en dos, SM3A (urgente para cambiar los 6 giroscopios) y SM3B.

La última misión de mantenimiento SM4 (mayo 11-24 de 2.009) fue la cuarta (en realidad la quinta al dividirse en 2 la tercera). Se le cambiaron un montón de cosas para dejarlo “niquelao” hasta el fin de sus días, nuevos instrumentos científicos, nuevos giroscopios, nuevas baterías, nuevo ordenador científico, nuevos sensores de guiado y, algo curioso, un artilugio (Soft Capture and Rendezvous System) adosado a la base del telescopio para facilitar un descanso feliz (de-orbiting) cuando haya llegado su fin.

Las comunicaciones con el telescopio HUBBLE igual que con el Shuttle se hacen a través de la red de satélites TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite).

La estación de tierra de esta red de satélites esta ubicada en White Sands, N.M. y el Centro de Control de Operaciones del HUBBLE, en Goddard Space Flight Center, MD.

El seguimiento a través de esta red (TDRSS), tiene la ventaja respecto al empleo de estaciones de seguimiento directo terrenas, de ser continuo.

No seria justo terminar el artículo sin mencionar algunos de los logros más importantes de este telescopio.

El HUBLE ha ayudado a fijar la edad del universo.

Ha capturado increíbles imágenes de galaxias antiguas nunca observadas.

Nos ha hecho espectadores de primera fila capturando el “convoy” de fragmentos del Cometa P/Shoemaker Levy-9 dirigiéndose a Júpiter para después impactar en el hemisferio meridional.

Y una interminable colección de imágenes jamás observadas con anterioridad que aclaran algunos interrogantes y provocan nuevas preguntas.

El telescopio espacial sucesor del Hubble, será el James Webb Space Telescope (JWST), actualmente en fase de desarrollo y que trabajará en el rango infrarrojo.

Dispondrá de un espejo de berilio recubierto de oro de 6,5 m. de diámetro formado por 18 segmentos exagonales y un escudo solar del tamaño de un campo de tenis, su orbita estará más alejada de la Tierra (punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra)

Se dedicara principalmente al estudio del nacimiento y evolución de galaxias y la formación de planetas y estrellas.

Es un proyecto internacional, en el que colaborarán aproximadamente 17 países y se estima que la fecha de lanzamiento, plegado y a bordo de un cohete Ariane, podría ser en 2.018.

!Feliz Aniversario! al primero y, ! Feliz Nacimiento! Al segundo.

J.M.M.C.

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