Un globo estratosférico de la NASA recibe un telescopio con un espejo gigante

Nota de la editora: Este texto ha sido modificado para reflejar una definición más precisa del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA, por sus siglas en inglés).

Una próxima misión de la NASA utilizará un globo más grande que un campo de fútbol americano para enviar un telescopio a unos 40.000 metros (130.000 pies) sobre la Antártida. Desde esa altura, el telescopio estudiará un fenómeno que bloquea la formación de estrellas en algunas galaxias, acabando con ellas de manera eficaz.

La misión, llamada Telescopio estratosférico astrofísico para observaciones de alta resolución espectral en longitudes de onda submilimétricas (ASTHROS, por sus siglas en inglés), utilizará un espejo primario (la principal herramienta de recolección de luz de este telescopio) que alcanza un empate como el espejo más grande que haya volado en un globo de gran altitud. La construcción del espejo con un diámetro de 2,5 metros (8,2 pies) terminó este mes. Diseñarlo y construirlo resultó un desafío debido a dos exigencias clave: el espejo y su estructura de soporte deben ser excepcionalmente ligeros para viajar en globo, pero lo suficientemente fuertes como para evitar que la atracción de la gravedad de la Tierra deforme su forma parabólica casi perfecta en más de 2,5 micrómetros (0,0001 pulgadas), o el equivalente a una fracción del ancho de un cabello humano.

Gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California, ASTHROS tiene su lanzamiento programado para no antes de diciembre de 2023, y dará vueltas alrededor del Polo Sur durante un máximo de cuatro semanas. El Programa de Globos Científicos de la NASA, operado por la Instalación de Vuelo Wallops de la agencia en Virginia, lanza de 10 a 15 misiones de globos cada año. Estas misiones suelen costar menos que las misiones espaciales, tardan menos tiempo en pasar de los comienzos de la planificación a su despliegue y emplean nuevas tecnologías que pueden utilizarse en futuras misiones espaciales.

Desde lo alto de la estratosfera, ASTHROS observará longitudes de ondas de luz que son bloqueadas por la atmósfera de la Tierra, en un rango llamado infrarrojo lejano. Su gran espejo mejorará la capacidad del telescopio para observar fuentes de luz más tenues y resolver los detalles más pequeños de esas fuentes.

Esas capacidades son esenciales para el enfoque de la misión en el estudio de la retroalimentación estelar, que es el proceso por el cual las nubes de gas y polvo —los ingredientes en la composición de las estrellas— se dispersan en las galaxias, a veces hasta el punto de que la formación estelar se detiene por completo. Muchos procesos contribuyen a esta retroalimentación, incluyendo erupciones de estrellas vivas y la muerte explosiva de estrellas masivas como las supernovas. ASTHROS examinará varias regiones de formación estelar en nuestra galaxia donde tienen lugar estos procesos, creando mapas en 3D de alta resolución de la distribución y el movimiento de los gases. Esta misión también examinará galaxias distantes que contienen millones de estrellas para observar cómo se desarrolla la retroalimentación a gran escala y en diferentes entornos.

“Es difícil explorar la retroalimentación desde el lugar donde se origina, a la escala de estrellas individuales, hasta donde tiene un efecto, en la escala de las galaxias”, dijo Jorge Pineda, investigador principal de ASTHROS en JPL. “Con un espejo grande podemos conectar esos dos aspectos”.

Cumplir el reto

La NASA contrató a Media Lario, una compañía de óptica en Italia, para diseñar y producir la unidad de telescopio completa de ASTHROS, que incluye un espejo primario, un espejo secundario y la estructura de soporte (llamada armazón). Media Lario desarrolló previamente un método único para la fabricación de espejos infrarrojos y ópticos ligeros, que la empresa utilizó para producir muchos de los paneles para los espejos primarios del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA, por sus siglas en inglés), un telescopio con 66 antenas terrestres en Chile.

El espejo primario de ASTHROS cuenta con nueve paneles, que son significativamente más fáciles de fabricar que un espejo de una sola pieza. La mayor parte de los paneles del espejo se compone de aluminio ligero, construido en una estructura de panal que reduce su masa total. La superficie de los paneles está hecha de níquel y recubierta de oro, lo que mejora la reflectancia del espejo en las longitudes de onda del infrarrojo lejano.

Debido a que el equipo de ASTHROS no podrá ajustar la alineación de los paneles una vez que el telescopio sea lanzado, el armazón que soporta el espejo debe ser ligero pero excepcionalmente fuerte y rígido para evitar cualquier deformación. La fibra de carbono es ideal para esto. Por eso, para construir el bastidor y otros componentes estructurales, Media Lario recurrió a empresas locales en Italia que generalmente producen estructuras especializadas para barcos y automóviles de carreras.

“Creo que este es probablemente el telescopio más complejo jamás construido para una misión de globos de gran altitud”, dijo José Siles, gerente de proyectos de ASTHROS en JPL. “Teníamos especificaciones similares a las de un telescopio espacial, pero con un presupuesto, un horario y una masa más ajustados. Tuvimos que combinar técnicas de telescopios terrestres que observan en longitudes de onda similares con técnicas de fabricación avanzadas utilizadas para veleros profesionales de carreras. Es bastante único”.

Media Lario entregará la unidad de telescopio completa a la NASA a finales de julio de 2022. Después de eso, el equipo de ASTHROS lo integrará con la góndola (la estructura que sostiene toda la carga útil y se une al globo) y otros componentes clave. Luego comenzarán una serie de pruebas para asegurarse de que todo esté listo para el vuelo.

Más sobre la misión

JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, gestiona la misión ASTHROS para la División de Astrofísica de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. JPL también está construyendo la carga útil científica de la misión. El Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Laurel, Maryland, está desarrollando la góndola y los sistemas de orientación. El refrigerador criogénico de carga útil fue desarrollado por Lockheed Martin bajo el Programa de Desarrollo Avanzado de Tecnología Criogénica de la NASA. Otros socios clave son la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Miami. Las piezas de fibra de carbono de alto rendimiento de ASTHROS fueron producidas por Persico Marine en Nembro, Italia, y Lamiflex S.p.A en Ponte Nossa, Italia.

El Programa de Globos Científicos de la NASA y su Instalación de Globos Científicos Columbia en Palestine, Texas, proporcionarán el globo y los servicios de lanzamiento.

ASTHROS será lanzado desde la Instalación de Globos de Larga Duración de la NASA en la Antártida, cerca de la estación McMurdo. La estación es administrada por la Fundación Nacional para la Ciencia a través del Programa Antártico de Estados Unidos.

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