Publicado: 
25 de junio de 2007

Pensando a lo Grande en los Telescopios Espaciales


¿Cómo diseñar un cohete lunar de gran capacidad? Comience por pensar cómo utilizarlo para transportar un gran telescopio espacial.

NASA

Junio 25, 2007: El próximo cohete de la NASA que viaje a la Luna es todavía un bosquejo, pero los científicos ya están imaginando cosas grandes y novedosas para hacer con él.

"El cohete Ares V podrá lanzar misiones que, debido a su volumen o masa, o a ambas cosas, no se pueden manejar de otra manera", afirma Philip Stahl, un ingeniero óptico internacionalmente reconocido del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA. Tal vez, dice, deberíamos usarlo "para lanzar grandes telescopios espaciales".

¿Qué tan grandes? Tenga en cuenta lo siguiente: Ares V podrá colocar casi 130.000 kg (284.000 libras; 8% más que el cohete Saturno V de la década de 1960) en una órbita baja alrededor de la Tierra. Diseñado para transportar carga hacia la Luna, el cohete sería lo suficientemente grande como para transportar espejos primarios de más de 8 metros de ancho. A modo de comparación, el espejo del Telescopio Espacial Hubble mide 2,4 metros.

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Arriba: Un telescopio espacial que midiera de 6 a 8 metros haría parecer enano al Telescopio Espacial Hubble. Misiones clave incluirían la búsqueda y exploración de planetas parecidos a la Tierra en el espacio profundo. (NASA)

"¿Cómo trabaja un típico astrofísico?", pregunta Stahl. "Construye un telescopio gigante sobre la cima de una montaña y lo utiliza durante décadas, y luego de una determinada cantidad de meses o años cambia los instrumentos o los moderniza para mantenerlo en funcionamiento". El Telescopio Espacial Hubble funciona de esta manera, con un transbordador espacial que realiza el servicio, y donde la órbita terrestre desempeña el papel de la cima de la montaña.

Pero Stahl quiere ir más allá de la órbita de la Tierra, mucho más allá, hasta el punto de Lagrange L2, entre el Sol y la Tierra.

Un punto de Lagrange es, básicamente, un punto de aparcamiento en el espacio. Si se coloca una nave en un punto de Lagrange entre el Sol y la Tierra, ésta se mantendrá en una posición fija respecto de los dos astros. El matemático Joseph-Louis Lagrange (siglo XVIII) demostró que existen cinco puntos de este tipo, los cuales están ilustrados en el diagrama que figura abajo.

El punto L1, se localiza a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en dirección hacia el Sol, y es un buen lugar para los observatorios solares. Por ejemplo, el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO, por su sigla en inglés) ahora se encuentra allí disfrutando de una vista inmejorable del Sol, las 24 horas de los 7 días de la semana.

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El punto L2 se encuentra en la dirección opuesta, a 1,5 millones de kilómetros del lado no iluminado de la Tierra. Una ventaja clave del punto L2 es que el Sol, la Tierra y la Luna están concentrados en una pequeña parte del cielo, proporcionándole a cualquier telescopio ubicado allí un campo de visión del espacio profundo amplio y sin obstrucciones. La Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP, en idioma inglés) se encuentra en L2 y es posible que otras sondas se unan a ella.

Derecha: Los puntos de Lagrangre entre el Sol y la Tierra. Haga clic en la imagen para ver los cinco puntos de Lagrange, L1—L5. [Más información]

"El punto L2 es un lugar del espacio en el cual quisiéramos colocar muchos telescopios", continúa Stahl. Así que, "¿por qué no tomarlo como la cima de la montaña?", donde el satélite de transporte del telescopio provea todos los servicios que deben tener las instalaciones reales en la cima de una montaña.

En consecuencia, Stahl, Marc Postman, del Instituto Científico del Telescopio Espacial (Space Telescope Science Institute o STScI, en idioma inglés), y otros investigadores que pertenecen a la comunidad científica espacial están pensando a lo grande.

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Las misiones en la lista de espera del Ares V van desde un radio telescopio con platos de 150 metros de diámetro (492 pies), destinado a detectar los susurros del espacio profundo, hasta un recipiente con 5 metros cúbicos de agua super pura recubierta por detectores de luz para analizar los rayos cósmicos por medio de los destellos de luz que se producen cuando impactan contra el agua. Un telescopio óptico con un espejo primario de 8 metros (26 pies) de diámetro podría buscar en poblaciones de estrellas de la Vía Láctea y en galaxias cercanas el "registro fósil" de su evolución. También podría ir en la búsqueda de "espectros con brillo terrestre", tenues señales de vida en la luz reflejada por exoplanetas.

La resolución de las imágenes de dicho telescopio sería más de tres veces mayor que la del Hubble. Lo que es más importante, el espejo realizaría detecciones de elementos 11 veces más tenues que los que detecta el Hubble, puesto que el área del espejo sería 11 veces mayor.

Abajo: Diagrama de un corte transversal de un gran telescopio espacial monolítico en donde se muestra que la mayor parte de él está vacía, lo cual deja a los diseñadores un amplio margen para equipar los módulos de sistemas y de instrumentos. (NASA)

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Hasta ahora, dicho espejo era demasiado grande como para tomarlo en cuenta. El Telescopio Espacial James Webb de nueva generación —cuya colocación también está planeada para el punto L2— fue considerado el pionero de los grandes telescopios espaciales del futuro. Su espejo primario de 6,5 metros de diámetro estará compuesto por segmentos plegados cuidadosamente que se alinearán con gran precisión una vez que se encuentren en la estación. Pero los planificadores de la NASA han previsto que el Ares V tenga una capacidad de carga para espejos de hasta 12 metros (39,4 pies). Eso permite a Stahl considerar la posibilidad de disponer de un espejo estándar, similar a los espejos primarios de una sola pieza y de 8 metros (26,2 pies) de diámetro que poseen los telescopios Gemini, en la Tierra.

Por un lado, el Ares V incrementaría su tamaño y, por el otro, disminuiría el riesgo. "Las restricciones en los vehículos de lanzamiento de la actualidad toman en cuenta los riesgos en el desempeño técnico, los costos y lo que está programado para sacar el mayor provecho posible", explica Stahl. Con el tamaño y la masa que el Ares V permitirá transportar se eliminan todas esas restricciones para prácticamente cualquier carga.

Stahl también considera que las tareas de mantenimiento constituyen un elemento clave.

"¿Por qué hacer diseños para plazos de 10 o 15 años?", pregunta Stahl. "Diseñemos de manera tal que podamos cambiar los instrumentos periódicamente y que éstos continúen trabajando durante 50 años". La sección de transporte —controles e instrumentos— será lo suficientemente pequeña como para que las piezas de recambio puedan ser enviadas por medio de vehículos de lanzamiento de menor tamaño, equipados para reemplazar todos los componentes necesarios y comenzar con una nueva campaña científica de observación.

En palabras de Postman, esto "convertiría al punto L2 en la cima astronómica".