El legado de ciencia e ingeniería de SOFIA

El Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja (SOFIA, por sus siglas en inglés) ha sido una misión de descubrimiento que ha revelado partes inéditas, y a veces imposibles de ver, de nuestro universo. Ahora que la misión ha llegado a su fin tras un último vuelo el jueves 29 de septiembre, la NASA repasa los logros científicos de SOFIA y algunas de las hazañas de ingeniería que le permitieron volar.

"Desde la profundización del conocimiento del agua en la Luna hasta la revelación de las fuerzas invisibles de los campos magnéticos a escala cósmica, nada de esto podría haber sucedido sin los cientos de personas que contribuyeron con su experiencia a la misión SOFIA", dijo Naseem Rangwala, científica de proyecto de la misión en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California.

Desde el comienzo de su desarrollo en 1996, SOFIA requirió ingenio de ingeniería. Hubo que modificar un avión de pasajeros Boeing 747SP para transportar el telescopio de más de 17.000 kilos y 2,5 metros (38.000 libras y 100 pulgadas) proporcionado por el socio de la NASA en la misión SOFIA, la Agencia Espacial Alemana (DLR, por sus siglas en inglés).

Los ingenieros de Ames desarrollaron un mecanismo similar a una puerta de garage que se enrollaba para que el telescopio pudiera observar el cielo. En esa configuración, se trataba de "uno de los mayores puertosabiertos jamás volados en una aeronave", dijo Paul Fusco, un ingeniero de la NASA, ya jubilado, que ayudó a diseñar el sistema de puertas, "y el mayor certificado para volar a todas las altitudes y velocidades con la puerta abierta. Fue una innovación aeronáutica realmente emocionante".

Los pilotos de la misión ni siquiera podían sentir cuando la puerta estaba abierta. Y la estabilidad del propio telescopio equivalía a mantener fijo un puntero láser sobre un centavo a 16 kilómetros de distancia. SOFIA había conseguido un vuelo tranquilo y una mirada fija.

Y eso era solo el principio. En 2014, el observatorio había alcanzado su plena capacidad operativa, y durante ocho años SOFIA ayudó a los astrónomos de todo el mundo a utilizar la luz infrarroja para estudiar un impresionante conjunto de eventos cósmicos y objetos invisibles para otros telescopios.

"Los logros científicos únicos de SOFIA fueron el resultado del ingenio de la increíble comunidad internacional que creció en torno a la misión", dijo Alessandra Roy, científica del proyecto SOFIA para la Agencia Espacial Alemana, "que solo fue posible gracias a la colaboración de la NASA y la DLR".

Una comunidad de profesores de secundaria también llegó a conocer a SOFIA personalmente, a través del programa de Embajadores de Astronomía Aérea de la NASA. Esta oportunidad de desarrollo profesional incluyó una experiencia de inmersión volando a bordo de SOFIA con científicos y miembros de la tripulación. Los profesores participantes pudieron llevar este contenido científico del mundo real a sus aulas y revelar a los estudiantes diversas carreras relacionadas con STEM.

Ahora, el observatorio se retira. Los vuelos científicos han terminado y el equipo está explorando opciones para un hogar permanente adecuado para esta especial aeronave. Los datos de SOFIA, procedentes de un total de 732 noches de observación a lo largo de la misión, también estarán a disposición del público para que los científicos puedan estudiarlos y realizar nuevas investigaciones en el futuro.

"La astronomía infrarroja continuará en la NASA, sobre todo con el telescopio tspacial James Webb", dijo Paul Hertz, asesor principal de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA, exdirector de la División de Astrofísica y antiguo científico del programa SOFIA. "Pero las numerosas y diversas contribuciones de SOFIA a la ciencia ya han dejado su huella".

Estas son algunas de las maneras en que SOFIA cambió nuestra comprensión del universo.

Descubrimiento de agua en la parte de la Luna iluminada por el Sol

Aunque el telescopio de SOFIA no estaba configurado originalmente para observar la Luna, sus observaciones lunares confirmaron, por primera vez, la existencia de agua en la superficie lunar iluminada por el Sol. Esto significa que el agua puede estar distribuida por toda la superficie lunar, y no limitada a lugares fríos y sombríos.

La NASA está ansiosa por aprender más sobre el agua en la Luna antes de enviar seres humanos a la superficie lunar con las misiones Artemis. Los datos de SOFIA también se incorporan al trabajo de futuras misiones lunares, como Vehículo de exploración polar para investigación de volátiles (VIPER, por sus siglas en inglés) de la NASA, que irá en busca de agua.

La Luna no fue el único objetivo de SOFIA en nuestro sistema solar. El observatorio también ha estudiado la circulación de gases en la atmósfera de Júpiter, la posibilidad de que los cometas transporten carbono a planetas como la Tierra y, recientemente, el asteroide que explorará la misión Psyche de la NASA, por nombrar algunos.

El primer tipo de molécula que se formó en el universo

Luego de décadas de búsqueda por parte de los astrónomos, SOFIA detectó, por primera vez en el espacio, el primer tipo de molécula que se formó en el universo.

El trabajo de SOFIA en astroquímica también arrojó luz sobre una de las formas de distribución del agua en el universo. La misión también exploró el ciclo de vida de los materiales en el espacio: nubes de gases simples que forman gases más complejos y, finalmente, estrellas y sistemas estelares.

Observaciones de eventos fugaces

La movilidad de SOFIA le permitió captar eventos astronómicos extremadamente fugaces sobre lugares remotos.

En 2015, Plutón pasó directamente entre una estrella lejana y la Tierra, lo que dio a los científicos una rara oportunidad de analizar su atmósfera a contraluz de la estrella. Y el único observatorio que pudo posicionarse sobre el océano abierto, directamente en el centro de la sombra de Plutón que corría por la superficie de la Tierra, fue SOFIA.

La agilidad de SOFIA también le ayudó a realizar un seguimiento a largo plazo —como en el caso de un estallido sorprendentemente largo y brillante de una protoestrella en la nebulosa Pata de Gato— y a responder rápidamente cuando era necesario. Este fue el caso en 2014, cuando se detectó una estrella en explosión, una supernova, la más brillante y cercana a la Tierra en décadas.

Revelando el universo magnético

Es posible que la contribución de SOFIA que más ha cambiado el paradigma haya sido la de permitir a los astrónomos “ver” y cartografiar los campos magnéticos a escalas más pequeñas que nunca.

Un estudio reveló que los campos magnéticos, que según se pensaba ralentizaban el nacimiento de las estrellas al impedir que la gravedad arrastrara la materia prima hacia una estrella en crecimiento, pueden a veces colaborar con la gravedad para alimentar el nacimiento de las estrellas.

SOFIA estudió el papel que desempeñan los campos magnéticos en el cosmos a distintas escalas, desde la formación de estrellas en el extremo “pequeño” hasta los fenómenos que dan forma a galaxias enteras, alimentan agujeros negros y provocan la fusión de galaxias.

Nueva forma de estudiar la atmósfera y el clima de la Tierra

Volando a una altura de entre 11 580 y 13.700 metros (38.000 y 45.000 pies), SOFIA se elevó por encima del 99,9% del vapor de agua de la atmósfera terrestre que oculta las observaciones infrarrojas desde el suelo. Sin embargo, el telescopio siguió observando a través de la parte superior de nuestra atmósfera.

Tras desarrollar maneras de trabajar con los datos del SOFIA en esta región tan difícil de estudiar, los investigadores pudieron realizar mediciones directas del oxígeno atómico en la atmósfera superior de la Tierra.

El estudio de otras atmósferas ya estaba en el campo de acción de SOFIA. La observación de la ocultación de una estrella por parte de Tritón, la luna de Neptuno, reveló secretos de su atmósfera, mientras que un desafiante conjunto de observaciones de Venus podría ayudar a arrojar luz sobre los informes de fosfina, un potencial biomarcador de vida microbiana, en la atmósfera de ese planeta.

Ha nacido una estrella, o no

Observando en luz infrarroja, SOFIA reveló secretos de la formación estelar que, de otro modo, habrían permanecido ocultos en el interior de enormes nubes de gas y polvo.

Una de las principales áreas de investigación de SOFIA es un efecto llamado “retroalimentación”, en el que las estrellas ayudan o impiden la creación de más estrellas en su entorno. Utilizando los datos de SOFIA, los investigadores descubrieron que un viento estelar en la nebulosa de Orión está limpiando una burbuja, llevándose el material necesario para formar nuevas estrellas, mientras que, en otra nebulosa, la estrella original está provocando el nacimiento de nuevas generaciones.

Los astrónomos aprendieron todas estas cosas y muchas más mientras SOFIA exploraba el universo a 12.192 metros (40.000 pies). Incluso cuando la misión se retira, dando paso al siguiente capítulo de la astronomía infrarroja, los descubrimientos realizados a partir de los datos del observatorio continuarán. El legado de SOFIA y de todo el equipo que hizo volar la misión es haber enseñado a la humanidad más sobre el cosmos e inspirar a otros a hacer lo mismo.

SOFIA fue un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Alemana (DLR). El DLR proporcionó el telescopio, el mantenimiento programado de la aeronave y otros apoyos para la misión. El Centro de Investigación Ames de la NASA, en Silicon Valley (California), gestionó el programa SOFIA, la ciencia y las operaciones de la misión en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial Universitaria, con sede en Columbia (Maryland), y el Instituto SOFIA alemán de la Universidad de Stuttgart. El avión fue mantenido y operado por el edificio 703 del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, en Palmdale, California. SOFIA alcanzó su plena capacidad operativa en 2014 y concluyó su último vuelo científico el 29 de septiembre de 2022.

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