El Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor , comúnmente conocido como LUVOIR ( / l uː ˈ v w ɑːr / ), es un concepto de telescopio espacial de múltiples longitudes de onda que está siendo desarrollado por la NASA bajo el liderazgo de un Equipo de Definición de Ciencia y Tecnología . Es uno de los cuatro grandes conceptos de misión espacial astrofísica estudiados en preparación para la Encuesta Decenal de Astronomía y Astrofísica 2020 de la Academia Nacional de Ciencias . [2] [3]
Si bien LUVOIR es un concepto para un observatorio de propósito general, su objetivo científico clave es caracterizar una amplia gama de exoplanetas , incluidos aquellos que podrían ser habitables . Un objetivo adicional es permitir una amplia gama de astrofísica , desde la época de reionización , pasando por la formación y evolución de galaxias, hasta la formación de estrellas y planetas . También sería posible realizar potentes observaciones espectroscópicas e imágenes de cuerpos del Sistema Solar .
LUVOIR sería una gran misión científica estratégica y se consideró que su desarrollo comenzaría en algún momento de la década de 2020. El equipo de estudio de LUVOIR, dirigido por el científico de estudio Aki Roberge , ha producido diseños para dos variantes de LUVOIR: una con un espejo de telescopio de 15,1 m de diámetro ( LUVOIR-A ) y otra con un espejo de 8 m de diámetro ( LUVOIR-B ). [4] LUVOIR podría observar longitudes de onda de luz ultravioleta , visible y cercana al infrarrojo . El informe final sobre el estudio de concepto de la misión LUVOIR de 5 años se publicó el 26 de agosto de 2019. [5]
El 4 de noviembre de 2021, la Encuesta Decenal de Astrofísica 2020 recomendó el desarrollo de un "telescopio espacial infrarrojo/óptico/ultravioleta (IR/O/UV) de gran tamaño (apertura de unos 6 m)", con el objetivo científico de buscar indicios de vida en planetas fuera del sistema solar y permitir una amplia gama de astrofísica transformadora. Una misión de este tipo se basa en los conceptos de misión LUVOIR y HabEx . [6] [7] [8]
En 2016, la NASA comenzó a considerar cuatro conceptos diferentes de telescopios espaciales para futuras Grandes Misiones Científicas Estratégicas. [9] Se trata de la Misión de Imágenes de Exoplanetas Habitables (HabEx), el Gran Surveyor Óptico Infrarrojo Ultravioleta (LUVOIR), el Observatorio de Rayos X Lynx (lynx) y el Telescopio Espacial Origins (OST). En 2019, los cuatro equipos entregaron sus informes finales a la Academia Nacional de Ciencias , cuyo comité de estudio decenal independiente asesora a la NASA sobre qué misión debería tener máxima prioridad. Si se financia, LUVOIR se lanzaría aproximadamente en 2039 utilizando un vehículo de lanzamiento pesado, y se colocaría en una órbita alrededor del punto 2 de Lagrange Sol-Tierra . [5]
Los principales objetivos de LUVOIR son investigar los exoplanetas , los orígenes cósmicos y el Sistema Solar . [4] LUVOIR podría analizar la estructura y composición de las atmósferas y superficies de los exoplanetas. También podría detectar biofirmas que surjan de la vida en la atmósfera de un exoplaneta distante. [10] Las biofirmas atmosféricas de interés incluyen CO
2, CO , oxígeno molecular ( O
2), ozono ( O
3), agua ( H
2O ) y metano ( CH
4). La capacidad de LUVOIR para medir múltiples longitudes de onda también proporcionaría información clave para ayudar a entender cómo la radiación ultravioleta de una estrella anfitriona regula la fotoquímica atmosférica en planetas habitables . LUVOIR también observará un gran número de exoplanetas que abarcan una amplia gama de características (masa, tipo de estrella anfitriona, edad, etc.), con el objetivo de colocar al Sistema Solar en un contexto más amplio de sistemas planetarios. Durante su misión principal de cinco años, se espera que LUVOIR-A identifique y estudie 54 exoplanetas potencialmente habitables , mientras que se espera que LUVOIR-B identifique 28. [1]
El alcance de las investigaciones astrofísicas incluye exploraciones de la estructura cósmica en los confines del espacio y el tiempo, la formación y evolución de las galaxias y el nacimiento de estrellas y sistemas planetarios .
En el área de estudios del Sistema Solar , LUVOIR puede proporcionar una resolución de imagen de hasta 25 km en luz visible en Júpiter, lo que permite un seguimiento detallado de la dinámica atmosférica en Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno en escalas de tiempo largas. La obtención de imágenes y espectroscopia sensibles y de alta resolución de cometas , asteroides , lunas y objetos del Cinturón de Kuiper del Sistema Solar que no serán visitados por naves espaciales en el futuro previsible puede proporcionar información vital sobre los procesos que formaron el Sistema Solar hace siglos. Además, LUVOIR tiene un papel importante que desempeñar al estudiar las columnas de las lunas oceánicas del Sistema Solar exterior, en particular Europa y Encélado , en escalas de tiempo largas.
LUVOIR estaría equipado con un instrumento interno llamado ECLIPS ( Extreme Coronagraph for LIving Planetary Systems), que permitirá la observación directa de exoplanetas similares a la Tierra. Una sombrilla estelar externa también es una opción para el diseño más pequeño de LUVOIR (LUVOIR-B).
Otros instrumentos científicos candidatos estudiados son: High-Definition Imager (HDI), una cámara de amplio campo cercana al ultravioleta, óptica y al infrarrojo cercano ; LUMOS , un espectrógrafo multiobjeto ultravioleta LUVOIR ; y POLLUX, un espectropolarímetro ultravioleta . POLLUX ( espectropolarímetro UV de alta resolución ) está siendo estudiado por un consorcio europeo, con el liderazgo y apoyo del CNES , Francia.
El observatorio puede observar longitudes de onda de luz desde el ultravioleta lejano hasta el infrarrojo cercano . Para permitir la estabilidad extrema del frente de onda necesaria para las observaciones coronográficas de exoplanetas similares a la Tierra, [11] el diseño de LUVOIR incorpora tres principios. Primero, se minimizan las vibraciones y perturbaciones mecánicas en todo el observatorio. Segundo, tanto el telescopio como el coronógrafo incorporan varias capas de control del frente de onda a través de óptica activa. Tercero, el telescopio se calienta activamente a una temperatura precisa de 270 K (−3 °C; 26 °F) para controlar las perturbaciones térmicas. El plan de desarrollo de la tecnología LUVOIR cuenta con el apoyo financiero del programa Astrophysics Strategic Mission Concept Studies de la NASA, el Goddard Space Flight Center , el Marshall Space Flight Center , el Jet Propulsion Laboratory y programas relacionados en Northrop Grumman Aerospace Systems y Ball Aerospace .
LUVOIR-A, anteriormente conocido como Telescopio Espacial de Alta Definición ( HDST ), fue propuesto por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) el 6 de julio de 2015. [12] Estaría compuesto por 36 segmentos de espejo con una apertura de 15,1 metros (50 pies) de diámetro, ofreciendo imágenes hasta 24 veces más nítidas que el Telescopio Espacial Hubble . [13] LUVOIR-A sería lo suficientemente grande como para encontrar y estudiar las docenas de planetas similares a la Tierra en nuestro vecindario cercano . Podría resolver objetos como el núcleo de una galaxia pequeña o una nube de gas en camino a colapsar en una estrella y planetas . [12]
El argumento a favor del HDST se presentó en un informe titulado "Del nacimiento cósmico a las Tierras vivas", sobre el futuro de la astronomía encargado por AURA, que gestiona el Hubble y otros observatorios en nombre de la NASA y la Fundación Nacional de la Ciencia . [14] Las ideas para la propuesta original del HDST incluían un coronógrafo interno , un disco que bloquea la luz de la estrella central, haciendo más visible un planeta oscuro, y un parasol que flotaría kilómetros frente a él para realizar la misma función. [15] LUVOIR-A se pliega, por lo que solo necesita un carenado de carga útil de 8 metros de ancho. [5] Las estimaciones de costo inicial son de aproximadamente US$10 mil millones, [15] con estimaciones de costo de vida útil de US$18 mil millones a US$24 mil millones. [1]
LUVOIR-B, anteriormente conocido como Telescopio Espacial de Gran Apertura de Tecnología Avanzada ( ATLAST ), [16] [17] [ 18] [19] es una arquitectura de 8 metros desarrollada inicialmente por el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial , [20] el centro de operaciones científicas del Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Si bien es más pequeño que LUVOIR-A, está siendo diseñado para producir una resolución angular que es de 5 a 10 veces mejor que el JWST, y un límite de sensibilidad que es hasta 2000 veces mejor que el HST. [16] [17] [20] El Equipo de Estudio LUVOIR espera que el telescopio pueda ser reparado, de manera similar al HST, ya sea por una nave espacial no tripulada o por astronautas a través de Orion o Starship . Los instrumentos como las cámaras podrían potencialmente ser reemplazados y devueltos a la Tierra para el análisis de sus componentes y futuras actualizaciones. [19]
El acrónimo original utilizado para el concepto inicial de la misión, "ATLAST", era un juego de palabras que hacía referencia al tiempo que se tardaba en decidir un sucesor para el HST. ATLAST en sí tenía tres arquitecturas propuestas diferentes: un telescopio de espejo monolítico de 8 metros (26 pies), un telescopio de espejo segmentado de 16,8 metros (55 pies) y un telescopio de espejo segmentado de 9,2 metros (30 pies). La arquitectura actual de LUVOIR-B adopta la herencia del diseño del JWST, siendo esencialmente una variante incrementalmente más grande del JWST, que tiene un espejo principal segmentado de 6,5 m. Al funcionar con energía solar , utilizaría un coronógrafo interno o un ocultador externo que puede caracterizar la atmósfera y la superficie de un exoplaneta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas de larga vida a distancias de hasta 140 años luz (43 pc), incluida su tasa de rotación, clima y habitabilidad. El telescopio también permitiría a los investigadores obtener información sobre la naturaleza de las características dominantes de la superficie, los cambios en la cobertura de nubes y el clima y, potencialmente, las variaciones estacionales en la vegetación de la superficie. [21] LUVOIR-B fue diseñado para ser lanzado en un cohete de carga pesada con un carenado de lanzamiento de 5 metros (16 pies) de diámetro, el estándar de la industria. Las estimaciones de costo de vida útil varían entre $12 mil millones y $18 mil millones. [1]
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