El Telescopio Espacial Hubble (a menudo denominado HST o Hubble ) es un telescopio espacial que fue lanzado a la órbita terrestre baja en 1990 y permanece en funcionamiento. No fue el primer telescopio espacial , pero es uno de los más grandes y versátiles, reconocido como una herramienta de investigación vital y una bendición de relaciones públicas para la astronomía . El telescopio Hubble lleva el nombre del astrónomo Edwin Hubble y es uno de los Grandes Observatorios de la NASA . El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) selecciona los objetivos del Hubble y procesa los datos resultantes, mientras que el Centro de Vuelos Espaciales Goddard (GSFC) controla la nave espacial. [8]
Hubble cuenta con un espejo de 2,4 m (7 pies 10 pulgadas) y sus cinco instrumentos principales observan en las regiones ultravioleta , visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético . La órbita del Hubble fuera de la distorsión de la atmósfera terrestre le permite capturar imágenes de muy alta resolución con una luz de fondo sustancialmente menor que la de los telescopios terrestres. Ha registrado algunas de las imágenes de luz visible más detalladas, lo que permite una visión profunda del espacio. Muchas observaciones del Hubble han conducido a avances en astrofísica , como la determinación de la tasa de expansión del universo .
Los telescopios espaciales se propusieron ya en 1923, y el telescopio Hubble fue financiado y construido en la década de 1970 por la agencia espacial estadounidense NASA con contribuciones de la Agencia Espacial Europea . Su lanzamiento previsto era en 1983, pero el proyecto se vio afectado por retrasos técnicos, problemas presupuestarios y el desastre del Challenger de 1986 . El Hubble finalmente fue lanzado en 1990, pero su espejo principal había sido rectificado incorrectamente, lo que resultó en una aberración esférica que comprometió las capacidades del telescopio. La óptica se corrigió a la calidad prevista mediante una misión de mantenimiento en 1993.
Hubble es el único telescopio diseñado para ser mantenido en el espacio por astronautas. Cinco misiones del transbordador espacial han reparado, mejorado y reemplazado sistemas del telescopio, incluidos los cinco instrumentos principales. La quinta misión se canceló inicialmente por motivos de seguridad tras el desastre del Columbia (2003), pero después de que el administrador de la NASA, Michael D. Griffin , la aprobara, la misión de mantenimiento se completó en 2009. El Hubble completó 30 años de funcionamiento en abril de 2020 [1] y está se prevé que dure hasta 2030-2040. [4]
Hubble es el telescopio de luz visible del programa Grandes Observatorios de la NASA ; otras partes del espectro están cubiertas por el Observatorio Compton de Rayos Gamma , el Observatorio Chandra de rayos X y el Telescopio Espacial Spitzer (que cubre las bandas infrarrojas). [9] El sucesor del telescopio Hubble en la banda del IR medio al visible es el Telescopio Espacial James Webb (JWST), que se lanzó el 25 de diciembre de 2021, seguido del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace en 2027. [ 10] [11] [12]
En 1923, Hermann Oberth , considerado el padre de los cohetes modernos, junto con Robert H. Goddard y Konstantin Tsiolkovsky , publicó Die Rakete zu den Planetenräumen ("El cohete al espacio planetario"), que mencionaba cómo se podía impulsar un telescopio a la órbita terrestre . por un cohete. [13]
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La historia del Telescopio Espacial Hubble se remonta a 1946, con el artículo del astrónomo Lyman Spitzer "Ventajas astronómicas de un observatorio extraterrestre". [14] En él, discutió las dos ventajas principales que un observatorio espacial tendría sobre los telescopios terrestres. En primer lugar, la resolución angular (la separación más pequeña a la que se pueden distinguir claramente los objetos) estaría limitada únicamente por la difracción , en lugar de por la turbulencia en la atmósfera, que hace que las estrellas centelleen, lo que los astrónomos conocen como visión . En ese momento, los telescopios terrestres estaban limitados a resoluciones de 0,5 a 1,0 segundos de arco , en comparación con una resolución teórica limitada por difracción de aproximadamente 0,05 segundos de arco para un telescopio óptico con un espejo de 2,5 m (8 pies 2 pulgadas) de diámetro. En segundo lugar, un telescopio espacial podría observar la luz infrarroja y ultravioleta, que son fuertemente absorbidas por la atmósfera de la Tierra . [14]
Spitzer dedicó gran parte de su carrera a impulsar el desarrollo de un telescopio espacial. [15] En 1962, un informe de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos recomendó el desarrollo de un telescopio espacial como parte del programa espacial , y en 1965, Spitzer fue nombrado jefe de un comité encargado de definir los objetivos científicos para una gran telescopio espacial. [dieciséis]
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También fue crucial el trabajo de Nancy Grace Roman , la "Madre del Hubble". [17] Mucho antes de que se convirtiera en un proyecto oficial de la NASA, dio conferencias públicas promocionando el valor científico del telescopio. Después de su aprobación, se convirtió en la científica del programa, creó el comité directivo encargado de hacer viable la implementación de las necesidades de los astrónomos [18] y escribió testimonios ante el Congreso a lo largo de la década de 1970 para defender la financiación continua del telescopio. [19] Su trabajo como científica de proyectos ayudó a establecer los estándares para la operación de grandes proyectos científicos de la NASA. [20]
La astronomía espacial comenzó a muy pequeña escala después de la Segunda Guerra Mundial , cuando los científicos aprovecharon los avances que se habían producido en la tecnología de cohetes . El primer espectro ultravioleta del Sol se obtuvo en 1946, [21] y la NASA lanzó el Observatorio Solar Orbital (OSO) para obtener espectros UV, rayos X y rayos gamma en 1962. [22] Se lanzó un telescopio solar en órbita en 1962 por el Reino Unido como parte del programa Ariel , y en 1966 la NASA lanzó la primera misión del Observatorio Astronómico Orbital (OAO). La batería del OAO-1 falló después de tres días, poniendo fin a la misión. Le siguió el Observatorio Astronómico Orbital 2 (OAO-2), que llevó a cabo observaciones ultravioleta de estrellas y galaxias desde su lanzamiento en 1968 hasta 1972, mucho más allá de su vida útil original prevista de un año. [23]
Las misiones OSO y OAO demostraron el importante papel que pueden desempeñar las observaciones espaciales en la astronomía. En 1968, la NASA desarrolló planes firmes para un telescopio reflector espacial con un espejo de 3 m (9,8 pies) de diámetro, conocido provisionalmente como Gran Telescopio Orbital o Gran Telescopio Espacial (LST), con un lanzamiento previsto para 1979. Estos planes enfatizó la necesidad de misiones de mantenimiento tripuladas al telescopio para garantizar que un programa tan costoso tuviera una vida útil prolongada, y el desarrollo simultáneo de planes para el transbordador espacial reutilizable indicó que la tecnología para permitir esto pronto estaría disponible. [24]
El éxito continuo del programa OAO alentó un consenso cada vez más fuerte dentro de la comunidad astronómica de que el LST debería ser un objetivo importante. En 1970, la NASA estableció dos comités, uno para planificar la parte de ingeniería del proyecto del telescopio espacial y el otro para determinar los objetivos científicos de la misión. Una vez establecidos, el siguiente obstáculo para la NASA fue obtener financiación para el instrumento, que sería mucho más costoso que cualquier telescopio terrestre. El Congreso de los Estados Unidos cuestionó muchos aspectos del presupuesto propuesto para el telescopio y obligó a recortar el presupuesto para las etapas de planificación, que en ese momento consistían en estudios muy detallados de los posibles instrumentos y hardware para el telescopio. En 1974, los recortes del gasto público llevaron al Congreso a eliminar todos los fondos para el proyecto del telescopio. [25]
En 1977, el entonces administrador de la NASA, James C. Fletcher, propuso una suma simbólica de 5 millones de dólares para el Hubble en el presupuesto de la NASA. Luego, el administrador asociado de ciencia espacial de la NASA, Noel Hinners , recortó todos los fondos para el Hubble, apostando a que esto impulsaría a la comunidad científica a luchar por la financiación total. Como recuerda Hinners: [26]
Ese año estaba claro que no íbamos a poder empezar a pleno rendimiento. Hubo cierta oposición en [Capitolio] Hill a un nuevo comienzo en [Hubble]. Se debió, en gran medida, según recuerdo, a la situación presupuestaria. Jim Fletcher propuso que aportáramos 5 millones de dólares como reserva de posición. No me gustó esa idea. Fue, en la lengua vernácula actual, una "concesión" para la comunidad astronómica. "Hay algo ahí dentro, así que todo está bien".
Pensé en mi propia cabecita que para revitalizar a esa comunidad sería mejor dejarla a cero. Luego dirían: "Vaya, estamos en un gran problema", y reunirían a las tropas. Así que propuse que no incluyéramos nada. No recuerdo ninguna de las discusiones detalladas o si hubo alguna, pero Jim estuvo de acuerdo con eso, así que lo eliminamos. Desde mi punto de vista, tuvo el impacto deseado de estimular a la comunidad astronómica a renovar sus esfuerzos en el frente del lobby. Si bien me gusta pensar en retrospectiva que fue un movimiento político brillante, no estoy seguro de haberlo pensado tan bien. Fue algo que surgió de improviso.
[...] millones de dólares les harían pensar que de todos modos todo está bien, pero no es así. Así que démosles un mensaje. Mi propio pensamiento, estimularlos para que entren en acción. Reducirlo a cero ciertamente daría ese mensaje. Creo que fue tan simple como eso. No hablé con nadie más sobre hacerlo primero, simplemente, "Vamos a hacer eso". Listo, funcionó. No sé si volvería a hacer eso.
La estratagema política funcionó. En respuesta a la eliminación del Hubble del presupuesto de la NASA, se coordinó un esfuerzo de lobby a nivel nacional entre los astrónomos. Muchos astrónomos se reunieron personalmente con congresistas y senadores y se organizaron campañas de envío de cartas a gran escala. La Academia Nacional de Ciencias publicó un informe enfatizando la necesidad de un telescopio espacial y, finalmente, el Senado acordó la mitad del presupuesto que había aprobado originalmente el Congreso. [27]
Los problemas de financiación llevaron a una reducción en la escala del proyecto, con el diámetro del espejo propuesto reducido de 3 ma 2,4 m, tanto para reducir costos [28] como para permitir una configuración más compacta y efectiva para el hardware del telescopio. Se abandonó un telescopio espacial precursor propuesto de 1,5 m (4 pies 11 pulgadas) para probar los sistemas que se utilizarán en el satélite principal, y las preocupaciones presupuestarias también impulsaron la colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). La ESA acordó proporcionar financiación y suministrar uno de los instrumentos de primera generación para el telescopio, así como las células solares que lo alimentarían, y personal para trabajar en el telescopio en Estados Unidos, a cambio de que se garantizara a los astrónomos europeos al menos 15 % del tiempo de observación en el telescopio. [29] El Congreso finalmente aprobó una financiación de 36 millones de dólares para 1978, y el diseño del LST comenzó en serio, con el objetivo de lanzarlo en 1983. [27] En 1983, el telescopio recibió el nombre de Edwin Hubble , [30] quien Confirmó uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo XX, realizado por Georges Lemaître , de que el universo se está expandiendo . [31]
Una vez que se dio luz verde al proyecto del Telescopio Espacial, el trabajo sobre el programa se dividió entre muchas instituciones. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) recibió la responsabilidad del diseño, desarrollo y construcción del telescopio, mientras que el Centro de Vuelos Espaciales Goddard recibió el control general de los instrumentos científicos y el centro de control terrestre de la misión. [32] MSFC encargó a la empresa de óptica Perkin-Elmer el diseño y construcción del conjunto de tubo óptico (OTA) y sensores de guía fina para el telescopio espacial. Lockheed recibió el encargo de construir e integrar la nave espacial en la que se alojaría el telescopio. [33]
Ópticamente, el HST es un reflector Cassegrain de diseño Ritchey-Chrétien , como lo son la mayoría de los grandes telescopios profesionales. Este diseño, con dos espejos hiperbólicos, es conocido por su buen rendimiento de imágenes en un amplio campo de visión, con la desventaja de que los espejos tienen formas que son difíciles de fabricar y probar. El espejo y los sistemas ópticos del telescopio determinan el rendimiento final y fueron diseñados según especificaciones exigentes. Los telescopios ópticos suelen tener espejos pulidos con una precisión de aproximadamente una décima parte de la longitud de onda de la luz visible , pero el telescopio espacial se iba a utilizar para observaciones desde el visible hasta el ultravioleta (longitudes de onda más cortas) y se especificó que tenía una difracción limitada para tomar la luz completa. Aprovechamiento del entorno espacial. Por lo tanto, su espejo debía pulirse con una precisión de 10 nanómetros, o aproximadamente 1/65 de la longitud de onda de la luz roja. [34] En el extremo de la longitud de onda larga, la OTA no fue diseñada teniendo en mente un rendimiento infrarrojo óptimo; por ejemplo, los espejos se mantienen a temperaturas estables (y cálidas, alrededor de 15 °C) mediante calentadores. Esto limita el rendimiento del Hubble como telescopio infrarrojo. [35]
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Perkin-Elmer (PE) tenía la intención de utilizar máquinas pulidoras controladas por computadora, extremadamente sofisticadas y hechas a medida para pulir el espejo hasta darle la forma requerida. [33] Sin embargo, en caso de que su tecnología de vanguardia tuviera dificultades, la NASA exigió que PE subcontratara a Kodak para construir un espejo de respaldo utilizando técnicas tradicionales de pulido de espejos. [36] (El equipo de Kodak e Itek también ofertó por el trabajo de pulido de espejo original. Su oferta pedía que las dos compañías verificaran nuevamente el trabajo de la otra, lo que casi con seguridad habría detectado el error de pulido que luego causó problemas.) [ 37] El espejo Kodak se encuentra ahora en exhibición permanente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio . [38] [39] Un espejo Itek construido como parte del esfuerzo se utiliza ahora en el telescopio de 2,4 m del Observatorio Magdalena Ridge . [40]
La construcción del espejo Perkin-Elmer comenzó en 1979, a partir de una pieza en bruto fabricada por Corning a partir de su vidrio de expansión ultrabaja. Para mantener el peso del espejo al mínimo, constaba de placas superior e inferior, cada una de 25 mm (0,98 pulgadas) de espesor, intercaladas en una red de panal . Perkin-Elmer simuló la microgravedad sosteniendo el espejo desde atrás con 130 varillas que ejercían diferentes cantidades de fuerza. [41] Esto aseguró que la forma final del espejo fuera correcta y cumpliera con las especificaciones cuando se desplegara. El pulido de espejos continuó hasta mayo de 1981. Los informes de la NASA en ese momento cuestionaron la estructura gerencial de Perkin-Elmer, y el pulido comenzó a retrasarse y excederse del presupuesto. Para ahorrar dinero, la NASA detuvo el trabajo en el espejo de respaldo y trasladó la fecha de lanzamiento del telescopio a octubre de 1984. [42] El espejo se completó a finales de 1981; se lavó con 9100 L (2000 imp gal; 2400 US gal) de agua caliente desionizada y luego recibió una capa reflectante de aluminio de 65 nm de espesor y una capa protectora de fluoruro de magnesio de 25 nm de espesor . [35] [43]
Se continuaron expresando dudas sobre la competencia de Perkin-Elmer en un proyecto de esta importancia, ya que su presupuesto y cronograma para producir el resto de la OTA continuaron inflándose. En respuesta a un cronograma descrito como "inestable y que cambia diariamente", la NASA pospuso la fecha de lanzamiento del telescopio hasta abril de 1985. Los cronogramas de Perkin-Elmer continuaron disminuyendo a un ritmo de aproximadamente un mes por trimestre y, en ocasiones, los retrasos alcanzaron un día. por cada día de trabajo. La NASA se vio obligada a posponer la fecha de lanzamiento hasta marzo y luego hasta septiembre de 1986. En ese momento, el presupuesto total del proyecto había aumentado a 1.175 millones de dólares. [44]
La nave espacial en la que se alojarían el telescopio y los instrumentos fue otro gran desafío de ingeniería. Tendría que soportar frecuentes pasos de la luz solar directa a la oscuridad de la sombra de la Tierra , lo que provocaría importantes cambios de temperatura, y al mismo tiempo sería lo suficientemente estable como para permitir una orientación extremadamente precisa del telescopio. Una cubierta de aislamiento multicapa mantiene estable la temperatura dentro del telescopio y rodea una carcasa ligera de aluminio en la que se asientan el telescopio y los instrumentos. Dentro de la carcasa, un marco de grafito y epoxi mantiene firmemente alineadas las piezas de trabajo del telescopio. [45] Debido a que los compuestos de grafito son higroscópicos , existía el riesgo de que el vapor de agua absorbido por la armadura mientras estaba en la sala limpia de Lockheed se expresara más tarde en el vacío del espacio; lo que provocó que los instrumentos del telescopio quedaran cubiertos de hielo. Para reducir ese riesgo, se realizó una purga de gas nitrógeno antes de lanzar el telescopio al espacio. [46]
Si bien la construcción de la nave espacial en la que se alojarían el telescopio y los instrumentos se desarrolló con mayor facilidad que la construcción de la OTA, Lockheed experimentó algunos retrasos en el presupuesto y el calendario, y en el verano de 1985, la construcción de la nave espacial estaba un 30% por encima del presupuesto y tres meses de retraso. Un informe de MSFC dijo que Lockheed tendía a confiar en las instrucciones de la NASA en lugar de tomar su propia iniciativa en la construcción. [47]
Las dos computadoras principales iniciales en el HST fueron el sistema DF-224 de 1,25 MHz , construido por Rockwell Autonetics, que contenía tres CPU redundantes y dos sistemas NSSC-1 (computadora de nave espacial estándar de la NASA, modelo 1) redundantes , desarrollados por Westinghouse y GSFC que utiliza lógica de diodo-transistor (DTL). Se agregó un coprocesador para el DF-224 durante la Misión de Servicio 1 en 1993, que consistía en dos cadenas redundantes de un procesador 80386 basado en Intel con un coprocesador matemático 80387. [48] El DF-224 y su coprocesador 386 fueron reemplazados por un sistema de procesador 80486 basado en Intel de 25 MHz durante la Misión de Servicio 3A en 1999. [49] La nueva computadora es 20 veces más rápida, con seis veces más memoria que la el DF-224 al que reemplazó. Aumenta el rendimiento al trasladar algunas tareas informáticas desde la Tierra a la nave espacial y ahorra dinero al permitir el uso de lenguajes de programación modernos. [50]
Además, algunos de los instrumentos y componentes científicos tenían sus propios sistemas de control integrados basados en microprocesadores. Los componentes MAT (transpondedor de acceso múltiple), MAT-1 y MAT-2, utilizan microprocesadores Hughes Aircraft CDP1802CD. [51] La cámara planetaria y de campo amplio (WFPC) también utilizó un microprocesador RCA 1802 (o posiblemente la versión anterior 1801). [52] El WFPC-1 fue reemplazado por el WFPC-2 durante la Misión de Servicio 1 en 1993, que luego fue reemplazado por la Cámara de Campo Amplio 3 (WFC3) durante la Misión de Servicio 4 en 2009. La actualización amplió la capacidad del Hubble de ver más profundamente en el universo y proporciona imágenes en tres amplias regiones del espectro. [53] [54]
Cuando se lanzó, el HST llevaba cinco instrumentos científicos: la cámara planetaria y de campo amplio (WF/PC), el espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS), el fotómetro de alta velocidad (HSP), la cámara de objetos débiles (FOC) y el espectrógrafo de objetos débiles (FOS). ). WF/PC utilizó un compartimento de instrumentos radial y los otros cuatro instrumentos se instalaron cada uno en un compartimento de instrumentos axial. [55]
WF/PC era un dispositivo de imágenes de alta resolución destinado principalmente a observaciones ópticas. Fue construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA e incorporó un conjunto de 48 filtros que aislaban líneas espectrales de particular interés astrofísico. El instrumento contenía ocho chips de dispositivos de carga acoplada (CCD) divididos entre dos cámaras, cada una de las cuales utilizaba cuatro CCD. Cada CCD tiene una resolución de 0,64 megapíxeles. [56] La cámara de campo amplio (WFC) cubría un gran campo angular a expensas de la resolución, mientras que la cámara planetaria (PC) tomaba imágenes a una distancia focal efectiva más larga que los chips WF, dándole una mayor ampliación. [55]
El espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS) era un espectrógrafo diseñado para funcionar en el ultravioleta. Fue construido por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard y podía alcanzar una resolución espectral de 90.000. [57] También se optimizaron para observaciones ultravioleta el FOC y el FOS, que eran capaces de alcanzar la resolución espacial más alta de todos los instrumentos del Hubble. En lugar de CCD, estos tres instrumentos utilizaron digiconos contadores de fotones como detectores. El FOC fue construido por la ESA, mientras que la Universidad de California en San Diego y Martin Marietta Corporation construyeron el FOS. [55]
El instrumento final fue el HSP, diseñado y construido en la Universidad de Wisconsin-Madison . Fue optimizado para observaciones en luz visible y ultravioleta de estrellas variables y otros objetos astronómicos que varían en brillo. Podría tomar hasta 100.000 mediciones por segundo con una precisión fotométrica de aproximadamente el 2% o mejor. [58]
El sistema de guía del HST también puede utilizarse como instrumento científico. Sus tres sensores de orientación fina (FGS) se utilizan principalmente para mantener el telescopio apuntado con precisión durante una observación, pero también se pueden utilizar para realizar astrometría extremadamente precisa ; Se han logrado mediciones con una precisión de 0,0003 segundos de arco. [59]
El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) es responsable del funcionamiento científico del telescopio y de la entrega de productos de datos a los astrónomos. STScI es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) y está ubicado físicamente en Baltimore , Maryland , en el campus Homewood de la Universidad Johns Hopkins , una de las 39 universidades estadounidenses y siete filiales internacionales que conforman el consorcio AURA. STScI se estableció en 1981 [60] [61] después de una especie de lucha de poder entre la NASA y la comunidad científica en general. La NASA quería mantener esta función interna, pero los científicos querían que tuviera su sede en un establecimiento académico . [62] [63] El Fondo de Coordinación Europea del Telescopio Espacial (ST-ECF), establecido en Garching bei München, cerca de Munich , en 1984, brindó un apoyo similar a los astrónomos europeos hasta 2011, cuando estas actividades se trasladaron al Centro Europeo de Astronomía Espacial. [64]
Una tarea compleja que recae en STScI es programar observaciones para el telescopio. [65] El Hubble se encuentra en una órbita terrestre baja para permitir misiones de servicio, lo que da como resultado que la Tierra oculte la mayoría de los objetivos astronómicos durante un poco menos de la mitad de cada órbita. Las observaciones no pueden realizarse cuando el telescopio pasa por la anomalía del Atlántico Sur debido a los elevados niveles de radiación , y también existen importantes zonas de exclusión alrededor del Sol (que impiden las observaciones de Mercurio ), la Luna y la Tierra. El ángulo de evitación solar es de aproximadamente 50°, para evitar que la luz del sol ilumine cualquier parte de la OTA. Evitar la Tierra y la Luna mantiene la luz brillante fuera de los FGS y evita que la luz dispersa entre en los instrumentos. Si los FGS están apagados, se pueden observar la Luna y la Tierra. Las observaciones de la Tierra se utilizaron desde el principio del programa para generar campos planos para el instrumento WFPC1. Dentro de aproximadamente 24° de los polos orbitales del Hubble existe una llamada zona de visión continua (CVZ) , en la que los objetivos no quedan ocultos durante largos períodos. [66] [67] [68]
Debido a la precesión de la órbita, la ubicación de la CVZ se mueve lentamente durante un período de ocho semanas. Debido a que el limbo de la Tierra siempre está dentro de unos 30° de las regiones dentro de la CVZ, el brillo del brillo terrestre disperso puede elevarse durante largos períodos durante las observaciones de la CVZ. Hubble orbita en órbita terrestre baja a una altitud de aproximadamente 540 kilómetros (340 millas) y una inclinación de 28,5 °. [5] La posición a lo largo de su órbita cambia con el tiempo de una manera que no es predecible con precisión. La densidad de la atmósfera superior varía según muchos factores, y esto significa que la posición predicha por el Hubble dentro de seis semanas podría tener un error de hasta 4.000 km (2.500 millas). Los cronogramas de observación generalmente se finalizan con solo unos días de anticipación, ya que un plazo más largo significaría que existe la posibilidad de que el objetivo ya no sea observable en el momento en que debía ser observado. [69] El apoyo de ingeniería para el HST lo proporciona la NASA y el personal del contratista en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard en Greenbelt, Maryland , 48 km (30 millas) al sur del STScI. La operación del Hubble es monitoreada las 24 horas del día por cuatro equipos de controladores de vuelo que conforman el Equipo de Operaciones de Vuelo del Hubble. [sesenta y cinco]
En enero de 1986, la fecha prevista para el lanzamiento del Hubble en octubre parecía factible, pero el desastre del Challenger detuvo el programa espacial estadounidense, dejó en tierra la flota del Shuttle y obligó a posponer el lanzamiento durante varios años. Durante este retraso, el telescopio se mantuvo en una sala limpia, encendido y purgado con nitrógeno, hasta que se pudiera reprogramar el lanzamiento. Esta costosa situación (alrededor de 6 millones de dólares por mes) elevó los costos generales del proyecto. Sin embargo, este retraso dio tiempo a los ingenieros para realizar pruebas exhaustivas, cambiar una batería posiblemente propensa a fallas y realizar otras mejoras. [70] Además, el software terrestre necesario para controlar el Hubble no estaba listo en 1986 y apenas lo estaba en el lanzamiento de 1990. [71] Tras la reanudación de los vuelos del transbordador, el transbordador espacial Discovery lanzó con éxito el Hubble el 24 de abril de 1990, como parte de la misión STS-31. [72]
En el momento del lanzamiento, la NASA había gastado aproximadamente 4.700 millones de dólares en dólares de 2010 ajustados a la inflación en el proyecto. [73] Los costos acumulados del Hubble se estiman en aproximadamente 11,3 mil millones de dólares en dólares de 2015, que incluyen todos los costos de mantenimiento posteriores, pero no las operaciones en curso, lo que la convierte en la misión científica más cara en la historia de la NASA. [74]
El Hubble tiene capacidad para cinco instrumentos científicos a la vez, además de los sensores de orientación fina , que se utilizan principalmente para apuntar el telescopio, pero ocasionalmente se utilizan para mediciones astrométricas científicas . Los primeros instrumentos fueron reemplazados por otros más avanzados durante las misiones de mantenimiento del Shuttle. COSTAR era un dispositivo de óptica correctiva más que un instrumento científico, pero ocupaba uno de los cuatro compartimentos de instrumentos axiales.
Desde la última misión de servicio en 2009, los cuatro instrumentos activos han sido ACS, COS, STIS y WFC3. NICMOS se mantiene en hibernación, pero puede reactivarse si WFC3 fallara en el futuro.
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De los instrumentos anteriores, tres (COSTAR, FOS y WFPC2) se exhiben en el Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsonian . [75] [76] [77] El FOC está en el museo Dornier , Alemania. [78] El HSP se encuentra en el Space Place de la Universidad de Wisconsin-Madison . [79] El primer WFPC fue desmantelado y algunos componentes se reutilizaron luego en WFC3. [80] [81]
A las pocas semanas del lanzamiento del telescopio, las imágenes devueltas indicaron un problema grave con el sistema óptico. Aunque las primeras imágenes parecían ser más nítidas que las de los telescopios terrestres, el Hubble no logró lograr un enfoque nítido final y la mejor calidad de imagen obtenida fue drásticamente inferior a la esperada. Las imágenes de fuentes puntuales se extienden en un radio de más de un segundo de arco, en lugar de tener una función de dispersión puntual (PSF) concentrada dentro de un círculo de 0,1 segundos de arco (485 n rad ) de diámetro, como se había especificado en los criterios de diseño. [82] [83]
El análisis de las imágenes defectuosas reveló que el espejo primario había sido pulido con la forma incorrecta. Aunque se creía que era uno de los espejos ópticos con figuras más precisas jamás fabricados, liso hasta unos 10 nanómetros, [34] el perímetro exterior era demasiado plano en unos 2200 nanómetros (aproximadamente 1 ⁄ 450 mm o 1 ⁄ 11 000 pulgadas). [84] Esta diferencia fue catastrófica, ya que introdujo una severa aberración esférica, un defecto en el que la luz que se refleja en el borde de un espejo se enfoca en un punto diferente de la luz que se refleja en su centro. [85]
El efecto del defecto del espejo en las observaciones científicas dependía de la observación particular: el núcleo del PSF aberrado era lo suficientemente nítido como para permitir observaciones de alta resolución de objetos brillantes, y la espectroscopia de fuentes puntuales se veía afectada sólo por una pérdida de sensibilidad. Sin embargo, la pérdida de luz en el gran halo desenfocado redujo gravemente la utilidad del telescopio para objetos débiles o imágenes de alto contraste. Esto significaba que casi todos los programas cosmológicos eran esencialmente imposibles, ya que requerían la observación de objetos excepcionalmente débiles. [85] Esto llevó a los políticos a cuestionar la competencia de la NASA, a los científicos a lamentar el costo que podría haberse destinado a esfuerzos más productivos y a los comediantes a hacer bromas sobre la NASA y el telescopio. En la comedia de 1991 The Naked Gun 2½: The Smell of Fear , en una escena donde se muestran desastres históricos, se representa al Hubble con el RMS Titanic y el LZ 129 Hindenburg . [86] [87] Sin embargo, durante los primeros tres años de la misión Hubble, antes de las correcciones ópticas, el telescopio llevó a cabo un gran número de observaciones productivas de objetivos menos exigentes. [88] El error estaba bien caracterizado y era estable, lo que permitió a los astrónomos compensar parcialmente el espejo defectuoso mediante el uso de técnicas sofisticadas de procesamiento de imágenes como la deconvolución . [89]
Se creó una comisión encabezada por Lew Allen , director del Jet Propulsion Laboratory , para determinar cómo pudo surgir el error. La Comisión Allen descubrió que un corrector nulo reflectante , un dispositivo de prueba utilizado para lograr un espejo no esférico con la forma adecuada, se había ensamblado incorrectamente: una lente estaba fuera de posición 1,3 mm (0,051 pulgadas). [90] Durante el esmerilado y pulido inicial del espejo, Perkin-Elmer analizó su superficie con dos correctores nulos refractivos convencionales. Sin embargo, para el paso final de fabricación ( calcular ), cambiaron al corrector nulo reflectante hecho a medida, diseñado explícitamente para cumplir con tolerancias muy estrictas. El montaje incorrecto de este dispositivo provocó que el espejo se rectificara con mucha precisión pero con una forma incorrecta. Durante la fabricación, algunas pruebas que utilizaron correctores nulos convencionales informaron correctamente la aberración esférica . Pero estos resultados fueron descartados, perdiendo así la oportunidad de detectar el error, porque el corrector nulo reflectante se consideró más preciso. [91]
La comisión culpó de los fallos principalmente a Perkin-Elmer. Las relaciones entre la NASA y la empresa de óptica se vieron muy tensas durante la construcción del telescopio, debido a frecuentes retrasos en el cronograma y sobrecostos. La NASA descubrió que Perkin-Elmer no revisó ni supervisó adecuadamente la construcción del espejo, no asignó a sus mejores científicos ópticos al proyecto (como lo había hecho con el prototipo) y, en particular, no involucró a los diseñadores ópticos en la construcción y verificación del espejo. el espejo. Si bien la comisión criticó duramente a Perkin-Elmer por estas fallas de gestión, la NASA también fue criticada por no detectar las deficiencias del control de calidad, como depender totalmente de los resultados de las pruebas de un solo instrumento. [92]
Muchos temían que el Hubble fuera abandonado. [93] El diseño del telescopio siempre había incorporado misiones de servicio, y los astrónomos inmediatamente comenzaron a buscar posibles soluciones al problema que pudieran aplicarse en la primera misión de servicio, programada para 1993. Mientras Kodak había puesto a tierra un espejo de respaldo para el Hubble , habría sido imposible reemplazar el espejo en órbita, y demasiado costoso y llevaría mucho tiempo traer el telescopio de regreso a la Tierra para repararlo. En cambio, el hecho de que el espejo hubiera sido rectificado con tanta precisión hasta darle la forma incorrecta llevó al diseño de nuevos componentes ópticos con exactamente el mismo error pero en el sentido opuesto, que se agregarían al telescopio en la misión de mantenimiento, actuando efectivamente como " Gafas "para corregir la aberración esférica. [94] [95]
El primer paso fue una caracterización precisa del error en el espejo principal. Trabajando hacia atrás a partir de imágenes de fuentes puntuales, los astrónomos determinaron que la constante cónica del espejo construido era−1,01390 ± 0,0002 , en lugar del previsto−1,00230 . [96] [97] El mismo número también se obtuvo analizando el corrector nulo utilizado por Perkin-Elmer para calcular el espejo, así como analizando los interferogramas obtenidos durante las pruebas en tierra del espejo. [98]
Debido a la forma en que se diseñaron los instrumentos del HST, se requirieron dos juegos diferentes de correctores. El diseño de la Cámara Planetaria y de Campo Amplio 2, ya planeada para reemplazar la WF/PC existente, incluía espejos de retransmisión para dirigir la luz a los cuatro chips de dispositivos de carga acoplada (CCD) separados que componen sus dos cámaras. Un error inverso integrado en sus superficies podría cancelar por completo la aberración del primario. Sin embargo, los demás instrumentos carecían de superficies intermedias que pudieran configurarse de esta manera, por lo que requerían un dispositivo de corrección externo. [99]
El sistema de reemplazo axial del telescopio espacial de óptica correctiva (COSTAR) fue diseñado para corregir la aberración esférica de la luz enfocada en FOC, FOS y GHRS. Consta de dos espejos en el camino de la luz con uno de tierra para corregir la aberración. [100] Para colocar el sistema COSTAR en el telescopio, uno de los otros instrumentos tuvo que ser retirado y los astrónomos seleccionaron el fotómetro de alta velocidad para sacrificarlo. [99] En 2002, todos los instrumentos originales que requerían COSTAR habían sido reemplazados por instrumentos con su propia óptica correctiva. [101] COSTAR luego fue retirado y devuelto a la Tierra en 2009, donde se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC . [102] El área anteriormente utilizada por COSTAR ahora está ocupada por el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos . [103]
Hubble fue diseñado para dar cabida a servicios regulares y actualizaciones de equipos mientras está en órbita. Los instrumentos y elementos de vida limitada fueron diseñados como unidades de reemplazo orbital . [104] Los transbordadores espaciales de la NASA realizaron cinco misiones de servicio (SM 1, 2, 3A, 3B y 4) , la primera en diciembre de 1993 y la última en mayo de 2009. [105] Las misiones de servicio fueron operaciones delicadas que comenzaron con maniobras para interceptar el telescopio en órbita y recuperarlo con cuidado con el brazo mecánico del transbordador . Luego se llevó a cabo el trabajo necesario en múltiples caminatas espaciales atadas durante un período de cuatro a cinco días. Después de una inspección visual del telescopio, los astronautas realizaron reparaciones, reemplazaron componentes defectuosos o degradados, mejoraron el equipo e instalaron nuevos instrumentos. Una vez que se completó el trabajo, el telescopio se volvió a desplegar, generalmente después de impulsarlo a una órbita más alta para abordar la decadencia orbital causada por la resistencia atmosférica . [106]
La primera misión de mantenimiento del Hubble estaba prevista para 1993 antes de que se descubriera el problema del espejo. Adquirió mayor importancia, ya que los astronautas necesitarían realizar un trabajo extenso para instalar ópticas correctivas; el fracaso habría resultado en el abandono del Hubble o en la aceptación de su discapacidad permanente. Otros componentes fallaron antes de la misión, lo que provocó que el costo de reparación aumentara a 500 millones de dólares (sin incluir el costo del vuelo del transbordador). Una reparación exitosa ayudaría a demostrar la viabilidad de construir la Estación Espacial Alfa . [107]
La misión STS-49 de 1992 demostró la dificultad del trabajo espacial. Si bien su rescate del Intelsat 603 recibió elogios, los astronautas habían asumido riesgos posiblemente imprudentes al hacerlo. Ni el rescate ni el montaje independiente de los componentes prototipo de la estación espacial se produjeron durante el entrenamiento de los astronautas, lo que llevó a la NASA a reevaluar la planificación y el entrenamiento, incluso para la reparación del Hubble. La agencia asignó a la misión a Story Musgrave —que había trabajado en procedimientos de reparación de satélites desde 1976— y a otros seis astronautas experimentados, incluidos dos de la STS-49. El primer director de misión desde el Proyecto Apolo [ se necesita aclaración ] coordinaría una tripulación con 16 vuelos anteriores del transbordador. Los astronautas fueron entrenados para utilizar alrededor de un centenar de herramientas especializadas. [108]
El calor había sido el problema en caminatas espaciales anteriores, que se realizaron a la luz del sol. El Hubble necesitaba ser reparado fuera de la luz del sol. Musgrave descubrió durante el entrenamiento en vacío, siete meses antes de la misión, que los guantes del traje espacial no protegían suficientemente contra el frío del espacio. Después de que STS-57 confirmara el problema en órbita, la NASA cambió rápidamente el equipo, los procedimientos y el plan de vuelo. Antes del lanzamiento se realizaron siete simulaciones de misión en total, la preparación más exhaustiva en la historia del transbordador. No existía una maqueta completa del Hubble, por lo que los astronautas estudiaron muchos modelos separados (incluido uno del Smithsonian) y combinaron mentalmente sus diversos y contradictorios detalles. [109]
La Misión de Servicio 1 voló a bordo del Endeavour en diciembre de 1993 e implicó la instalación de varios instrumentos y otros equipos durante diez días. Lo más importante es que el fotómetro de alta velocidad fue reemplazado por el paquete de óptica correctiva COSTAR , y WF/PC fue reemplazado por la cámara planetaria y de campo amplio 2 (WFPC2) con un sistema de corrección óptica interna. También se reemplazaron los paneles solares y su electrónica de accionamiento, así como cuatro giroscopios en el sistema de orientación del telescopio, dos unidades de control eléctrico y otros componentes eléctricos, así como dos magnetómetros. Las computadoras a bordo se actualizaron con coprocesadores adicionales y se impulsó la órbita del Hubble. [84]
El 13 de enero de 1994, la NASA declaró la misión un éxito total y mostró las primeras imágenes más nítidas. [110] La misión fue una de las más complejas realizadas hasta esa fecha, e involucró cinco largos períodos de actividad extravehicular . Su éxito fue una bendición para la NASA, así como para los astrónomos que ahora tenían un telescopio espacial más capaz. [76] [111]
La Misión de Servicio 2, realizada por Discovery en febrero de 1997, reemplazó el GHRS y el FOS con el Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial (STIS) y la Cámara de Infrarrojo Cercano y Espectrómetro de Objetos Múltiples (NICMOS), reemplazó una Grabadora de Cinta de Ingeniería y Ciencia por una nueva Registrador de Estado Sólido y aislamiento térmico reparado. [112] NICMOS contenía un disipador de calor de nitrógeno sólido para reducir el ruido térmico del instrumento, pero poco después de su instalación, una expansión térmica inesperada provocó que parte del disipador de calor entrara en contacto con un deflector óptico. Esto provocó un aumento de la tasa de calentamiento del instrumento y redujo su vida útil original prevista de 4,5 años a aproximadamente dos años. [113]
La Misión de Servicio 3A, realizada por el Discovery , tuvo lugar en diciembre de 1999 y se separó de la Misión de Servicio 3 después de que tres de los seis giroscopios a bordo fallaran. El cuarto falló unas semanas antes de la misión, dejando al telescopio incapaz de realizar observaciones científicas. La misión reemplazó los seis giroscopios , reemplazó un sensor de guía fina y la computadora, instaló un kit de mejora de voltaje/temperatura (VIK) para evitar la sobrecarga de la batería y reemplazó mantas de aislamiento térmico. [114]
La Misión de Servicio 3B realizada por Columbia en marzo de 2002 vio la instalación de un nuevo instrumento, con el FOC (que, a excepción de los sensores de guía fina cuando se usaban para astrometría, fue el último de los instrumentos originales) siendo reemplazado por la cámara avanzada para estudios. (ACS). Esto significó que COSTAR ya no era necesario, ya que todos los instrumentos nuevos tenían corrección incorporada para la aberración del espejo principal. [101] La misión también revivió NICMOS instalando un refrigerador de ciclo cerrado [113] y reemplazó los paneles solares por segunda vez, proporcionando un 30 por ciento más de energía. [115]
Los planes exigían que el Hubble fuera reparado en febrero de 2005, pero el desastre del Columbia en 2003, en el que el orbitador se desintegró al reingresar a la atmósfera, tuvo efectos de amplio alcance para el programa Hubble y otras misiones de la NASA. El administrador de la NASA, Sean O'Keefe, decidió que todas las futuras misiones del transbordador debían poder llegar al refugio seguro de la Estación Espacial Internacional en caso de que surgieran problemas durante el vuelo. Como ningún transbordador fue capaz de llegar tanto al HST como a la estación espacial durante la misma misión, se cancelaron futuras misiones de servicio tripuladas. [116] Esta decisión fue criticada por numerosos astrónomos que sintieron que el Hubble era lo suficientemente valioso como para merecer el riesgo humano. [117] No se esperaba que el sucesor planeado del HST, el Telescopio Espacial James Webb (JWST), en 2004, se lanzara al menos hasta 2011. El JWST finalmente se lanzó en diciembre de 2021. [118] Una brecha en las capacidades de observación espacial entre un desmantelamiento de El Hubble y la puesta en servicio de un sucesor fueron motivo de gran preocupación para muchos astrónomos, dado el importante impacto científico del HST. [119] La consideración de que el JWST no estará ubicado en la órbita terrestre baja y, por lo tanto, no podrá actualizarse o repararse fácilmente en caso de una falla temprana, solo agudizó las preocupaciones. Por otro lado, a los funcionarios de la NASA les preocupaba que continuar dando servicio al Hubble consumiría fondos de otros programas y retrasaría el JWST. [120]
En enero de 2004, O'Keefe dijo que revisaría su decisión de cancelar la misión de mantenimiento final al HST, debido a la protesta pública y las solicitudes del Congreso para que la NASA buscara una manera de salvarlo. La Academia Nacional de Ciencias convocó un panel oficial que recomendó en julio de 2004 que el HST debería preservarse a pesar de los riesgos aparentes. Su informe instaba a que "la NASA no debería tomar medidas que impidan una misión de servicio del transbordador espacial al Telescopio Espacial Hubble". [121] En agosto de 2004, O'Keefe pidió al Centro de Vuelos Espaciales Goddard que preparara una propuesta detallada para una misión de servicio robótica. Estos planes fueron posteriormente cancelados y la misión robótica se describió como "no factible". [122] A finales de 2004, varios miembros del Congreso, encabezados por la senadora Barbara Mikulski , celebraron audiencias públicas y llevaron a cabo una lucha con mucho apoyo público (incluidas miles de cartas de escolares de todo Estados Unidos) para lograr que la administración Bush y la NASA reconsideraran la decisión de abandonar los planes para una misión de rescate del Hubble. [123]
El nombramiento en abril de 2005 de un nuevo administrador de la NASA, Michael D. Griffin , cambió la situación, ya que Griffin declaró que consideraría una misión de mantenimiento tripulada. [124] Poco después de su nombramiento, Griffin autorizó a Goddard a continuar con los preparativos para un vuelo de mantenimiento tripulado del Hubble, diciendo que tomaría la decisión final después de las siguientes dos misiones del transbordador. En octubre de 2006, Griffin dio el visto bueno final y la misión de 11 días de Atlantis se programó para octubre de 2008. La principal unidad de manejo de datos del Hubble falló en septiembre de 2008, [125] deteniendo todos los informes de datos científicos hasta su respaldo. se puso en línea el 25 de octubre de 2008. [126] Dado que una falla de la unidad de respaldo dejaría al HST indefenso, la misión de servicio se pospuso para incorporar un reemplazo para la unidad primaria. [125]
La Misión de Servicio 4 (SM4), realizada por Atlantis en mayo de 2009, fue la última misión programada del transbordador HST. [103] [127] SM4 instaló la unidad de manejo de datos de reemplazo, reparó los sistemas ACS y STIS, instaló baterías de níquel-hidrógeno mejoradas y reemplazó otros componentes, incluidos los seis giroscopios. SM4 también instaló dos nuevos instrumentos de observación: la cámara de campo amplio 3 (WFC3) y el espectrógrafo de orígenes cósmicos (COS) [128] , y el sistema de captura y encuentro suave , que permitirá el futuro encuentro, captura y eliminación segura del Hubble por ya sea una misión tripulada o robótica. [129] Excepto por el canal de alta resolución del ACS , que no pudo repararse y quedó inutilizado, [130] [131] [132] el trabajo realizado durante SM4 hizo que el telescopio fuera completamente funcional. [103]
Desde el inicio del programa, se han llevado a cabo una serie de proyectos de investigación, algunos de ellos casi exclusivamente con el Hubble, otros con instalaciones coordinadas como el Observatorio de rayos X Chandra y el Very Large Telescope de ESO . Aunque el observatorio Hubble se acerca al final de su vida, todavía hay grandes proyectos programados para él. Un ejemplo es el proyecto actual (2022) ULLYSES (Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards), que tendrá una duración de tres años para observar un conjunto de estrellas jóvenes de alta y baja masa y arrojará luz sobre la formación y composición de las estrellas. Otro es el proyecto OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy), que se centra en comprender la evolución y la dinámica de la atmósfera de los planetas exteriores (como Júpiter y Urano) mediante la realización de observaciones de referencia durante un período prolongado. [133]
En un comunicado de prensa de agosto de 2013, se hizo referencia a CANDELS como "el proyecto más grande en la historia del Hubble". El estudio "tiene como objetivo explorar la evolución galáctica en el Universo temprano y las primeras semillas de la estructura cósmica menos de mil millones de años después del Big Bang". [134] El sitio del proyecto CANDELS describe los objetivos de la encuesta de la siguiente manera: [135]
El Estudio del Legado Extragaláctico Profundo del IR Cercano de la Asamblea Cósmica está diseñado para documentar el primer tercio de la evolución galáctica de z = 8 a 1,5 a través de imágenes profundas de más de 250.000 galaxias con WFC3/IR y ACS. También encontrará el primer SNe de tipo Ia más allá de z > 1,5 y establecerá su precisión como velas estándar para cosmología. Se seleccionan cinco regiones celestes de primer nivel con múltiples longitudes de onda; cada uno tiene datos de múltiples longitudes de onda del Spitzer y otras instalaciones, y tiene una extensa espectroscopia de las galaxias más brillantes. El uso de cinco campos muy separados mitiga la variación cósmica y produce muestras estadísticamente robustas y completas de galaxias de hasta 10 9 masas solares hasta z ~ 8.
El programa, oficialmente denominado "Hubble Deep Fields Initiative 2012", tiene como objetivo avanzar en el conocimiento de la formación temprana de galaxias mediante el estudio de galaxias de alto corrimiento al rojo en campos en blanco con la ayuda de lentes gravitacionales para ver las "galaxias más débiles del universo distante". [136] La página web de Frontier Fields describe los objetivos del programa de la siguiente manera:
El Estudio de Evolución Cósmica (COSMOS) [138] es un estudio astronómico diseñado para investigar la formación y evolución de galaxias en función tanto del tiempo cósmico (corrimiento al rojo) como del entorno galáctico local. El estudio cubre un campo ecuatorial de dos grados cuadrados con espectroscopia e imágenes de rayos X a radio de la mayoría de los principales telescopios espaciales y varios grandes telescopios terrestres, [139] lo que lo convierte en una región de enfoque clave de la astrofísica extragaláctica. COSMOS se lanzó en 2006 como el proyecto más grande llevado a cabo por el Telescopio Espacial Hubble en ese momento, y sigue siendo el área continua de cielo más grande cubierta con el fin de cartografiar el espacio profundo en campos en blanco , 2,5 veces el área de la Luna en el cielo. y 17 veces más grande que la mayor de las regiones CANDELAS. La colaboración científica COSMOS que se forjó a partir del estudio inicial COSMOS es la colaboración extragaláctica más grande y de mayor duración, conocida por su colegialidad y apertura. El estudio de las galaxias en su entorno sólo puede realizarse con grandes áreas del cielo, superiores a medio grado cuadrado. [140] Se detectan más de dos millones de galaxias, que abarcan el 90% de la edad del Universo . La colaboración COSMOS está dirigida por Caitlin Casey, Jeyhan Kartaltepe y Vernesa Smolcic e involucra a más de 200 científicos en una docena de países. [138]
Cualquiera puede solicitar tiempo en el telescopio; No hay restricciones de nacionalidad o afiliación académica, pero la financiación para el análisis sólo está disponible para instituciones estadounidenses. [141] La competencia por el tiempo en el telescopio es intensa, y aproximadamente una quinta parte de las propuestas presentadas en cada ciclo ganan tiempo en el programa. [142] [143]
Las convocatorias de propuestas se publican aproximadamente una vez al año y se asigna un tiempo para un ciclo que dura aproximadamente un año. Las propuestas se dividen en varias categorías; Las propuestas de "observador general" son las más comunes y cubren observaciones de rutina. Las "observaciones instantáneas" son aquellas en las que los objetivos requieren sólo 45 minutos o menos de tiempo del telescopio, incluidos los gastos generales como la adquisición del objetivo. Las observaciones instantáneas se utilizan para llenar los vacíos en el programa del telescopio que no pueden llenarse con los programas regulares de observadores generales. [144]
Los astrónomos pueden hacer propuestas de "objetivo de oportunidad", en las que se programan observaciones si ocurre un evento transitorio cubierto por la propuesta durante el ciclo de programación. Además, hasta el 10% del tiempo del telescopio se denomina tiempo "discrecional del director" (DD). Los astrónomos pueden solicitar el uso del tiempo DD en cualquier época del año y, por lo general, se otorga para el estudio de fenómenos transitorios inesperados, como las supernovas. [145]
Otros usos del tiempo DD han incluido las observaciones que llevaron a vistas del Campo Profundo del Hubble y del Campo Ultra Profundo del Hubble, y en los primeros cuatro ciclos de tiempo del telescopio, observaciones realizadas por astrónomos aficionados. [146] [147]
En 2012, la ESA organizó un concurso para el procesamiento de imágenes públicas de los datos del Hubble para fomentar el descubrimiento de "tesoros escondidos" en los datos sin procesar del Hubble. [148] [149]
El primer director del STScI, Riccardo Giacconi , anunció en 1986 que tenía intención de dedicar parte de su tiempo discrecional a permitir que los astrónomos aficionados utilizaran el telescopio. El tiempo total que se asignó fue de sólo unas pocas horas por ciclo, pero despertó un gran interés entre los astrónomos aficionados. [146] [147]
Las propuestas de tiempo de aficionado fueron revisadas rigurosamente por un comité de astrónomos aficionados, y el tiempo se concedió sólo a las propuestas que se consideraban que tenían un mérito científico genuino, que no duplicaban propuestas hechas por profesionales y que requerían las capacidades únicas del telescopio espacial. Trece astrónomos aficionados obtuvieron tiempo en el telescopio, y las observaciones se llevaron a cabo entre 1990 y 1997. [146] Uno de esos estudios fue " Cometas de transición: búsqueda UV de OH ". La primera propuesta, "Un estudio del telescopio espacial Hubble sobre el brillo posterior al eclipse y los cambios de albedo en Ío", se publicó en Icarus , [150] una revista dedicada a los estudios del sistema solar. En Icarus también se publicó un segundo estudio de otro grupo de aficionados . [151] Después de ese tiempo, sin embargo, las reducciones presupuestarias en STScI hicieron insostenible el apoyo al trabajo de astrónomos aficionados, y no se han llevado a cabo programas de aficionados adicionales. [146] [147]
Las propuestas habituales del Hubble todavía incluyen hallazgos u objetos descubiertos por aficionados y científicos ciudadanos . Estas observaciones suelen realizarse en colaboración con astrónomos profesionales. Una de las primeras observaciones de este tipo es la Gran Mancha Blanca de 1990 [152] en el planeta Saturno, descubierta por el astrónomo aficionado S. Wilber [153] y observada por el HST a propuesta de J. Westphal ( Caltech ). [154] [155] Las observaciones posteriores de profesionales y aficionados realizadas por el Hubble incluyen descubrimientos realizados por el proyecto Galaxy Zoo , como las galaxias Voorwerpjes y Green Pea . [156] [157] El programa "Gemas de las galaxias" se basa en una lista de objetos realizada por voluntarios del Galaxy Zoo que se acortó con la ayuda de una votación en línea. [158] Además, hay observaciones de planetas menores descubiertos por astrónomos aficionados, como 2I/Borisov y cambios en la atmósfera de los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno o los gigantes de hielo Urano y Neptuno. [159] [160] En los mundos domésticos de colaboración pro-am, el HST se utilizó para observar un objeto de masa planetaria , llamado WISE J0830+2837 . La no detección por parte del HST ayudó a clasificar este peculiar objeto. [161]
A principios de la década de 1980, la NASA y la STScI convocaron cuatro paneles para discutir proyectos clave. Se trataba de proyectos que eran importantes desde el punto de vista científico y que requerirían un tiempo considerable del telescopio, que se dedicaría explícitamente a cada proyecto. Esto garantizaba que estos proyectos particulares se completarían pronto, en caso de que el telescopio fallara antes de lo esperado. Los paneles identificaron tres proyectos de este tipo: 1) un estudio del medio intergaláctico cercano utilizando líneas de absorción de cuásares para determinar las propiedades del medio intergaláctico y el contenido gaseoso de galaxias y grupos de galaxias; [162] 2) un estudio de profundidad media utilizando la cámara de campo amplio para tomar datos cada vez que se estaba utilizando uno de los otros instrumentos [163] y 3) un proyecto para determinar la constante de Hubble dentro del diez por ciento reduciendo los errores, tanto externos como interno, en la calibración de la escala de distancia. [164]
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Hubble ha ayudado a resolver algunos problemas de larga data en astronomía, al mismo tiempo que ha planteado nuevas preguntas. Algunos resultados han requerido nuevas teorías para explicarlos.
Entre los principales objetivos de su misión estaba medir las distancias a las estrellas variables Cefeidas con mayor precisión que nunca y así limitar el valor de la constante de Hubble , la medida de la velocidad a la que se expande el universo, que también está relacionada con su edad. Antes del lanzamiento del HST, las estimaciones de la constante de Hubble normalmente tenían errores de hasta el 50%, pero las mediciones del Hubble de las variables cefeidas en el cúmulo de Virgo y otros cúmulos de galaxias distantes proporcionaron un valor medido con una precisión de ±10%, lo cual es consistente. con otras mediciones más precisas realizadas desde el lanzamiento del Hubble utilizando otras técnicas. [165] La edad estimada es ahora de unos 13,7 mil millones de años, pero antes del Telescopio Hubble, los científicos predijeron una edad que oscilaba entre 10 y 20 mil millones de años. [166]
Si bien Hubble ayudó a refinar las estimaciones de la edad del universo, también trastocó las teorías sobre su futuro. Los astrónomos del equipo de búsqueda de supernovas High-z y del proyecto de cosmología de supernovas utilizaron telescopios terrestres y HST para observar supernovas distantes y descubrieron evidencia de que, lejos de desacelerarse bajo la influencia de la gravedad , la expansión del universo se está acelerando . Posteriormente, tres miembros de estos dos grupos recibieron el Premio Nobel por su descubrimiento. [167] La causa de esta aceleración sigue siendo poco conocida; [168] el término utilizado para la causa actualmente desconocida es energía oscura , lo que significa que es oscura (no puede ser vista ni detectada directamente) para nuestros instrumentos científicos actuales. [169]
Los espectros y las imágenes de alta resolución proporcionados por el HST han resultado especialmente adecuados para establecer la prevalencia de agujeros negros en el centro de galaxias cercanas. Si bien a principios de la década de 1960 se había planteado la hipótesis de que se encontrarían agujeros negros en los centros de algunas galaxias, y en la década de 1980 los astrónomos identificaron varios buenos candidatos a agujeros negros, el trabajo realizado con el Hubble muestra que los agujeros negros probablemente sean comunes a los centros. de todas las galaxias. [170] Los programas de Hubble establecieron además que las masas de los agujeros negros nucleares y las propiedades de las galaxias están estrechamente relacionadas. [171] [172]
Una ventana única al Universo habilitada por el Hubble son las imágenes del Campo Profundo del Hubble , el Campo Ultra-Deep del Hubble y el Campo Profundo Extremo del Hubble , que utilizaron la sensibilidad incomparable del Hubble en longitudes de onda visibles para crear imágenes de pequeños parches de cielo que son las más profundas jamás obtenidas. en longitudes de onda ópticas. Las imágenes revelan galaxias a miles de millones de años luz de distancia, proporcionando así información sobre el Universo temprano y, en consecuencia, han generado una gran cantidad de artículos científicos. La Wide Field Camera 3 mejoró la visión de estos campos en infrarrojo y ultravioleta, apoyando el descubrimiento de algunos de los objetos más distantes descubiertos hasta ahora, como MACS0647-JD . [173]
El objeto no estándar SCP 06F6 fue descubierto por el Telescopio Espacial Hubble en febrero de 2006. [174] [175]
El 3 de marzo de 2016, investigadores que utilizaron datos del Hubble anunciaron el descubrimiento de la galaxia más lejana confirmada hasta la fecha: GN-z11 , que el Hubble observó tal como existía aproximadamente 400 millones de años después del Big Bang. [176] Las observaciones del Hubble se produjeron el 11 de febrero de 2015 y el 3 de abril de 2015, como parte de los estudios CANDELS / GOODS -North. [177] [178]
La colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter en 1994 fue fortuitamente programada para los astrónomos, ya que se produjo apenas unos meses después de que la Misión de Servicio 1 restaurara el rendimiento óptico del Hubble. Las imágenes del planeta por parte del Hubble fueron más nítidas que cualquier otra tomada desde el paso de la Voyager 2 en 1979, y fueron cruciales para estudiar la dinámica de la colisión de un gran cometa con Júpiter, un evento que se cree que ocurre una vez cada pocos siglos. [179]
En marzo de 2015, los investigadores anunciaron que las mediciones de las auroras alrededor de Ganímedes , una de las lunas de Júpiter, revelaron que tiene un océano bajo la superficie. Utilizando el Hubble para estudiar el movimiento de sus auroras, los investigadores determinaron que un gran océano de agua salada estaba ayudando a suprimir la interacción entre el campo magnético de Júpiter y el de Ganímedes. Se estima que el océano tiene 100 km (60 millas) de profundidad y está atrapado debajo de una corteza de hielo de 150 km (90 millas). [180] [181]
El HST también se ha utilizado para estudiar objetos en los confines exteriores del Sistema Solar, incluidos los planetas enanos Plutón , [182] Eris , [183] y Sedna . [184] Durante junio y julio de 2012, los astrónomos estadounidenses que utilizaron el Hubble descubrieron Styx , una pequeña quinta luna que orbita alrededor de Plutón. [185]
De junio a agosto de 2015, el Hubble se utilizó para buscar un objetivo del cinturón de Kuiper (KBO) para la Misión Extendida del Cinturón de Kuiper (KEM) de New Horizons cuando búsquedas similares con telescopios terrestres no lograron encontrar un objetivo adecuado. [186] Esto resultó en el descubrimiento de al menos cinco nuevos KBO, incluido el eventual objetivo KEM, 486958 Arrokoth , que New Horizons realizó un sobrevuelo cercano el 1 de enero de 2019. [187] [188] [189]
En abril de 2022, la NASA anunció que los astrónomos pudieron utilizar imágenes del HST para determinar el tamaño del núcleo del cometa C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) , que es el núcleo de cometa helado más grande jamás visto por los astrónomos. El núcleo de C/2014 UN271 tiene una masa estimada de 50 billones de toneladas, 50 veces la masa de otros cometas conocidos de nuestro sistema solar. [190]
El 11 de diciembre de 2015, Hubble capturó una imagen de la primera reaparición prevista de una supernova, denominada " Refsdal ", que se calculó utilizando diferentes modelos de masa de un cúmulo de galaxias cuya gravedad está deformando la luz de la supernova. La supernova fue vista previamente en noviembre de 2014 detrás del cúmulo de galaxias MACS J1149.5+2223 como parte del programa Frontier Fields del Hubble. La luz del cúmulo tardó aproximadamente cinco mil millones de años en llegar a la Tierra, mientras que la luz de la supernova detrás de él tardó cinco mil millones más de años, medidos por sus respectivos corrimientos al rojo . Debido al efecto gravitacional del cúmulo de galaxias, aparecieron cuatro imágenes de la supernova en lugar de una, un ejemplo de cruz de Einstein . Según los primeros modelos de lentes, se predijo que reaparecería una quinta imagen a finales de 2015. [192] Refsdal reapareció como se predijo en 2015. [193]
En marzo de 2019, las observaciones del Hubble y los datos del observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea se combinaron para determinar que la masa de la Vía Láctea es aproximadamente 1,5 billones de veces la masa del Sol, un valor intermedio entre estimaciones anteriores. [194]
Otros descubrimientos realizados con datos del Hubble incluyen discos protoplanetarios ( proplyds ) en la Nebulosa de Orión ; [195] evidencia de la presencia de planetas extrasolares alrededor de estrellas similares al Sol; [196] y las contrapartes ópticas de los todavía misteriosos estallidos de rayos gamma . [197] Usando lentes gravitacionales , Hubble observó una galaxia designada MACS 2129-1 aproximadamente a 10 mil millones de años luz de la Tierra. MACS 2129-1 subvirtió las expectativas sobre las galaxias en las que había cesado la formación de nuevas estrellas, un resultado significativo para comprender la formación de galaxias elípticas . [198]
En 2022, el Hubble detectó la luz de la estrella individual más lejana jamás vista hasta la fecha. La estrella, WHL0137-LS (apodada Earendel ), existió dentro de los primeros mil millones de años después del Big Bang. Será observada por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para confirmar que Eärendel es efectivamente una estrella. [199]
Muchas medidas objetivas muestran el impacto positivo de los datos del Hubble en la astronomía. Se han publicado más de 15.000 artículos basados en datos del Hubble en revistas revisadas por pares [200] y muchos más han aparecido en actas de congresos . Al observar los artículos varios años después de su publicación, aproximadamente un tercio de todos los artículos de astronomía no tienen citas , mientras que solo el dos por ciento de los artículos basados en datos del Hubble no tienen citas. En promedio, un artículo basado en datos del Hubble recibe aproximadamente el doble de citas que los artículos basados en datos que no son del Hubble. De los 200 artículos publicados cada año que reciben la mayor cantidad de citas, alrededor del 10% se basan en datos del Hubble. [201]
Aunque el HST claramente ha ayudado a la investigación astronómica, su costo financiero ha sido grande. Un estudio sobre los beneficios astronómicos relativos de los diferentes tamaños de telescopios encontró que, si bien los artículos basados en datos del HST generan 15 veces más citas que un telescopio terrestre de 4 m (13 pies) como el Telescopio William Herschel , el HST cuesta alrededor de 100 veces más para construir y mantener. [202]
Decidir entre construir telescopios terrestres o espaciales es complejo. Incluso antes de que se lanzara el Hubble, técnicas terrestres especializadas, como la interferometría de enmascaramiento de apertura, habían obtenido imágenes ópticas e infrarrojas de mayor resolución que las que lograría el Hubble, aunque restringidas a objetivos aproximadamente 10,8 veces más brillantes que los objetivos más débiles observados por el Hubble. [203] [204] Desde entonces, los avances en la óptica adaptativa han ampliado las capacidades de imágenes de alta resolución de los telescopios terrestres a las imágenes infrarrojas de objetos débiles. La utilidad de la óptica adaptativa versus las observaciones del HST depende en gran medida de los detalles particulares de las preguntas de investigación que se formulan. En las bandas visibles, la óptica adaptativa puede corregir sólo un campo de visión relativamente pequeño, mientras que el HST puede realizar imágenes ópticas de alta resolución en un campo más amplio. [205] Además, el Hubble puede obtener imágenes de objetos más débiles, ya que los telescopios terrestres se ven afectados por el fondo de luz dispersa creada por la atmósfera terrestre. [206]
Además de sus resultados científicos, el Hubble también ha realizado importantes contribuciones a la ingeniería aeroespacial , en particular al rendimiento de los sistemas en órbita terrestre baja (LEO). Estos conocimientos son el resultado de la larga vida útil del Hubble en órbita, su extensa instrumentación y el regreso de sus conjuntos a la Tierra, donde pueden estudiarse en detalle. En particular, Hubble ha contribuido a estudios sobre el comportamiento de estructuras compuestas de grafito en el vacío, la contaminación óptica por gas residual y el servicio humano, daños por radiación a componentes electrónicos y sensores, y el comportamiento a largo plazo del aislamiento multicapa . [207] Una lección aprendida fue que los giroscopios ensamblados utilizando oxígeno presurizado para suministrar líquido de suspensión eran propensos a fallar debido a la corrosión de los cables eléctricos. Los giroscopios ahora se ensamblan utilizando nitrógeno presurizado. [208] Otra es que las superficies ópticas en LEO pueden tener una vida útil sorprendentemente larga; Se esperaba que el Hubble solo durara 15 años antes de que el espejo quedara inutilizable, pero después de 14 años no hubo degradación mensurable. [117] Finalmente, las misiones de mantenimiento del Hubble, particularmente aquellas que repararon componentes no diseñados para el mantenimiento en el espacio, han contribuido al desarrollo de nuevas herramientas y técnicas para la reparación en órbita. [209]
Los datos del Hubble se almacenaron inicialmente en la nave espacial. Cuando se lanzaron, las instalaciones de almacenamiento eran unidades de cinta de carrete a carrete anticuadas , pero fueron reemplazadas por instalaciones de almacenamiento de datos de estado sólido durante las misiones de servicio 2 y 3A. Aproximadamente dos veces al día, el Telescopio Espacial Hubble transmite datos por radio a un satélite en el Sistema de Satélites de Retransmisión de Datos y Seguimiento geosincrónico (TDRSS), que luego transmite los datos científicos a una de las dos antenas de microondas de alta ganancia de 60 pies (18 metros) de diámetro. ubicado en las instalaciones de pruebas de White Sands en White Sands, Nuevo México . [143] Desde allí se envían al Centro de Control de Operaciones del Telescopio Espacial en el Centro de Vuelo Espacial Goddard, y finalmente al Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial para su archivo. [143] Cada semana, HST descarga aproximadamente 140 gigabits de datos. [2]
Todas las imágenes del Hubble son monocromáticas en escala de grises , tomadas a través de una variedad de filtros, cada uno de los cuales pasa longitudes de onda de luz específicas, y se incorporan en cada cámara. Las imágenes en color se crean combinando imágenes monocromáticas separadas tomadas a través de diferentes filtros. Este proceso también puede crear versiones de imágenes en colores falsos , incluidos canales infrarrojos y ultravioleta, donde el infrarrojo normalmente se representa como un rojo intenso y el ultravioleta como un azul intenso. [211] [212]
Todos los datos del Hubble eventualmente estarán disponibles a través del Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales en STScI , [213] CADC [214] y ESA/ESAC . [215] Los datos suelen ser propietarios (disponibles sólo para el investigador principal (IP) y los astrónomos designados por el IP) durante doce meses después de haber sido tomados. El IP puede solicitar al director de la STScI ampliar o reducir el período de propiedad en algunas circunstancias. [216]
Las observaciones realizadas sobre el tiempo discrecional del director están exentas del período de propiedad y se hacen públicas de inmediato. Los datos de calibración, como campos planos y marcos oscuros, también están disponibles públicamente de inmediato. Todos los datos del archivo están en formato FITS , que es adecuado para análisis astronómicos pero no para uso público. [217] El Proyecto Hubble Heritage procesa y publica al público una pequeña selección de las imágenes más llamativas en formatos JPEG y TIFF . [218]
Los datos astronómicos tomados con CCD deben pasar por varios pasos de calibración antes de que sean aptos para el análisis astronómico. STScI ha desarrollado un software sofisticado que calibra automáticamente los datos cuando se solicitan del archivo utilizando los mejores archivos de calibración disponibles. Este procesamiento "sobre la marcha" significa que las solicitudes de datos grandes pueden tardar un día o más en procesarse y devolverse. El proceso mediante el cual los datos se calibran automáticamente se conoce como "reducción de canalización" y es cada vez más común en los principales observatorios. Si lo desean, los astrónomos pueden recuperar ellos mismos los archivos de calibración y ejecutar el software de reducción de tuberías localmente. Esto puede ser conveniente cuando es necesario utilizar archivos de calibración distintos de los seleccionados automáticamente. [219]
Los datos del Hubble se pueden analizar utilizando muchos paquetes diferentes. STScI mantiene el software personalizado del Sistema de análisis de datos científicos del telescopio espacial (STSDAS), que contiene todos los programas necesarios para ejecutar la reducción de tuberías en archivos de datos sin procesar, así como muchas otras herramientas de procesamiento de imágenes astronómicas, adaptadas a los requisitos de los datos del Hubble. El software se ejecuta como un módulo de IRAF , un popular programa de reducción de datos astronómicos. [220]
La NASA consideró importante que el Telescopio Espacial capte la imaginación del público, dada la considerable contribución de los contribuyentes a sus costos de construcción y operación. [221] Después de los primeros años difíciles cuando el espejo defectuoso afectó gravemente la reputación del Hubble ante el público, la primera misión de servicio permitió su rehabilitación ya que la óptica corregida produjo numerosas imágenes notables. [76] [222]
Varias iniciativas han ayudado a mantener al público informado sobre las actividades del Hubble. En Estados Unidos, los esfuerzos de divulgación son coordinados por la Oficina de Divulgación Pública del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI), que se estableció en 2000 para garantizar que los contribuyentes estadounidenses vieran los beneficios de su inversión en el programa de telescopios espaciales. Con ese fin, STScI opera el sitio web HubbleSite.org. El Proyecto Hubble Heritage , que opera desde el STScI, proporciona al público imágenes de alta calidad de los objetos más interesantes y sorprendentes observados. El equipo de Heritage está compuesto por astrónomos aficionados y profesionales, así como por personas con experiencia fuera de la astronomía, y enfatiza la naturaleza estética de las imágenes del Hubble. Al Heritage Project se le concede una pequeña cantidad de tiempo para observar objetos que, por razones científicas, pueden no tener imágenes tomadas en longitudes de onda suficientes para construir una imagen a todo color. [218]
Desde 1999, el principal grupo de divulgación del Hubble en Europa ha sido el Centro de Información de la Agencia Espacial Europea (HEIC) Hubble. [223] Esta oficina se estableció en el Centro de Coordinación Europea del Telescopio Espacial en Munich, Alemania. La misión de HEIC es cumplir con las tareas de divulgación y educación del HST para la Agencia Espacial Europea. El trabajo se centra en la producción de noticias y comunicados fotográficos que destaquen resultados e imágenes interesantes del Hubble. A menudo son de origen europeo, lo que aumenta el conocimiento tanto de la participación del Hubble de la ESA (15%) como de la contribución de los científicos europeos al observatorio. La ESA produce material educativo, incluida una serie de videocast llamada Hubblecast diseñada para compartir con el público noticias científicas de primer nivel. [224]
El Telescopio Espacial Hubble ganó dos premios Space Achievement Awards de la Space Foundation , por sus actividades de divulgación, en 2001 y 2010. [225]
Una réplica del Telescopio Espacial Hubble se exhibe en el césped del juzgado de Marshfield, Missouri , la ciudad natal del homónimo Edwin P. Hubble. [226]
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El Telescopio Espacial Hubble celebró su vigésimo aniversario en el espacio el 24 de abril de 2010. Para conmemorar la ocasión, la NASA, la ESA y el Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) publicaron una imagen de la Nebulosa Carina . [227]
Para conmemorar el 25 aniversario del Hubble en el espacio el 24 de abril de 2015, STScI publicó imágenes del cúmulo Westerlund 2 , ubicado a unos 20.000 años luz (6.100 pc) de distancia en la constelación de Carina, a través de su sitio web Hubble 25. [228] La Agencia Espacial Europea creó una página dedicada al 25º aniversario en su sitio web. [229] En abril de 2016, se publicó una imagen especial de celebración de la Nebulosa de la Burbuja para el "cumpleaños" número 26 del Hubble. [230]
HST utiliza giroscopios para detectar y medir cualquier rotación para poder estabilizarse en órbita y apuntar de manera precisa y constante a objetivos astronómicos. Normalmente se necesitan tres giroscopios para su funcionamiento; Las observaciones todavía son posibles con dos o uno, pero el área del cielo que se puede ver sería algo restringida y las observaciones que requieren apuntar con mucha precisión son más difíciles. [231] En 2018, el plan era pasar al modo de un giroscopio si estaban operativos menos de tres giroscopios en funcionamiento. Los giroscopios forman parte del Sistema de Control de Apuntamiento , que utiliza cinco tipos de sensores (sensores magnéticos, sensores ópticos y giroscopios) y dos tipos de actuadores ( ruedas de reacción y torqueres magnéticos ). [232]
Después del desastre del Columbia en 2003, no estaba claro si sería posible otra misión de mantenimiento, y la vida útil del giroscopio volvió a ser una preocupación, por lo que los ingenieros desarrollaron un nuevo software para los modos de dos y uno giroscopio para maximizar la vida útil potencial. El desarrollo fue exitoso y en 2005 se decidió cambiar al modo de dos giroscopios para las operaciones regulares del telescopio como una forma de extender la vida útil de la misión. El cambio a este modo se realizó en agosto de 2005, dejando al Hubble con dos giroscopios en uso, dos de respaldo y dos inoperables. [233] Otro giroscopio falló en 2007. [234]
En el momento de la misión de reparación final en mayo de 2009, durante la cual se reemplazaron los seis giroscopios (con dos pares nuevos y un par restaurado), sólo tres seguían funcionando. Los ingenieros determinaron que las fallas del giroscopio fueron causadas por la corrosión de los cables eléctricos que alimentan el motor, que fue iniciada por aire presurizado con oxígeno utilizado para entregar el espeso fluido en suspensión. [208] Los nuevos modelos de giroscopio se ensamblaron utilizando nitrógeno presurizado [208] y se esperaba que fueran mucho más confiables. [235] En la misión de servicio de 2009, se reemplazaron los seis giroscopios, y después de casi diez años, solo tres giroscopios fallaron, y solo después de exceder el tiempo de ejecución promedio esperado para el diseño. [236]
De los seis giroscopios reemplazados en 2009, tres eran del diseño antiguo susceptibles de fallar el cable flexible y tres eran del nuevo diseño con una vida útil más larga. El primero de los giroscopios antiguos falló en marzo de 2014 y el segundo en abril de 2018. El 5 de octubre de 2018, el último de los giroscopios antiguos falló y uno de los giroscopios nuevos se encendió desde el modo de espera. estado. Sin embargo, ese giroscopio de reserva no funcionó inmediatamente dentro de los límites operativos, por lo que el observatorio fue puesto en modo "seguro" mientras los científicos intentaban solucionar el problema. [237] [238] La NASA tuiteó el 22 de octubre de 2018 que las "velocidades de rotación producidas por el giroscopio de respaldo se han reducido y ahora están dentro de un rango normal. Se realizarán pruebas adicionales para garantizar que el Hubble pueda regresar a operaciones científicas". con este giroscopio." [239]
Se informó ampliamente que la solución que restauró el giroscopio de respaldo de nuevo estilo al rango operativo fue "apagarlo y encenderlo nuevamente". [240] Se realizó un "reinicio de ejecución" del giroscopio, pero esto no tuvo ningún efecto y la resolución final de la falla fue más compleja. La falla se atribuyó a una inconsistencia en el fluido que rodea el flotador dentro del giroscopio (por ejemplo, una burbuja de aire). El 18 de octubre de 2018, el equipo de operaciones del Hubble dirigió la nave espacial a una serie de maniobras (moviéndola en direcciones opuestas) para mitigar la inconsistencia. Sólo después de las maniobras, y una serie de maniobras posteriores el 19 de octubre, el giroscopio operó realmente dentro de su rango normal. [241]
En misiones de servicio anteriores se han intercambiado instrumentos viejos por otros nuevos, evitando fallos y haciendo posibles nuevos tipos de ciencia. Sin misiones de servicio, todos los instrumentos acabarán fallando. En agosto de 2004, el sistema de energía del Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial (STIS) falló, dejando el instrumento inoperable. Originalmente, los componentes electrónicos habían sido completamente redundantes, pero el primer conjunto de componentes electrónicos falló en mayo de 2001. [242] Esta fuente de alimentación se reparó durante la Misión de Servicio 4 en mayo de 2009. [243]
De manera similar, la electrónica primaria de la cámara principal de Advanced Camera for Surveys (ACS) falló en junio de 2006, y el suministro de energía para la electrónica de respaldo falló el 27 de enero de 2007. [244] Sólo el canal solar ciego (SBC) del instrumento era operable usando el Electrónica del lado 1. Durante SM 4 se agregó una nueva fuente de alimentación para el canal gran angular, pero pruebas rápidas revelaron que esto no ayudó al canal de alta resolución. [245] La STS-125 volvió a poner en servicio el canal de campo amplio (WFC) en mayo de 2009, pero el canal de alta resolución (HRC) permanece fuera de línea. [246]
El 8 de enero de 2019, Hubble entró en modo seguro parcial luego de sospechas de problemas de hardware en su instrumento más avanzado, la cámara de campo amplio 3. Posteriormente, la NASA informó que la causa del modo seguro dentro del instrumento fue una detección de niveles de voltaje fuera de un rango definido. El 15 de enero de 2019, la NASA dijo que la causa del fallo fue un problema de software. Los datos de ingeniería dentro de los circuitos de telemetría no eran precisos. Además, toda la demás telemetría dentro de esos circuitos también contenía valores erróneos que indicaban que se trataba de un problema de telemetría y no de suministro de energía. Después de restablecer los circuitos de telemetría y los tableros asociados, el instrumento comenzó a funcionar nuevamente. El 17 de enero de 2019, el dispositivo volvió a funcionar con normalidad y ese mismo día completó sus primeras observaciones científicas. [247] [248]
El 13 de junio de 2021, la computadora de carga útil del Hubble se detuvo debido a un presunto problema con un módulo de memoria. Un intento de reiniciar la computadora el 14 de junio falló. Otros intentos de cambiar a uno de los otros tres módulos de memoria de respaldo a bordo de la nave espacial fallaron el 18 de junio. El 23 y 24 de junio, los ingenieros de la NASA cambiaron el Hubble a una computadora de carga útil de respaldo, pero estas operaciones también fallaron con el mismo error. El 28 de junio de 2021, la NASA anunció que ampliaría la investigación a otros componentes. [249] [250] Las operaciones científicas se suspendieron mientras la NASA trabajaba para diagnosticar y resolver el problema. [251] [252] Después de identificar una unidad de control de energía (PCU) que funciona mal y que suministra energía a una de las computadoras del Hubble, la NASA pudo cambiar a una PCU de respaldo y hacer que el Hubble volviera al modo operativo el 16 de julio. [253] [254] [255] [256] El 23 de octubre de 2021, los instrumentos HST informaron que faltaban mensajes de sincronización [257] y entraron en modo seguro. [258] Para el 8 de diciembre de 2021, la NASA había restablecido las operaciones científicas completas y estaba desarrollando actualizaciones para hacer que los instrumentos sean más resistentes a los mensajes de sincronización faltantes. [259]
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Hubble orbita la Tierra en la extremadamente tenue atmósfera superior y con el tiempo su órbita decae debido a la resistencia . Si no se reactiva , volverá a entrar en la atmósfera de la Tierra dentro de algunas décadas, y la fecha exacta dependerá de cuán activo esté el Sol y su impacto en la atmósfera superior. Si el Hubble descendiera en un reingreso completamente incontrolado, partes del espejo principal y su estructura de soporte probablemente sobrevivirían, dejando la posibilidad de daños o incluso muertes humanas. [260] En 2013, el director adjunto del proyecto, James Jeletic, proyectó que el Hubble podría sobrevivir hasta la década de 2020. [4] Según la actividad solar y la resistencia atmosférica, o la falta de ella, se producirá una reentrada atmosférica natural del Hubble entre 2028 y 2040. [4] [261] En junio de 2016, la NASA extendió el contrato de servicio para el Hubble hasta junio de 2021. [ 262] En noviembre de 2021, la NASA extendió el contrato de servicio para el Hubble hasta junio de 2026. [263]
El plan original de la NASA para sacar de órbita al Hubble de forma segura era recuperarlo utilizando un transbordador espacial . Lo más probable es que entonces el Hubble se hubiera exhibido en el Instituto Smithsonian . Esto ya no es posible desde que la flota de transbordadores espaciales ha sido retirada y, en cualquier caso, habría sido improbable debido al coste de la misión y al riesgo para la tripulación. En cambio, la NASA consideró agregar un módulo de propulsión externo para permitir el reingreso controlado. [264] Finalmente, en 2009, como parte de la Misión de Servicio 4, la última misión de servicio del Transbordador Espacial, la NASA instaló el Mecanismo de Captura Suave (SCM), para permitir la salida de órbita mediante una misión tripulada o robótica. El SCM, junto con el Sistema de Navegación Relativa (RNS), montado en el Transbordador para recopilar datos que "permitirán a la NASA buscar numerosas opciones para la salida segura de la órbita del Hubble", constituyen el Sistema de Encuentro y Captura Suave (SCRS). [129] [265]
En 2017 [actualizar], la Administración Trump estaba considerando una propuesta de Sierra Nevada Corporation para utilizar una versión tripulada de su nave espacial Dream Chaser para dar servicio al Hubble en algún momento de la década de 2020 como continuación de sus capacidades científicas y como seguro contra cualquier mal funcionamiento en el James. Telescopio espacial Webb. [266] En 2020, John Grunsfeld dijo que SpaceX Crew Dragon u Orion podrían realizar otra misión de reparación dentro de diez años. Si bien la tecnología robótica aún no es lo suficientemente sofisticada, dijo, con otra visita tripulada "podríamos mantener al Hubble funcionando durante algunas décadas más" con nuevos giroscopios e instrumentos. [267]
En septiembre de 2022, la NASA y SpaceX firmaron un Acuerdo de Ley Espacial para investigar la posibilidad de lanzar una misión Crew Dragon para dar servicio e impulsar al Hubble a una órbita más alta, posiblemente extendiendo su vida útil otros 20 años. [268]
No existe un reemplazo directo del Hubble como telescopio espacial de luz ultravioleta y visible, porque los telescopios espaciales de corto plazo no duplican la cobertura de longitud de onda del Hubble (longitudes de onda del ultravioleta cercano al infrarrojo cercano), sino que se concentran en las bandas infrarrojas más lejanas. Estas bandas son las preferidas para estudiar objetos con alto corrimiento al rojo y bajas temperaturas, objetos generalmente más antiguos y más lejanos en el universo. Estas longitudes de onda también son difíciles o imposibles de estudiar desde la Tierra, lo que justifica el gasto de un telescopio espacial. Los grandes telescopios terrestres pueden obtener imágenes de algunas de las mismas longitudes de onda que el Hubble, a veces desafían al HST en términos de resolución mediante el uso de óptica adaptativa (AO), tienen un poder de captación de luz mucho mayor y pueden actualizarse más fácilmente, pero aún no pueden igualar el del Hubble. Excelente resolución en un amplio campo de visión con el fondo muy oscuro del espacio. [205] [206]
Los planes para un sucesor del Hubble se materializaron como el proyecto del Telescopio Espacial de Próxima Generación, que culminó con los planes para el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el sucesor formal del Hubble. [269] Muy diferente de un Hubble ampliado, está diseñado para operar más frío y más lejos de la Tierra en el punto Lagrangiano L2 , donde se reducen las interferencias térmicas y ópticas de la Tierra y la Luna. No está diseñado para ser completamente funcional (como instrumentos reemplazables), pero el diseño incluye un anillo de acoplamiento para permitir visitas desde otras naves espaciales. [270] Uno de los principales objetivos científicos del JWST es observar los objetos más distantes del universo, más allá del alcance de los instrumentos existentes. Se espera detectar estrellas en el Universo temprano aproximadamente 280 millones de años más antiguas que las estrellas que detecta ahora el HST. [271] El telescopio es una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense desde 1996, [272] y fue lanzado el 25 de diciembre de 2021 en un cohete Ariane 5 . [273] Aunque JWST es principalmente un instrumento infrarrojo, su cobertura se extiende hasta una luz de longitud de onda de 600 nm, o aproximadamente naranja en el espectro visible. Un ojo humano típico puede ver luz con una longitud de onda de aproximadamente 750 nm, por lo que existe cierta superposición con las bandas de longitud de onda visibles más largas, incluidas la luz naranja y roja. [274]
Un telescopio complementario, que observa longitudes de onda aún más largas que el Hubble o el JWST, fue el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea , lanzado el 14 de mayo de 2009. Al igual que el JWST, el Herschel no fue diseñado para recibir mantenimiento después del lanzamiento y tenía un espejo sustancialmente más grande que el Hubble o el JWST. La del Hubble, pero observada sólo en el infrarrojo lejano y submilimétrico . Necesitaba refrigerante de helio, del cual se acabó el 29 de abril de 2013. [275]
Otros conceptos para telescopios espaciales avanzados del siglo XXI incluyen el Gran Explorador Infrarrojo Óptico Ultravioleta (LUVOIR), [277] un telescopio espacial óptico conceptualizado de 8 a 16,8 metros (310 a 660 pulgadas) que, de realizarse, podría ser un sucesor más directo del HST. con la capacidad de observar y fotografiar objetos astronómicos en las longitudes de onda visible, ultravioleta e infrarroja, con una resolución sustancialmente mejor que la del Hubble o el Telescopio Espacial Spitzer. El informe de planificación final, preparado para el Estudio Decenal de Astronomía y Astrofísica de 2020 , sugirió una fecha de lanzamiento para 2039. [278] El Estudio Decadal finalmente recomendó que las ideas para LUVOIR se combinaran con la propuesta del Observador de Exoplanetas Habitables para diseñar un nuevo telescopio de 6 metros. Telescopio insignia que podría lanzarse en la década de 2040. [279]
Los telescopios terrestres existentes y varios telescopios extremadamente grandes propuestos pueden exceder el HST en términos de poder de captación de luz y límite de difracción debido a espejos más grandes, pero otros factores afectan a los telescopios. En algunos casos, pueden igualar o superar al Hubble en resolución mediante el uso de óptica adaptativa (AO). Sin embargo, la AO en grandes reflectores terrestres no hará que el Hubble y otros telescopios espaciales queden obsoletos. La mayoría de los sistemas AO agudizan la visión en un campo muy estrecho: Lucky Cam , por ejemplo, produce imágenes nítidas de sólo 10 a 20 segundos de arco de ancho, mientras que las cámaras del Hubble producen imágenes nítidas en un campo de 150 segundos de arco (2½ minutos de arco). Además, los telescopios espaciales pueden estudiar el universo en todo el espectro electromagnético, la mayor parte del cual está bloqueado por la atmósfera terrestre. Por último, el cielo de fondo es más oscuro en el espacio que en la Tierra, porque el aire absorbe energía solar durante el día y luego la libera durante la noche, produciendo un brillo tenue, pero no obstante discernible, que borra los objetos astronómicos de bajo contraste. [280]
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Medios relacionados con el Telescopio Espacial Hubble en Wikimedia Commons
