El telescopio espacial Hubble (a menudo denominado HST o Hubble ) es un telescopio espacial que se lanzó a la órbita baja terrestre en 1990 y sigue 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 como un beneficio 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 de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) selecciona los objetivos del Hubble y procesa los datos resultantes, mientras que el Centro de Vuelo Espacial Goddard (GSFC) controla la nave espacial. [8]
El Hubble cuenta con un espejo de 2,4 m (7 pies 10 pulgadas) y sus cinco instrumentos principales observan en las regiones ultravioleta , visible y cercana al infrarrojo del espectro electromagnético . La órbita del Hubble fuera de la distorsión de la atmósfera terrestre le permite capturar imágenes de resolución extremadamente alta con una luz de fondo sustancialmente menor que los telescopios terrestres. Ha registrado algunas de las imágenes en luz visible más detalladas, lo que permite una visión profunda del espacio. Muchas observaciones del Hubble han llevado a avances en la astrofísica , como la determinación de la tasa de expansión del universo .
Los telescopios espaciales fueron propuestos 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 estaba previsto para 1983, pero el proyecto se vio afectado por retrasos técnicos, problemas de presupuesto y el desastre del Challenger de 1986. El Hubble fue finalmente lanzado en 1990, pero su espejo principal había sido pulido incorrectamente, lo que resultó en una aberración esférica que comprometió las capacidades del telescopio. La óptica fue corregida a su calidad prevista por una misión de mantenimiento en 1993.
El Hubble es el único telescopio diseñado para que los astronautas le den mantenimiento en el espacio. 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 se prevé que dure hasta 2030-2040. [4]
El Hubble es el telescopio de luz visible del programa Grandes Observatorios de la NASA ; otras partes del espectro están cubiertas por el Observatorio de Rayos Gamma Compton , el Observatorio de Rayos X Chandra y el Telescopio Espacial Spitzer (que cubre las bandas infrarrojas). [9] El sucesor de la banda de infrarrojo medio a visible del telescopio Hubble es el Telescopio Espacial James Webb (JWST), que se lanzó el 25 de diciembre de 2021, al que seguirá el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman en 2027. [10] [11] [12]
En 1923, Hermann Oberth —considerado el padre de la cohetería moderna, junto con Robert H. Goddard y Konstantin Tsiolkovsky— publicó Die Rakete zu den Planetenräumen ("El cohete al espacio planetario"), que mencionaba cómo un telescopio podía ser propulsado a la órbita de la Tierra mediante un cohete. [13]
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La historia del telescopio espacial Hubble se remonta a 1946, cuando el astrónomo Lyman Spitzer publicó su artículo "Ventajas astronómicas de un observatorio extraterrestre". [14] En él, Spitzer analizaba las dos ventajas principales que tendría un observatorio espacial 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 titilen, lo que los astrónomos conocen como " seeing ". 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 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 designado jefe de un comité al que se le dio la tarea de definir los objetivos científicos para un gran telescopio espacial. [16]
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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 que se aprobó, se convirtió en la científica del programa, estableciendo el comité directivo a cargo de hacer que las necesidades de los astrónomos fueran factibles de implementar [18] y escribiendo testimonios al Congreso durante la década de 1970 para defender la financiación continua del telescopio. [19] Su trabajo como científica del proyecto ayudó a establecer los estándares para la operación de la NASA de grandes proyectos científicos. [20]
La astronomía espacial había comenzado a muy pequeña escala después de la Segunda Guerra Mundial , ya que los científicos hicieron uso de 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 de rayos UV, X y gamma en 1962. [22] Un telescopio solar en órbita fue lanzado 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, terminando la misión. Fue seguido por 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 planificada originalmente de un año. [23]
Las misiones OSO y OAO demostraron el importante papel que podían 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 de diámetro, conocido provisionalmente como el Gran Telescopio Orbital o Gran Telescopio Espacial (LST), cuyo lanzamiento estaba previsto para 1979. Estos planes enfatizaban la necesidad de misiones de mantenimiento tripuladas al telescopio para garantizar que un programa tan costoso tuviera una larga vida útil, y el desarrollo simultáneo de planes para el transbordador espacial reutilizable indicó que la tecnología para permitir esto pronto estaría disponible. [24]
El continuo éxito del programa OAO alentó un consenso cada vez más fuerte dentro de la comunidad astronómica de que el LST debía ser un objetivo principal. 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 que se establecieron estos, el siguiente obstáculo para la NASA fue obtener fondos para el instrumento, que sería mucho más costoso que cualquier telescopio terrestre. El Congreso de los EE. UU. cuestionó muchos aspectos del presupuesto propuesto para el telescopio y forzó recortes en el presupuesto para las etapas de planificación, que en ese momento consistían en estudios muy detallados de los instrumentos y el hardware potenciales 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. El entonces administrador asociado de la NASA para la Ciencia Espacial, Noel Hinners , en cambio, recortó toda la financiación del Hubble, apostando a que esto galvanizaría a la comunidad científica para luchar por una financiación completa. Como recuerda Hinners: [26]
Ese año estaba claro que no íbamos a poder empezar a trabajar a pleno rendimiento. Hubo cierta oposición en el Capitolio a que se pusiera en marcha de nuevo el Hubble. Recuerdo que en gran parte se debió a la situación presupuestaria. Jim Fletcher propuso que invirtiéramos 5 millones de dólares como reserva. No me gustó esa idea. Era, en el lenguaje actual, una "concesión" a la comunidad astronómica. "Hay algo ahí, así que todo está bien".
En mi cabeza se me ocurrió que para animar a esa comunidad sería mejor ponerlo a cero. Entonces dirían: "Vaya, estamos en serios problemas", y eso movilizaría a las tropas. Así que propuse que no introdujéramos nada. No recuerdo ninguna de las discusiones detalladas ni si hubo alguna, pero Jim estuvo de acuerdo, así que lo pusimos a cero. Desde mi punto de vista, tuvo el impacto deseado de estimular a la comunidad astronómica a renovar sus esfuerzos en el frente de la presión. Aunque me gusta pensar en retrospectiva que fue una jugada política brillante, no estoy seguro de haberlo pensado bien. Fue algo que surgió en el momento.
[...] Cinco millones de dólares les harían pensar que todo está bien de todos modos, pero no es así. Así que vamos a darles un mensaje. Mi propia forma de pensar es estimularlos para que entren en acción. Ponerlo a cero ciertamente les daría ese mensaje. Creo que fue así de simple. No le hablé a nadie más sobre hacerlo primero, solo dije: "Hagámoslo". Voila, funcionó. No sé si lo haría de nuevo.
La maniobra política funcionó. En respuesta a la eliminación del Hubble del presupuesto de la NASA, se coordinó una campaña de cabildeo 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 que enfatizaba la necesidad de un telescopio espacial y, finalmente, el Senado aceptó reducir a la mitad el presupuesto que originalmente había sido aprobado por el Congreso. [27]
Los problemas de financiación llevaron a una reducción de la escala del proyecto, y el diámetro del espejo propuesto se redujo de 3 m a 2,4 m, tanto para reducir los costes [28] como para permitir una configuración más compacta y eficaz del hardware del telescopio. Se descartó la propuesta de construir un telescopio espacial precursor de 1,5 m (4 pies 11 pulgadas) para probar los sistemas que se utilizarían en el satélite principal, y las preocupaciones presupuestarias también impulsaron la colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). La ESA aceptó proporcionar financiación y suministrar uno de los instrumentos de primera generación para el telescopio, así como las células solares que lo alimentarían y el personal para trabajar en el telescopio en los Estados Unidos, a cambio de que se garantizara a los astrónomos europeos al menos el 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, apuntando a una fecha de lanzamiento de 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 del 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 Goddard de Vuelos Espaciales recibió el control general de los instrumentos científicos y el centro de control terrestre para la misión. [32] El MSFC encargó a la empresa de óptica Perkin-Elmer el diseño y la construcción del conjunto del tubo óptico (OTA) y los sensores de guía fina para el telescopio espacial. Se encargó a Lockheed la construcción e integración de la nave espacial en la que se alojaría el telescopio. [33]
Ópticamente, el HST es un reflector Cassegrain de diseño Ritchey–Chrétien , como la mayoría de los grandes telescopios profesionales. Este diseño, con dos espejos hiperbólicos, es conocido por su buen rendimiento en la captura 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 estuviera limitado por difracción para aprovechar al máximo el entorno espacial. Por lo tanto, su espejo necesitaba ser pulido con una precisión de 10 nanómetros, o aproximadamente 1/65 de la longitud de onda de la luz roja. [34] En el extremo de longitud de onda larga, el OTA no fue diseñado teniendo en mente un rendimiento óptimo en infrarrojos; 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 construidas a medida para pulir el espejo hasta obtener 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 presentó una oferta para el trabajo de pulido del espejo original. Su oferta exigía que las dos empresas revisaran dos veces el trabajo de la otra, lo que casi con certeza habría detectado el error de pulido que más tarde causó problemas). [37] El espejo Kodak ahora está en exhibición permanente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio . [38] [39] Un espejo de Itek construido como parte del esfuerzo ahora se utiliza en el telescopio de 2,4 m del Observatorio Magdalena Ridge . [40]
La construcción del espejo Perkin-Elmer comenzó en 1979, partiendo de una pieza bruta fabricada por Corning a partir de su vidrio de expansión ultrabaja. Para mantener el peso del espejo al mínimo, se componía de placas superior e inferior, cada una de 25 mm (0,98 pulgadas) de espesor, que formaban un entramado en forma de panal . Perkin-Elmer simuló la microgravedad sosteniendo el espejo desde atrás con 130 varillas que ejercían distintas cantidades de fuerza. [41] Esto aseguró que la forma final del espejo fuera correcta y se ajustara a las especificaciones cuando se desplegara. El pulido del espejo continuó hasta mayo de 1981. Los informes de la NASA de la época cuestionaron la estructura administrativa de Perkin-Elmer, y el pulido comenzó a retrasarse y superar el 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 fines de 1981; Se lavó utilizando 9.100 L (2.000 imp gal; 2.400 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 siguieron expresando dudas sobre la competencia de Perkin-Elmer para un proyecto de esta importancia, ya que su presupuesto y el calendario para producir el resto del OTA seguían aumentando. En respuesta a un calendario descrito como "inestable y cambiante a diario", la NASA pospuso la fecha de lanzamiento del telescopio hasta abril de 1985. Los cronogramas de Perkin-Elmer siguieron demorándose a un ritmo de aproximadamente un mes por trimestre, y en ocasiones los retrasos llegaron a alcanzar un día por cada día de trabajo. La NASA se vio obligada a posponer la fecha de lanzamiento hasta marzo y luego septiembre de 1986. Para entonces, el presupuesto total del proyecto había ascendido 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 pasajes de la luz solar directa a la oscuridad de la sombra de la Tierra , lo que causaría grandes cambios de temperatura, al mismo tiempo que era lo suficientemente estable como para permitir apuntar el telescopio con extrema precisión. 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 las partes funcionales del telescopio firmemente alineadas. [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 daría como resultado 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]
Aunque la construcción de la nave espacial en la que se alojarían el telescopio y los instrumentos se desarrolló con cierta fluidez que la construcción de la OTA, Lockheed experimentó algunos retrasos en el presupuesto y el cronograma, y en el verano de 1985, la construcción de la nave espacial había excedido en un 30% el presupuesto y estaba tres meses retrasada. Un informe de MSFC decía que Lockheed tendía a depender de las instrucciones de la NASA en lugar de tomar su propia iniciativa en la construcción. [47]
Los dos ordenadores primarios iniciales del HST fueron el sistema DF-224 de 1,25 MHz , construido por Rockwell Autonetics, que contenía tres CPU redundantes, y dos sistemas redundantes NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer, Model 1), desarrollados por Westinghouse y GSFC utilizando lógica de diodo-transistor (DTL). Se añadió 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] El nuevo ordenador es 20 veces más rápido, con seis veces más memoria, que 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 (Multiple Access Transponder), MAT-1 y MAT-2, utilizan microprocesadores Hughes Aircraft CDP1802CD. [51] La Wide Field and Planetary Camera (WFPC) también utilizó un microprocesador RCA 1802 (o posiblemente la versión anterior 1801). [52] La WFPC-1 fue reemplazada por la WFPC-2 durante la Misión de Servicio 1 en 1993, que luego fue reemplazada por la Wide Field Camera 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 proporcionar imágenes en tres amplias regiones del espectro. [53] [54]
En el momento de su lanzamiento, 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). La WF/PC utilizaba un compartimento de instrumentos radial, y los otros cuatro instrumentos estaban instalados en un compartimento de instrumentos axial. [55]
El 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 incorporaba un conjunto de 48 filtros que aislaban las líneas espectrales de particular interés astrofísico. El instrumento contenía ocho chips de dispositivo acoplado por carga (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, lo que le otorgaba un mayor aumento. [55]
El espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS) fue un espectrógrafo diseñado para operar en el ultravioleta. Fue construido por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard y podía alcanzar una resolución espectral de 90.000. [57] También optimizados para observaciones ultravioleta estaban el FOC y el FOS, que eran capaces de la resolución espacial más alta de todos los instrumentos del Hubble. En lugar de CCD, estos tres instrumentos usaban digiconos contadores de fotones como detectores. El FOC fue construido por la ESA, mientras que la Universidad de California, 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 con brillo variable. Podía 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 guía fina (FGS) se utilizan principalmente para mantener el telescopio apuntado con precisión durante una observación, pero también pueden utilizarse 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 de la operación científica del telescopio y de la entrega de productos de datos a los astrónomos. El 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 afiliadas internacionales que conforman el consorcio AURA. El 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 había querido mantener esta función internamente, pero los científicos querían que estuviera basada en un establecimiento académico . [62] [63] El Centro de Coordinación Europea del Telescopio Espacial (ST-ECF), establecido en Garching bei München cerca de Múnich en 1984, proporcionó 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 sobre STScI es la programación de observaciones para el telescopio. [65] El Hubble está en una órbita baja terrestre para permitir misiones de servicio, lo que da como resultado que la mayoría de los objetivos astronómicos estén ocultados por la Tierra durante un poco menos de la mitad de cada órbita. Las observaciones no pueden tener lugar cuando el telescopio pasa por la Anomalía del Atlántico Sur debido a los elevados niveles de radiación , y también hay zonas de exclusión considerables alrededor del Sol (que impiden las observaciones de Mercurio ), la Luna y la Tierra. El ángulo de evitación solar es de unos 50°, para evitar que la luz solar ilumine cualquier parte de la OTA. La evitación de 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 muy temprano en el programa para generar campos planos para el instrumento WFPC1. Existe una llamada zona de visualización continua (CVZ), dentro de aproximadamente 24° de los polos orbitales del Hubble , en la que los objetivos no se ocultan 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 borde de la Tierra siempre está a unos 30° de las regiones dentro de la CVZ, el brillo de la luz cenicienta dispersa puede ser elevado durante largos períodos durante las observaciones de la CVZ. El Hubble orbita en la órbita baja de la Tierra a una altitud de aproximadamente 540 kilómetros (340 mi) 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 prevista del Hubble para el período de seis semanas podría tener un error de hasta 4.000 km (2.500 mi). Los cronogramas de observación generalmente se finalizan solo unos días antes, ya que un tiempo de anticipación más largo significaría que existía la posibilidad de que el objetivo fuera inobservable para el momento en que se debía observar. [69] El soporte de ingeniería para el HST es proporcionado por la NASA y el personal del contratista en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard en Greenbelt, Maryland , 48 km (30 mi) al sur del STScI. El funcionamiento del Hubble es monitoreado las 24 horas del día por cuatro equipos de controladores de vuelo que conforman el Equipo de Operaciones de Vuelo del Hubble. [65]
En enero de 1986, la fecha de lanzamiento prevista para el Hubble, en octubre, parecía factible, pero el desastre del Challenger detuvo el programa espacial estadounidense, dejó en tierra a la flota de transbordadores 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 un lanzamiento. Esta costosa situación (unos 6 millones de dólares al mes) elevó los costos generales del proyecto. Sin embargo, este retraso permitió que los ingenieros tuvieran tiempo para realizar pruebas exhaustivas, cambiar una batería que posiblemente fallara y realizar otras mejoras. [70] Además, el software terrestre necesario para controlar el Hubble no estaba listo en 1986, y apenas lo estaba para 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 lanzamiento, la NASA había gastado aproximadamente 4.700 millones de dólares estadounidenses en dólares de 2010 ajustados por inflación en el proyecto. [73] Se estima que los costos acumulados del Hubble son de aproximadamente 11.300 millones de dólares estadounidenses en dólares de 2015, que incluyen todos los costos de servicio posteriores, pero no las operaciones en curso, lo que lo convierte en la misión científica más cara en la historia de la NASA. [74]
El Hubble alberga cinco instrumentos científicos en un momento dado, además de los sensores de guía fina , que se utilizan principalmente para apuntar el telescopio, pero que ocasionalmente se utilizan para mediciones astrométricas científicas . Los primeros instrumentos fueron reemplazados por otros más avanzados durante las misiones de servicio del transbordador. COSTAR era un dispositivo de óptica correctiva en lugar de un instrumento científico, pero ocupaba uno de los cuatro compartimentos de instrumentos axiales.
Desde la última misión de mantenimiento en 2009, los cuatro instrumentos activos han sido ACS, COS, STIS y WFC3. NICMOS se mantiene en hibernación, pero podría reactivarse si WFC3 fallara en el futuro.
De los instrumentos anteriores, tres (COSTAR, FOS y WFPC2) se exhiben en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Instituto Smithsoniano . [75] [76] [77] El FOC está en el museo Dornier , Alemania. [78] El HSP está en el Space Place de la Universidad de Wisconsin-Madison . [79] El primer WFPC fue desmantelado y algunos componentes se reutilizaron en el WFC3. [80] [81]
A las pocas semanas del lanzamiento del telescopio, las imágenes obtenidas indicaron un grave problema con el sistema óptico. Aunque las primeras imágenes parecían ser más nítidas que las de los telescopios terrestres, el Hubble no logró un enfoque nítido final y la mejor calidad de imagen obtenida fue drásticamente inferior a la esperada. Las imágenes de fuentes puntuales se extendían sobre un radio de más de un segundo de arco, en lugar de tener una función de dispersión de puntos (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 hasta obtener una forma incorrecta. Aunque se creía que era uno de los espejos ópticos con las figuras más precisas jamás fabricadas, liso hasta unos 10 nanómetros, [34] el perímetro exterior era demasiado plano en unos 2200 nanómetros (aproximadamente 1 ⁄ 450 mm o 1 ⁄ 11000 pulgadas). [84] Esta diferencia fue catastrófica, ya que introdujo una aberración esférica grave, 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 sobre las observaciones científicas dependía de la observación en particular: el núcleo de la PSF aberrada era lo suficientemente nítido como para permitir observaciones de alta resolución de objetos brillantes, y la espectroscopia de fuentes puntuales se vio afectada solo 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 significó 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, el Hubble es retratado 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 realizó una gran cantidad 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 técnicas sofisticadas de procesamiento de imágenes como la deconvolución . [89]
Se creó una comisión encabezada por Lew Allen , director del Laboratorio de Propulsión a Chorro , para determinar cómo pudo haber surgido el error. La Comisión Allen descubrió que un corrector nulo reflectivo , 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 por 1,3 mm (0,051 pulgadas). [90] Durante el pulido y esmerilado inicial del espejo, Perkin-Elmer analizó su superficie con dos correctores nulos refractivos convencionales. Sin embargo, para el paso de fabricación final ( calculado ), cambiaron al corrector nulo reflectivo hecho a medida, diseñado explícitamente para cumplir con tolerancias muy estrictas. El ensamblaje incorrecto de este dispositivo dio como resultado que el espejo se puliera con mucha precisión pero con la forma incorrecta. Durante la fabricación, algunas pruebas con correctores nulos convencionales informaron correctamente una aberración esférica . Pero estos resultados se descartaron, perdiendo así la oportunidad de detectar el error, porque el corrector nulo reflectivo se consideró más preciso. [91]
La comisión atribuyó los fallos principalmente a Perkin-Elmer. Las relaciones entre la NASA y la empresa de óptica habían sido muy tensas durante la construcción del telescopio, debido a los frecuentes retrasos en el cronograma y a los sobrecostes. 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 hizo para el prototipo) y, en particular, no involucró a los diseñadores ópticos en la construcción y verificación del espejo. Si bien la comisión criticó duramente a Perkin-Elmer por estos fallos de gestión, también criticó a la NASA por no detectar las deficiencias de control de calidad, como confiar totalmente en 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 mantenimiento, y los astrónomos inmediatamente comenzaron a buscar soluciones potenciales al problema que pudieran aplicarse en la primera misión de mantenimiento, programada para 1993. Aunque Kodak había pulido un espejo de respaldo para el Hubble, habría sido imposible reemplazar el espejo en órbita, y demasiado costoso y lento traer el telescopio de regreso a la Tierra para una reparación. En cambio, el hecho de que el espejo hubiera sido pulido con tanta precisión hasta la forma incorrecta condujo al diseño de nuevos componentes ópticos con exactamente el mismo error pero en el sentido opuesto, para ser agregados al telescopio en la misión de mantenimiento, actuando efectivamente como " anteojos " 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 tal como estaba construido era−1,01390 ± 0,0002 , en lugar del valor 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 conjuntos diferentes de correctores. El diseño de la Cámara Planetaria y de Campo Amplio 2, ya planificada para reemplazar a la WF/PC existente, incluía espejos de retransmisión para dirigir la luz hacia los cuatro chips de dispositivo acoplado por carga (CCD) separados que conformaban sus dos cámaras. Un error inverso integrado en sus superficies podría cancelar completamente la aberración del primario. Sin embargo, los otros 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 con óptica correctiva (COSTAR) fue diseñado para corregir la aberración esférica de la luz enfocada en el FOC, FOS y GHRS. Consiste en dos espejos en la trayectoria de la luz con un soporte para corregir la aberración. [100] Para instalar el sistema COSTAR en el telescopio, uno de los otros instrumentos tuvo que ser removido, y los astrónomos seleccionaron el fotómetro de alta velocidad para ser sacrificado. [99] Para 2002, todos los instrumentos originales que requerían COSTAR habían sido reemplazados por instrumentos con su propia óptica correctiva. [101] COSTAR fue luego removido 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 utilizada anteriormente por COSTAR ahora está ocupada por el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos . [103]
El Hubble fue diseñado para dar cabida a servicios regulares de mantenimiento y actualizaciones de equipos mientras estaba en órbita. Los instrumentos y los elementos de vida útil limitada fueron diseñados como unidades de reemplazo orbital . [104] Cinco misiones de servicio (SM 1, 2, 3A, 3B y 4) fueron voladas por transbordadores espaciales de la NASA , 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 cuidadosamente con el brazo mecánico del transbordador . Luego, el trabajo necesario se llevó a cabo 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, actualizaron 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 descomposición orbital causada por el arrastre atmosférico . [106]
La primera misión de mantenimiento del Hubble estaba prevista para 1993, antes de que se descubriera el problema del espejo. Este adquirió mayor importancia, ya que los astronautas tendrían que hacer un trabajo extenso para instalar la óptica correctiva; un fallo habría dado como resultado el abandono del Hubble o la aceptación de su inutilización permanente. Otros componentes fallaron antes de la misión, lo que provocó que el coste de la reparación ascendiera a 500 millones de dólares (sin incluir el coste del vuelo del transbordador). Una reparación exitosa ayudaría a demostrar la viabilidad de construir la Estación Espacial Alpha . [107]
La misión STS-49 de 1992 demostró la dificultad del trabajo espacial. Si bien el rescate del Intelsat 603 recibió elogios, los astronautas habían asumido riesgos posiblemente imprudentes al hacerlo. Ni el rescate ni el ensamblaje no relacionado de los componentes del prototipo de la estación espacial se llevaron a cabo como los astronautas habían entrenado, lo que hizo que la NASA reevaluara 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 misión STS-49. El primer director de misión desde el Proyecto Apolo [ aclaración necesaria ] coordinaría una tripulación con 16 vuelos previos del transbordador. Los astronautas fueron entrenados para usar alrededor de cien herramientas especializadas. [108]
El calor había sido el problema en paseos espaciales anteriores, que se llevaron a cabo bajo la luz del sol. El Hubble necesitaba ser reparado fuera de la luz solar. Musgrave descubrió durante el entrenamiento en vacío, siete meses antes de la misión, que los guantes de los trajes espaciales no protegían lo suficiente contra el frío del espacio. Después de que la STS-57 confirmara el problema en órbita, la NASA cambió rápidamente el equipo, los procedimientos y el plan de vuelo. Se realizaron siete simulaciones de misión en total antes del lanzamiento, la preparación más exhaustiva en la historia del transbordador. No existía ninguna maqueta completa del Hubble, por lo que los astronautas estudiaron muchos modelos separados (incluido uno en el Smithsonian) y combinaron mentalmente sus detalles variables y contradictorios. [109]
La primera misión de servicio voló a bordo del Endeavour en diciembre de 1993 y consistió en la instalación de varios instrumentos y otros equipos durante diez días. Lo más importante fue que el fotómetro de alta velocidad fue reemplazado por el paquete de óptica correctiva COSTAR y la WF/PC fue reemplazada 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 apuntamiento del telescopio, dos unidades de control eléctrico y otros componentes eléctricos, y dos magnetómetros. Las computadoras de a bordo se actualizaron con coprocesadores adicionales y se impulsó la órbita del Hubble. [84]
El 13 de enero de 1994, la NASA declaró que la misión había sido un éxito total y mostró las primeras imágenes más nítidas. [110 ] La misión fue una de las más complejas realizadas hasta la fecha, ya que implicó cinco largos períodos de actividad extravehicular . Su éxito fue una bendición para la NASA, así como para los astrónomos, que ahora contaban con un telescopio espacial más capaz. [76] [111]
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La segunda misión de mantenimiento, que voló el Discovery en febrero de 1997, reemplazó el GHRS y el FOS por el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) y la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro multiobjeto (NICMOS), reemplazó una grabadora de cinta de ingeniería y ciencia por una nueva grabadora de estado sólido y reparó el aislamiento térmico. [112] El 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 esperada original de 4,5 años a aproximadamente dos años. [113]
La misión de mantenimiento 3A, volada por el Discovery , tuvo lugar en diciembre de 1999 y fue una escisión de la misión de mantenimiento 3 después de que tres de los seis giroscopios a bordo fallaran. El cuarto falló unas semanas antes de la misión, lo que dejó 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 las mantas de aislamiento térmico. [114]
En la misión de mantenimiento 3B, que voló Columbia en marzo de 2002, se instaló un nuevo instrumento y el FOC (que, a excepción de los sensores de guía fina cuando se utilizaban para astrometría, era el último de los instrumentos originales) fue reemplazado por la cámara avanzada para sondeos (ACS). Esto significó que COSTAR ya no era necesaria, ya que todos los instrumentos nuevos tenían una corrección incorporada para la aberración del espejo principal. [101] La misión también revivió NICMOS instalando un enfriador de ciclo cerrado [113] y reemplazó los paneles solares por segunda vez, lo que proporcionó un 30 por ciento más de energía. [115]
Los planes preveían que el Hubble fuera puesto en servicio 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 era capaz de llegar tanto al HST como a la estación espacial durante la misma misión, las futuras misiones de servicio tripuladas se cancelaron. [116] Esta decisión fue criticada por numerosos astrónomos que pensaban 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), se lanzara al menos hasta 2011 en 2004. El JWST finalmente se lanzó en diciembre de 2021. [118] Una brecha en las capacidades de observación espacial entre el desmantelamiento del Hubble y la puesta en servicio de un sucesor fue una 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 baja de la Tierra y, por lo tanto, no se puede actualizar o reparar fácilmente en caso de una falla temprana, solo agudizó las preocupaciones. Por otro lado, a los funcionarios de la NASA les preocupaba que continuar brindando 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 última misión de servicio al HST, debido a la protesta pública y las solicitudes del Congreso para que la NASA buscara una forma de salvarlo. La Academia Nacional de Ciencias convocó a un panel oficial, que recomendó en julio de 2004 que se preservara el HST a pesar de los riesgos aparentes. Su informe instó a "la NASA a no 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 robótico. Estos planes se cancelaron más tarde, 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 niños de escuelas 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]
La nominación 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 proceder 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 del Atlantis se programó para octubre de 2008. La unidad principal de manejo de datos del Hubble falló en septiembre de 2008, [125] deteniendo todos los informes de datos científicos hasta que su respaldo se puso en línea el 25 de octubre de 2008. [126] Dado que un fallo de la unidad de respaldo dejaría al HST indefenso, la misión de servicio se pospuso para incorporar un reemplazo para la unidad principal. [125]
La Misión de Servicio 4 (SM4), volada por Atlantis en mayo de 2009, fue la última misión programada del transbordador para el HST. [103] [127] La 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. La 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 una misión tripulada o robótica. [129] A excepción del Canal de Alta Resolución del ACS , que no pudo ser reparado y fue deshabilitado, [130] [131] [132] el trabajo realizado durante la SM4 hizo que el telescopio fuera completamente funcional. [103]
El multimillonario y astronauta privado Jared Isaacman propuso financiar una misión de mantenimiento al HST utilizando la nave espacial de SpaceX . Aunque puede ahorrarle a la NASA "cientos de millones de dólares", la propuesta se volvió polémica porque "la visión de SpaceX sobre los riesgos y la disposición a aceptarlos es considerablemente diferente a la de la NASA". [133] En junio de 2024, después de otra falla del giroscopio, la NASA rechazó la propuesta de la misión de mantenimiento privada. [134]
Desde el inicio del programa, se han llevado a cabo varios proyectos de investigación, algunos de ellos casi exclusivamente con el Hubble, otros coordinados con instalaciones 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 actual proyecto ULLYSES (Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards) (2022), que durará tres años para observar un conjunto de estrellas jóvenes de masa alta y baja y arrojará luz sobre la formación y composición estelar. 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. [135]
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 sondeo "tiene como objetivo explorar la evolución galáctica en el Universo temprano y las primeras semillas de la estructura cósmica a menos de mil millones de años después del Big Bang". [136] El sitio del proyecto CANDELS describe los objetivos del sondeo de la siguiente manera: [137]
El sondeo Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey está diseñado para documentar el primer tercio de la evolución galáctica desde z = 8 hasta 1,5 a través de imágenes profundas de más de 250.000 galaxias con WFC3/IR y ACS. También encontrará la primera supernova de tipo Ia más allá de z > 1,5 y establecerá su precisión como candelas estándar para la cosmología. Se han seleccionado cinco regiones de cielo de múltiples longitudes de onda de primer nivel; cada una de ellas cuenta con datos de múltiples longitudes de onda de Spitzer y otras instalaciones, y cuenta con una amplia espectroscopia de las galaxias más brillantes. El uso de cinco campos ampliamente separados mitiga la varianza cósmica y produce muestras estadísticamente sólidas y completas de galaxias de hasta 10 9 masas solares hasta z ~ 8.
El programa, oficialmente denominado "Iniciativa de Campos Profundos del Hubble 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 en el universo distante". [138] La página web de Frontier Fields describe los objetivos del programa como:
El Cosmic Evolution Survey (COSMOS) [140] es un estudio astronómico diseñado para investigar la formación y evolución de las galaxias como una función tanto del tiempo cósmico (desplazamiento 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 por la mayoría de los principales telescopios espaciales y una serie de grandes telescopios terrestres, [141] 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 todavía es el área continua más grande del cielo cubierta con el propósito de mapear 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 región más grande de CANDELS. La colaboración científica COSMOS que se forjó a partir del estudio COSMOS inicial 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, mayores que medio grado cuadrado. [142] Se han detectado 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. [140]
Cualquier persona puede solicitar tiempo en el telescopio; no hay restricciones de nacionalidad o afiliación académica, pero la financiación para el análisis está disponible sólo para instituciones estadounidenses. [143] La competencia por el tiempo en el telescopio es intensa, y aproximadamente una quinta parte de las propuestas presentadas en cada ciclo obtienen tiempo en el programa. [144] [145]
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 "observadores generales" son las más comunes y cubren las observaciones rutinarias. Las "observaciones instantáneas" son aquellas en las que los objetivos requieren solo 45 minutos o menos de tiempo de telescopio, incluidos los gastos generales como la adquisición del objetivo. Las observaciones instantáneas se utilizan para llenar los espacios vacíos en el programa del telescopio que no se pueden llenar con los programas regulares de observadores generales. [146]
Los astrónomos pueden hacer propuestas de "objetivo de oportunidad", en las que se programan observaciones si se produce un evento transitorio contemplado en la propuesta durante el ciclo de programación. Además, hasta el 10% del tiempo del telescopio se designa como tiempo "discrecional del director" (DD). Los astrónomos pueden solicitar el uso del tiempo DD en cualquier momento del año y, por lo general, se otorga para el estudio de fenómenos transitorios inesperados, como las supernovas. [147]
Otros usos del tiempo DD han incluido las observaciones que llevaron a vistas del Campo Profundo del Hubble y el Campo Ultra Profundo del Hubble, y en los primeros cuatro ciclos del tiempo del telescopio, las observaciones que fueron realizadas por astrónomos aficionados. [148] [149]
En 2012, la ESA organizó un concurso para el procesamiento público de imágenes de datos del Hubble con el fin de fomentar el descubrimiento de "tesoros ocultos" en los datos brutos del Hubble. [150] [151]
El primer director del STScI, Riccardo Giacconi , anunció en 1986 que tenía la intención de dedicar parte de su tiempo libre a permitir que los astrónomos aficionados utilizaran el telescopio. El tiempo total que se asignaría era de sólo unas pocas horas por ciclo, pero despertó un gran interés entre los astrónomos aficionados. [148] [149]
Las propuestas para el tiempo de aficionados fueron revisadas rigurosamente por un comité de astrónomos aficionados, y el tiempo fue otorgado sólo a las propuestas que se consideraron que tenían un mérito científico genuino, no duplicaban las propuestas hechas por profesionales y requerían las capacidades únicas del telescopio espacial. Trece astrónomos aficionados recibieron tiempo en el telescopio, y las observaciones se llevaron a cabo entre 1990 y 1997. [148] Uno de estos estudios fue " Cometas de transición: búsqueda ultravioleta de OH ". La primera propuesta, "Un estudio del telescopio espacial Hubble sobre el brillo posteclipse y los cambios de albedo en Ío", se publicó en Icarus , [152] una revista dedicada a los estudios del sistema solar. Un segundo estudio de otro grupo de aficionados también se publicó en Icarus . [153] Después de ese tiempo, sin embargo, las reducciones presupuestarias en STScI hicieron que el apoyo al trabajo de los astrónomos aficionados fuera insostenible, y no se han llevado a cabo programas amateur adicionales. [148] [149]
Las propuestas regulares del Hubble aún incluyen hallazgos u objetos descubiertos por aficionados y científicos ciudadanos . Estas observaciones se realizan a menudo en colaboración con astrónomos profesionales. Una de las primeras observaciones de este tipo es la Gran Mancha Blanca de 1990 [154] en el planeta Saturno, descubierta por el astrónomo aficionado S. Wilber [155] y observada por el HST bajo una propuesta de J. Westphal ( Caltech ). [156] [157] Las observaciones profesionales-aficionados posteriores del Hubble incluyen descubrimientos del proyecto Galaxy Zoo , como las galaxias Voorwerpjes y Green Pea . [158] [159] El programa "Gems of the Galaxies" se basa en una lista de objetos realizada por voluntarios de Galaxy Zoo que se acortó con la ayuda de una votación en línea. [160] 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. [161] [162] En el marco de la colaboración pro-am backyard worlds, 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. [163]
A principios de los años 1980, la NASA y el STScI convocaron cuatro paneles para discutir proyectos clave. Se trataba de proyectos que eran científicamente importantes y que requerirían un tiempo significativo del telescopio, que se dedicaría explícitamente a cada proyecto. Esto garantizaba que estos proyectos en particular se completarían pronto, en caso de que el telescopio fallara antes de lo esperado. Los paneles identificaron tres de esos proyectos: 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 las galaxias y grupos de galaxias; [164] 2) un estudio profundo del medio utilizando la cámara de campo amplio para tomar datos siempre que se estuviera utilizando uno de los otros instrumentos [165] y 3) un proyecto para determinar la constante de Hubble con un margen de error del diez por ciento reduciendo los errores, tanto externos como internos, en la calibración de la escala de distancia. [166]
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El Hubble ha ayudado a resolver algunos problemas astronómicos de larga data, al tiempo que ha planteado nuevas preguntas. Algunos resultados han requerido nuevas teorías para explicarlos.
Entre sus principales objetivos de la misión estaba medir las distancias a las estrellas variables Cefeidas con mayor precisión que nunca antes, 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 solían tener 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 que es consistente con otras mediciones más precisas realizadas desde el lanzamiento del Hubble utilizando otras técnicas. [167] La edad estimada ahora es de unos 13.700 millones de años, pero antes del telescopio Hubble, los científicos predijeron una edad que oscilaba entre 10 y 20.000 millones de años. [168]
Aunque el Hubble ayudó a refinar las estimaciones de la edad del universo, también puso patas arriba las teorías sobre su futuro. Los astrónomos del High-z Supernova Search Team y del Supernova Cosmology Project utilizaron telescopios terrestres y el 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 . Tres miembros de estos dos grupos han sido posteriormente galardonados con el Premio Nobel por su descubrimiento. [169] La causa de esta aceleración sigue siendo poco conocida; [170] el término utilizado para la causa actualmente desconocida es energía oscura , lo que significa que es oscura (no se puede ver ni detectar directamente) para nuestros instrumentos científicos actuales. [171]
Los espectros y las imágenes de alta resolución proporcionados por el Hubble han sido especialmente adecuados para establecer la prevalencia de agujeros negros en el centro de galaxias cercanas. Si bien a principios de los años 1960 se había planteado la hipótesis de que se encontrarían agujeros negros en los centros de algunas galaxias, y en los años 1980 los astrónomos identificaron varios buenos candidatos a agujeros negros, el trabajo realizado con el Hubble muestra que los agujeros negros son probablemente comunes a los centros de todas las galaxias. [172] Los programas del Hubble establecieron además que las masas de los agujeros negros nucleares y las propiedades de las galaxias están estrechamente relacionadas. [173] [174]
Una ventana única al Universo que permite el Hubble son las imágenes Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field y Hubble Extreme Deep Field , que utilizaron la sensibilidad inigualable del Hubble en longitudes de onda visibles para crear imágenes de pequeñas áreas del 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 primitivo y, en consecuencia, han generado una gran cantidad de artículos científicos. La Wide Field Camera 3 mejoró la visión de estos campos en el infrarrojo y el ultravioleta, lo que respaldó el descubrimiento de algunos de los objetos más distantes descubiertos hasta ahora, como MACS0647-JD . [175]
El objeto no estándar SCP 06F6 fue descubierto por el telescopio espacial Hubble en febrero de 2006. [176] [177]
El 3 de marzo de 2016, investigadores que utilizaron datos del Hubble anunciaron el descubrimiento de la galaxia confirmada más lejana hasta la fecha: GN-z11 , que el Hubble observó tal como existía aproximadamente 400 millones de años después del Big Bang. [178] Las observaciones del Hubble ocurrieron el 11 de febrero de 2015 y el 3 de abril de 2015, como parte de los estudios CANDELS / GOODS -North. [179] [180]
La colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter en 1994 se produjo en un momento oportuno para los astrónomos, ya que se produjo apenas unos meses después de que la Misión de Servicio 1 hubiera restaurado el rendimiento óptico del Hubble. Las imágenes del planeta obtenidas por el 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 varios siglos. [181]
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 subterráneo. 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 mi) de profundidad, atrapado debajo de una corteza de hielo de 150 km (90 mi). [182] [183]
El HST también se ha utilizado para estudiar objetos en los confines del Sistema Solar, incluidos los planetas enanos Plutón , [184] Eris , [185] y Sedna . [186] Durante junio y julio de 2012, astrónomos estadounidenses que utilizaron el Hubble descubrieron Styx , una pequeña quinta luna que orbita Plutón. [187]
De junio a agosto de 2015, el Hubble se utilizó para buscar un objeto 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. [188] Esto resultó en el descubrimiento de al menos cinco nuevos KBO, incluido el objetivo final del KEM, 486958 Arrokoth , que New Horizons realizó un sobrevuelo cercano el 1 de enero de 2019. [189] [190] [191]
En abril de 2022, la NASA anunció que los astrónomos pudieron utilizar imágenes del Hubble 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, que es 50 veces la masa de otros cometas conocidos en nuestro sistema solar. [192]
El 11 de diciembre de 2015, el Hubble capturó una imagen de la primera reaparición predicha 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 se vio 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 de años más que eso, medidos por sus respectivos desplazamientos al rojo . Debido al efecto gravitacional del cúmulo de galaxias, aparecieron cuatro imágenes de la supernova en lugar de una, un ejemplo de una cruz de Einstein . Con base en los primeros modelos de lentes, se predijo que una quinta imagen reaparecería a fines de 2015. [194] Refsdal reapareció como se predijo en 2015. [195]
En marzo de 2019, se combinaron las observaciones del Hubble y los datos del observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea para determinar que la masa de la Vía Láctea es aproximadamente 1,5 billones de veces la masa del Sol, un valor intermedio entre las estimaciones anteriores. [196]
Otros descubrimientos realizados con los datos del Hubble incluyen discos protoplanetarios ( proplyds ) en la Nebulosa de Orión ; [197] evidencia de la presencia de planetas extrasolares alrededor de estrellas similares al Sol; [198] y las contrapartes ópticas de los todavía misteriosos estallidos de rayos gamma . [199] Utilizando lentes gravitacionales , el 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 . [200]
En 2022, el Hubble detectó la luz de la estrella individual más lejana jamás vista hasta la fecha. La estrella, WHL0137-LS (apodada Eärendel ), existió durante los primeros mil millones de años posteriores al Big Bang. Será observada por el telescopio espacial James Webb de la NASA para confirmar que Eärendel es, de hecho, una estrella. [201]
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 [202] , y muchos más han aparecido en actas de congresos . Si se examinan los artículos varios años después de su publicación, aproximadamente un tercio de todos los artículos sobre 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, aproximadamente el 10 % se basan en datos del Hubble. [203]
Aunque el HST ha ayudado claramente a la investigación astronómica, su coste financiero ha sido elevado. Un estudio sobre los beneficios astronómicos relativos de los distintos tamaños de telescopios concluyó 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 , construir y mantener el HST cuesta aproximadamente 100 veces más. [204]
Decidir entre construir telescopios terrestres o espaciales es complejo. Incluso antes del lanzamiento del 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 unas 10 8 veces más brillantes que los objetivos más débiles observados por el Hubble. [205] [206] Desde entonces, los avances en óptica adaptativa han extendido las capacidades de obtención de imágenes de alta resolución de los telescopios terrestres a la obtención de imágenes infrarrojas de objetos débiles. La utilidad de la óptica adaptativa frente a las observaciones del HST depende en gran medida de los detalles particulares de las preguntas de investigación que se plantean. En las bandas visibles, la óptica adaptativa puede corregir solo un campo de visión relativamente pequeño, mientras que el HST puede realizar imágenes ópticas de alta resolución en un campo más amplio. [207] 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. [208]
Además de sus resultados científicos, el Hubble también ha hecho contribuciones significativas 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, la amplia instrumentación y el regreso de los conjuntos a la Tierra, donde pueden estudiarse en detalle. En particular, el Hubble ha contribuido a los estudios del comportamiento de las estructuras compuestas de grafito en el vacío, la contaminación óptica del gas residual y el servicio humano, el daño por radiación a la electrónica y los sensores, y el comportamiento a largo plazo del aislamiento multicapa . [209] Una lección aprendida fue que los giroscopios ensamblados utilizando oxígeno presurizado para suministrar fluido de suspensión eran propensos a fallar debido a la corrosión del cable eléctrico. Los giroscopios ahora se ensamblan utilizando nitrógeno presurizado. [210] Otra es que las superficies ópticas en LEO pueden tener vidas útiles sorprendentemente largas; solo se esperaba que el Hubble durara 15 años antes de que el espejo se volviera inutilizable, pero después de 14 años no hubo degradación medible. [117] Por último, las misiones de mantenimiento del Hubble, en particular 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. [211]
Los datos del Hubble se almacenaron inicialmente en la nave espacial. Cuando se lanzó, las instalaciones de almacenamiento eran unidades de cinta de carrete a carrete anticuadas , pero estas 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 envía datos por radio a un satélite en el Sistema de satélites de seguimiento y retransmisión de datos geoestacionarios (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 ubicadas en la Instalación de pruebas de White Sands en White Sands, Nuevo México . [145] 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 ciencia del telescopio espacial para archivarlos. [145] Cada semana, el HST transmite 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, e incorporadas 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 en falso color de las imágenes, incluidos los canales infrarrojos y ultravioleta, donde el infrarrojo se representa típicamente como un rojo intenso y el ultravioleta como un azul intenso. [213] [214]
Todos los datos del Hubble se ponen a disposición del público a través del Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales en el STScI , [215] CADC [216] y ESA/ESAC . [217] Los datos suelen ser de propiedad exclusiva (disponibles únicamente para el investigador principal y los astrónomos designados por el investigador principal) durante doce meses después de su obtención. El investigador principal puede solicitar al director del STScI que extienda o reduzca el período de propiedad exclusiva en algunas circunstancias. [218]
Las observaciones realizadas durante el Tiempo Discrecional del Director están exentas del período de propiedad y se hacen públicas inmediatamente. Los datos de calibración, como los campos planos y los cuadros oscuros, también están disponibles públicamente de inmediato. Todos los datos del archivo están en formato FITS , que es adecuado para el análisis astronómico, pero no para el uso público. [219] El Proyecto Hubble Heritage procesa y hace pública una pequeña selección de las imágenes más sorprendentes en formatos JPEG y TIFF . [220]
Los datos astronómicos obtenidos con CCD deben someterse a varios pasos de calibración antes de que sean adecuados para el análisis astronómico. STScI ha desarrollado un sofisticado software 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 por el cual los datos se calibran automáticamente se conoce como "reducción de la línea de producción" y es cada vez más común en los principales observatorios. Los astrónomos pueden, si lo desean, recuperar los archivos de calibración ellos mismos y ejecutar el software de reducción de la línea de producción localmente. Esto puede ser conveniente cuando se necesitan utilizar archivos de calibración distintos de los seleccionados automáticamente. [221]
Los datos del Hubble se pueden analizar utilizando muchos paquetes diferentes. STScI mantiene el software personalizado Space Telescope Science Data Analysis System (STSDAS), que contiene todos los programas necesarios para ejecutar la reducción de flujo de trabajo 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. [222]
La NASA consideró importante que el Telescopio Espacial captara la imaginación del público, dada la considerable contribución de los contribuyentes a su construcción y costos operativos. [223] Después de los difíciles primeros años, cuando el espejo defectuoso dañó severamente 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] [224]
Varias iniciativas han ayudado a mantener al público informado sobre las actividades del Hubble. En los Estados Unidos, las actividades de divulgación están coordinadas por la Oficina de Difusión 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 del telescopio espacial. Con ese fin, el STScI opera el sitio web HubbleSite.org. El Proyecto Patrimonio del Hubble , que opera desde el STScI, proporciona al público imágenes de alta calidad de los objetos más interesantes y sorprendentes observados. El equipo del Patrimonio está compuesto por astrónomos aficionados y profesionales, así como personas con antecedentes fuera de la astronomía, y enfatiza la naturaleza estética de las imágenes del Hubble. Al Proyecto Patrimonio 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. [220]
Desde 1999, el principal grupo de divulgación del Hubble en Europa ha sido el Centro de Información del Hubble de la Agencia Espacial Europea (HEIC). [225] Esta oficina se estableció en la Instalación de Coordinación Europea del Telescopio Espacial en Múnich, Alemania. La misión del 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 destacan resultados e imágenes interesantes del Hubble. Estos suelen ser de origen europeo, por lo que aumentan 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 videocasts llamada Hubblecast diseñada para compartir noticias científicas de primer nivel con el público. [226]
El telescopio espacial Hubble ganó dos premios Space Achievement Awards de la Space Foundation por sus actividades de divulgación, en 2001 y 2010. [227]
Una réplica del telescopio espacial Hubble se exhibe en el césped del palacio de justicia de Marshfield, Missouri , la ciudad natal del homónimo Edwin P. Hubble. [228]
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El telescopio espacial Hubble celebró su 20º 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 . [229]
Para conmemorar el 25.º 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 (6100 pc) de distancia en la constelación de Carina, a través de su sitio web Hubble 25. [230] La Agencia Espacial Europea creó una página dedicada al 25.º aniversario en su sitio web. [231] En abril de 2016, se publicó una imagen especial de celebración de la Nebulosa de la Burbuja para el 26.º "cumpleaños" del Hubble. [232]
El HST utiliza giroscopios para detectar y medir cualquier rotación, de modo que pueda estabilizarse en órbita y apuntar con precisión y de manera constante a objetivos astronómicos. Normalmente se requieren tres giroscopios para su funcionamiento; aún es posible realizar observaciones con dos o uno, pero el área del cielo que se puede ver estaría algo restringida y las observaciones que requieren una orientación muy precisa son más difíciles. [233] En 2018, el plan era pasar al modo de un solo giroscopio si había menos de tres giroscopios en funcionamiento. Los giroscopios son parte del Sistema de Control de Apuntado , que utiliza cinco tipos de sensores (sensores magnéticos, sensores ópticos y los giroscopios) y dos tipos de actuadores ( ruedas de reacción y torqueadores magnéticos ). [234]
Después del desastre del Columbia en 2003, no estaba claro si sería posible realizar 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 giroscopios y de un 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 un medio para 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 inoperativos. [235] Un giroscopio más falló en 2007. [236]
En el momento de la última misión de reparación en mayo de 2009, durante la cual se reemplazaron los seis giroscopios (con dos pares nuevos y un par reacondicionado), solo tres seguían funcionando. Los ingenieros determinaron que las fallas de los giroscopios fueron causadas por la corrosión de los cables eléctricos que alimentaban el motor, que se inició con aire presurizado con oxígeno utilizado para suministrar el espeso fluido de suspensión. [210] Los nuevos modelos de giroscopios se ensamblaron utilizando nitrógeno presurizado [210] y se esperaba que fueran mucho más confiables. [237] En la misión de servicio de 2009, se reemplazaron los seis giroscopios y, después de casi diez años, solo fallaron tres giroscopios, y solo después de exceder el tiempo de funcionamiento promedio esperado para el diseño. [238]
De los seis giroscopios reemplazados en 2009, tres eran del diseño antiguo susceptible a fallas de cable flexible, y tres eran del nuevo diseño con una vida útil esperada más larga. El primero de los giroscopios de estilo antiguo falló en marzo de 2014, y el segundo en abril de 2018. El 5 de octubre de 2018, el último de los giroscopios de estilo antiguo falló, y uno de los giroscopios de estilo nuevo se encendió desde el estado de espera. Sin embargo, ese giroscopio de reserva no funcionó inmediatamente dentro de los límites operativos, por lo que el observatorio se colocó en modo "seguro" mientras los científicos intentaban solucionar el problema. [239] [240] La NASA tuiteó el 22 de octubre de 2018 que las "tasas 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 las operaciones científicas con este giroscopio". [241]
La solución que restauró el giroscopio de respaldo de nuevo estilo al rango operativo fue ampliamente reportada como "apagarlo y encenderlo nuevamente". [242] Se realizó un "reinicio en marcha" del giroscopio, pero esto no tuvo 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 en una serie de maniobras, moviendo la nave espacial en direcciones opuestas, para mitigar la inconsistencia. Solo después de las maniobras, y un conjunto posterior de maniobras el 19 de octubre, el giroscopio realmente funcionó dentro de su rango normal. [243]
En anteriores misiones de mantenimiento se han sustituido instrumentos antiguos por otros nuevos, evitando fallos y haciendo posible nuevos tipos de ciencia. Sin misiones de mantenimiento, todos los instrumentos acabarán fallando. En agosto de 2004, el sistema de alimentación del Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial (STIS) falló, dejando el instrumento inoperativo. La electrónica había sido originalmente totalmente redundante, pero el primer conjunto de componentes electrónicos falló en mayo de 2001. [244] Esta fuente de alimentación se reparó durante la Misión de Mantenimiento 4 en mayo de 2009. [245]
De manera similar, la electrónica principal de la cámara avanzada para sondeos (ACS) falló en junio de 2006, y la fuente de alimentación para la electrónica de respaldo falló el 27 de enero de 2007. [246] Solo el canal ciego solar (SBC) del instrumento estuvo operativo utilizando la electrónica del lado 1. Se agregó una nueva fuente de alimentación para el canal de gran angular durante SM 4, pero pruebas rápidas revelaron que esto no ayudó al canal de alta resolución. [247] El canal de campo amplio (WFC) volvió a estar en servicio por STS-125 en mayo de 2009, pero el canal de alta resolución (HRC) permanece fuera de servicio. [248]
El 8 de enero de 2019, el Hubble entró en un modo seguro parcial tras sospechas de problemas de hardware en su instrumento más avanzado, el instrumento Wide Field Camera 3. La NASA informó más tarde que la causa del modo seguro dentro del instrumento fue la detección de niveles de voltaje fuera de un rango definido. El 15 de enero de 2019, la NASA dijo que la causa de la falla 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 un problema de suministro de energía. Después de restablecer los circuitos de telemetría y las placas asociadas, el instrumento comenzó a funcionar nuevamente. El 17 de enero de 2019, el dispositivo volvió a funcionar normalmente y el mismo día completó sus primeras observaciones científicas. [249] [250]
El 13 de junio de 2021, la computadora de carga útil del Hubble se detuvo debido a un supuesto 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 estaba ampliando la investigación a otros componentes. [251] [252] Las operaciones científicas se suspendieron mientras la NASA trabajaba para diagnosticar y resolver el problema. [253] [254] Después de identificar una unidad de control de energía (PCU) que funcionaba mal y que suministraba 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. [255] [256] [257] [258] El 23 de octubre de 2021, los instrumentos del HST informaron que faltaban mensajes de sincronización [259] y entraron en modo seguro. [260] Para el 8 de diciembre de 2021, la NASA había restablecido las operaciones científicas por completo y estaba desarrollando actualizaciones para hacer que los instrumentos fueran más resistentes a los mensajes de sincronización faltantes. [261]
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El Hubble orbita la Tierra en la extremadamente tenue atmósfera superior y con el tiempo su órbita decae debido al arrastre . Si no se le vuelve a impulsar , volverá a entrar en la atmósfera terrestre dentro de algunas décadas, y la fecha exacta dependerá de qué tan activo esté el Sol y de su impacto en la atmósfera superior. Si el Hubble descendiera en un reingreso completamente descontrolado, partes del espejo principal y su estructura de soporte probablemente sobrevivirían, dejando el potencial de daños o incluso muertes humanas. [262] En 2013, el subdirector 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] [263] En junio de 2016, la NASA extendió el contrato de servicio del Hubble hasta junio de 2021. [264] En noviembre de 2021, la NASA extendió el contrato de servicio del Hubble hasta junio de 2026. [265]
El plan original de la NASA para desorbitar de forma segura al Hubble era recuperarlo utilizando un transbordador espacial . El Hubble probablemente se hubiera exhibido en el Instituto Smithsoniano . Esto ya no es posible desde que la flota de transbordadores espaciales se retiró , y hubiera sido poco probable en cualquier caso debido al costo de la misión y el riesgo para la tripulación. En cambio, la NASA consideró agregar un módulo de propulsión externo para permitir el reingreso controlado. [266] 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 desorbitación mediante una misión tripulada o robótica. El SCM, junto con el Sistema de navegación relativa (RNS), montado en el transbordador para recopilar datos para "permitir a la NASA buscar numerosas opciones para la desorbitación segura del Hubble", constituyen el Sistema de captura y encuentro suave (SCRS). [129] [267]
En 2017 [update], 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 una continuación de sus capacidades científicas y como seguro contra cualquier mal funcionamiento del telescopio espacial James Webb. [268] En 2020, John Grunsfeld dijo que SpaceX Crew Dragon u Orion podrían realizar otra misión de reparación en diez años. Si bien la tecnología robótica aún no es lo suficientemente sofisticada, dijo que con otra visita tripulada "podríamos mantener el Hubble en funcionamiento durante otras décadas" con nuevos giroscopios e instrumentos. [269]
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 por otros 20 años. [270] Esta misión podría ser la segunda del Programa Polaris . [271] [272]
No existe un sustituto 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 desde el ultravioleta cercano al infrarrojo cercano), sino que se concentran en las bandas infrarrojas más lejanas. Estas bandas son las preferidas para estudiar objetos de alto corrimiento al rojo y baja temperatura, objetos generalmente más antiguos y más alejados 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 (OA), tienen un poder de recolección de luz mucho mayor y se pueden actualizar más fácilmente, pero aún no pueden igualar la excelente resolución del Hubble en un amplio campo de visión con el fondo muy oscuro del espacio. [207] [208]
Los planes para un sucesor del Hubble se materializaron como el proyecto del Telescopio Espacial de Próxima Generación, que culminó en los planes para el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el sucesor formal del Hubble. [273] Muy diferente de un Hubble ampliado, está diseñado para operar a menor temperatura y más lejos de la Tierra en el punto de Lagrange L2 , donde se reducen las interferencias térmicas y ópticas de la Tierra y la Luna. No está diseñado para ser completamente funcional (como los instrumentos reemplazables), pero el diseño incluye un anillo de acoplamiento para permitir visitas de otras naves espaciales. [274] Un objetivo científico principal del JWST es observar los objetos más distantes del universo, más allá del alcance de los instrumentos existentes. Se espera que detecte estrellas en el Universo temprano aproximadamente 280 millones de años más antiguas que las estrellas que el HST detecta ahora. [275] El telescopio es una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense desde 1996, [276] y fue lanzado el 25 de diciembre de 2021 en un cohete Ariane 5. [277] Aunque el JWST es principalmente un instrumento infrarrojo, su cobertura se extiende hasta la luz de longitud de onda de 600 nm, o aproximadamente naranja en el espectro visible. Un ojo humano típico puede ver hasta 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. [278]
Un telescopio complementario, que observaba longitudes de onda incluso 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 del Hubble, pero observaba solo en el infrarrojo lejano y en el submilimétrico . Necesitaba refrigerante de helio, del que se agotó el 29 de abril de 2013. [279]
Otros conceptos para telescopios espaciales avanzados del siglo XXI incluyen el Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), [281] 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 el Hubble o el telescopio espacial Spitzer. El informe de planificación final, preparado para la Encuesta Decenal de Astronomía y Astrofísica de 2020 , sugirió una fecha de lanzamiento de 2039. [282] La Encuesta Decenal finalmente recomendó que las ideas para LUVOIR se combinaran con la propuesta del Observador de Exoplanetas Habitables para diseñar un nuevo telescopio insignia de 6 metros que podría lanzarse en la década de 2040. [283]
Los telescopios terrestres existentes y varios telescopios extremadamente grandes propuestos pueden superar al HST en términos de potencia 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 (OA). Sin embargo, la OA en grandes reflectores terrestres no hará que el Hubble y otros telescopios espaciales queden obsoletos. La mayoría de los sistemas de OA agudizan la visión en un campo muy estrecho: Lucky Cam , por ejemplo, produce imágenes nítidas de solo 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 de la Tierra. 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 resplandor atmosférico débil, pero perceptible, que borra los objetos astronómicos de bajo contraste. [284]
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