El Instituto Científico del Telescopio Espacial ( STScI ) es el centro de operaciones científicas del Telescopio Espacial Hubble (HST), el centro de operaciones científicas y de operaciones de misión del Telescopio Espacial James Webb (JWST) y el centro de operaciones científicas del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace . [1] STScI se estableció en 1981 como un centro científico comunitario operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA). [2] Las oficinas de STScI están ubicadas en el campus Homewood de la Universidad Johns Hopkins y en el edificio Rotunda en Baltimore , Maryland . [3]
Además de realizar operaciones científicas continuas del HST y prepararse para la exploración científica con JWST y Roman, STScI gestiona y opera el Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales (MAST), que contiene datos de numerosas misiones activas y heredadas, incluidas HST, JWST, Kepler , TESS , Gaia y Pan-STARRS . [4]
La mayor parte de la financiación para las actividades de STScI proviene de contratos con el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA , pero hay actividades más pequeñas financiadas por el Centro de Investigación Ames de la NASA, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA). [ cita necesaria ]
El personal de STScI está formado por científicos (en su mayoría astrónomos y astrofísicos), ingenieros de naves espaciales, ingenieros de software, personal de gestión de datos, expertos en educación y divulgación pública, y personal de apoyo administrativo y empresarial. Hay aproximadamente 200 Ph.D. científicos que trabajan en STScI, [5] 15 de los cuales son personal de la ESA que están asignados al proyecto HST y JWST. [6] El personal total de STScI está formado por unas 850 personas en 2021. [7]
STScI opera sus misiones en nombre de la NASA, la comunidad astronómica mundial y en beneficio del público. Las actividades de operaciones científicas sirven directamente a la comunidad astronómica, principalmente en forma de observaciones y subvenciones HST y JWST (y eventualmente Roman), pero también incluyen la distribución de datos de otras misiones terrestres y de la NASA a través de MAST. Las actividades de desarrollo del sistema terrestre crean y mantienen los sistemas de software necesarios para brindar estos servicios a la comunidad astronómica. [8] Las actividades de divulgación pública de la STScI proporcionan una amplia gama de recursos para los medios de comunicación, lugares de educación informal como planetarios y museos de ciencias, y el público en general. [9] STScI también sirve como fuente de orientación para la NASA sobre una variedad de cuestiones de astrofísica espacial óptica y ultravioleta.
El personal de STScI interactúa y se comunica con la comunidad de astronomía profesional a través de varios canales, incluida la participación en las reuniones bianuales de la Sociedad Astronómica Estadounidense , la publicación periódica de boletines informativos de STScI y el sitio web de STScI, la organización de comités de usuarios y grupos de trabajo científico, y celebración de varios simposios y talleres científicos y técnicos cada año. Estas actividades permiten a STScI difundir información a la comunidad de usuarios de telescopios, así como permitir que el personal de STScI maximice la productividad científica de las instalaciones que operan respondiendo a las necesidades de la comunidad y de la NASA.
Nota: La información de esta sección necesita actualización. Para conocer las actividades actuales, consulte el sitio web oficial de STScI.
El STScI lleva a cabo todas las actividades necesarias para seleccionar, programar e implementar los programas científicos del Telescopio Espacial Hubble. El primer paso en este proceso es apoyar la selección anual liderada por la comunidad de los programas científicos que se realizarán con HST. Esto comienza con la publicación de la convocatoria de propuestas anual, que especifica las capacidades de los instrumentos científicos actualmente respaldados, los requisitos de las propuestas y la fecha límite de presentación. Cualquiera es elegible para presentar una propuesta. Todas las propuestas son revisadas críticamente por pares por el Comité de Asignación de Tiempo (TAC). El TAC está formado por unos 100 miembros de la comunidad astronómica estadounidense e internacional, seleccionados para representar una amplia gama de conocimientos de investigación necesarios para evaluar las propuestas. Cada ciclo de propuesta normalmente implica revisar entre 700 y 1100 propuestas. Sólo entre el 15% y el 20% de estas propuestas finalmente serán seleccionadas para su implementación. El TAC revisa varias categorías de tiempo de observación, así como propuestas de proyectos de investigación teóricos, de archivo y combinados entre el HST y otros observatorios espaciales o terrestres (por ejemplo, el Observatorio de rayos X Chandra y los Observatorios Nacionales de Astronomía Óptica ). STScI proporciona todo el apoyo técnico y logístico para estas actividades. La duración del ciclo anual de convocatorias de propuestas se modificó ocasionalmente en los años en que se programó una misión de mantenimiento del HST. [10] [11]
Los proponentes que tengan la suerte de recibir tiempo para el uso del telescopio, conocidos como Observadores Generales (GO), deben luego proporcionar los requisitos detallados necesarios para programar e implementar sus programas de observación. Esta información se proporciona a la STScI en lo que se denomina propuesta de Fase II. La propuesta de la Fase II especifica los modos de operación de los instrumentos, los tiempos de exposición, las orientaciones de los telescopios, etc. [12] El personal de STScI proporciona el software basado en la web llamado Calculadoras de tiempo de exposición (ETC) que permite a los GO estimar cuánto tiempo de observación necesitará cualquiera de los detectores a bordo para acumular la cantidad de luz necesaria para lograr sus objetivos científicos. Además, el personal de STScI lleva a cabo todos los pasos necesarios para implementar cada programa específico, así como planificar todo el conjunto de programas para el año. Para HST, esto incluye encontrar estrellas guía, verificar las limitaciones de los objetos brillantes, implementar requisitos de programación específicos y trabajar con los observadores para comprender y tener en cuenta los requisitos específicos o no estándar que puedan tener. [13]
Una vez recopilada la información de la Fase II, se desarrolla un plan de observación de largo alcance que cubre todo el año, encontrando momentos adecuados para programar observaciones individuales y, al mismo tiempo, garantizando el uso efectivo y eficiente del telescopio durante todo el año. Cada semana se crean cronogramas de observación detallados, que incluyen, en el caso de operaciones del HST, la programación de las rutas de comunicación de datos a través del Sistema de Seguimiento y Retransmisión de Datos por Satélite ( TDRSS ) y la generación de cargas de comandos binarios para el enlace ascendente a la nave espacial. Se pueden hacer ajustes tanto a los planes semanales como a largo plazo en respuesta a los Objetivos de Oportunidad (por ejemplo, para eventos transitorios como supernovas o coordinación con eventos únicos como el impacto de una nave espacial de un cometa ). El STScI utiliza el algoritmo Min-conflicts para programar el tiempo de observación en el telescopio. El STScI está actualmente desarrollando procesos similares para el JWST, aunque los detalles operativos serán muy diferentes debido a sus diferentes limitaciones de instrumentación y nave espacial, y su ubicación en el punto Lagrange L2 Sol-Tierra (~1,5 millones de kilómetros de la Tierra) en lugar de la baja Órbita terrestre (~565 km) utilizada por HST.
Las Operaciones de Vuelo consisten en el soporte directo y seguimiento de las funciones del HST en tiempo real. Las operaciones de vuelo diarias en tiempo real para HST incluyen alrededor de 4 enlaces ascendentes de carga de comando, alrededor de 10 enlaces descendentes de datos y un monitoreo casi continuo de la salud y seguridad del observatorio. Las operaciones en tiempo real cuentan con personal las 24 horas. Las actividades de operaciones de vuelo para HST se realizan en el GSFC de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Los datos científicos del HST llegan al STScI unas horas después de ser transferidos desde el TDRSS y posteriormente pasar por una instalación de captura de datos en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. Una vez en STScI, los datos se procesan mediante una serie de algoritmos informáticos que convierten su formato en un estándar aceptado internacionalmente (conocido como FITS : Sistema Flexible de Transporte de Imágenes ), corrigen los datos faltantes y realizan la calibración final de los datos eliminando artefactos instrumentales. . Los pasos de calibración son diferentes para cada instrumento HST, pero como regla general incluyen la eliminación de rayos cósmicos, la corrección de irregularidades del instrumento/detector, la calibración de flujo y la aplicación de información del sistema de coordenadas mundial (que le indica al usuario con precisión en qué parte del cielo el detector estaba apuntado). Las calibraciones aplicadas son las mejores disponibles en el momento en que los datos pasan por el oleoducto. La STScI está trabajando con desarrolladores de instrumentos para definir procesos similares para datos de Kepler y JWST.
Todos los datos científicos del HST se archivan permanentemente después de pasar por el proceso de calibración. La política de la NASA exige un período de propiedad de un año para todos los datos, lo que significa que sólo el equipo de la propuesta inicial puede acceder a los datos durante el primer año después de su obtención. Posteriormente a ese año, los datos pasan a estar disponibles para cualquier persona que desee acceder a ellos. Los conjuntos de datos recuperados del archivo se recalibran automáticamente para garantizar que se apliquen los factores de calibración y el software más actualizados. El STScI sirve como centro de archivo para todas las misiones espaciales ópticas/UV de la NASA. Además de archivar y almacenar datos científicos del HST, STScI contiene datos de otras 13 misiones, incluido el Explorador Ultravioleta Internacional (IUE), el Explorador Ultravioleta Extremo (EUVE), el Explorador Espectroscópico Ultravioleta Lejano (FUSE) y el Explorador de Evolución de Galaxias (GALEX). ). Los datos científicos de Kepler y JWST se archivarán y recuperarán de manera similar. Internet sirve como interfaz de usuario principal para los archivos de datos de STScI (http://archive.stsci.edu). El archivo contiene actualmente más de 30 terabytes de datos. Cada día se incorporan unos 11 gigabytes de datos nuevos y se distribuyen a los usuarios unos 85 gigabytes de datos. El Hubble Legacy Archive (HLA; http://hla.stsci.edu/), actualmente en desarrollo, actuará como un archivo más integrado y fácil de usar. Proporcionará datos sin procesar del Hubble, así como productos científicos de nivel superior (imágenes en color, mosaicos, etc.).
STScI es responsable de la calibración en vuelo de los instrumentos científicos del HST y JWST. Para HST, cada año se desarrolla un plan de calibración para el observatorio. Este plan está diseñado para respaldar los programas de observación GO seleccionados para ese ciclo, así como para proporcionar una calibración básica que abarque la vida útil de cada instrumento. El programa de calibración incluye mediciones que se realizan en relación con fuentes de calibración a bordo o para evaluar los niveles de ruido del detector interno, así como observaciones de estrellas y campos astronómicos estándar, necesarias para determinar conversiones de flujo absoluto y transformaciones astrométricas. Las calibraciones externas del HST normalmente suman entre el 5% y el 10% del programa de observación GO, y se requiere más tiempo cuando un instrumento aún es relativamente nuevo. HST ha tenido un total de 12 instrumentos científicos hasta la fecha, 6 de los cuales están actualmente activos. Se instalaron dos nuevos instrumentos durante la misión de mantenimiento del HST STS-125 de mayo de 2009 . En mayo de 2009 también se repararon en órbita fallos electrónicos en STIS (en 2001) y en el canal de campo amplio ACS (en 2007), devolviendo estos instrumentos al estado activo. Los 12 instrumentos HST más los 4 planificados para JWST se resumen en la siguiente tabla. Los instrumentos del HST pueden detectar luz con longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano . Los instrumentos JWST funcionarán desde el extremo rojo de las longitudes de onda ópticas (~6000 Angstroms) hasta el infrarrojo medio (5 a 27 micrómetros). Los instrumentos que figuran como desmantelados ya no se encuentran a bordo.
El personal de STScI desarrolla las propuestas de calibración, las guía a través del proceso de programación y analiza los datos que producen. Estos programas proporcionan archivos de referencia y calibración actualizados para ser utilizados en el proceso de procesamiento de datos. Los archivos de calibración también se archivan para que los usuarios puedan recuperarlos si necesitan recalibrar manualmente sus datos. Toda la actividad y los resultados de la calibración están documentados, generalmente en forma de informes científicos de instrumentos publicados en el sitio web público y, ocasionalmente, en forma de artículos publicados. Los resultados también se incorporan a los manuales de datos y a los manuales de instrumentos.
Además de la calibración de los instrumentos, el personal de STScI caracteriza y documenta el rendimiento del instrumento, para que los usuarios puedan comprender mejor cómo interpretar sus datos. Generalmente se trata de efectos que no se corrigen automáticamente en el proceso (porque varían con el tiempo o dependen del brillo de la fuente). Incluyen efectos globales, como la eficiencia de transferencia de carga en los dispositivos de carga acoplada , así como efectos específicos de modos y filtros, como filtros "fantasmas" (causados por la dispersión sutil de la luz dentro de un instrumento). El conocimiento de estos efectos puede provenir del personal de STScI cuando analizan programas de calibración, o de observadores que encuentran rarezas en sus datos y brindan retroalimentación a STScI.
El personal del STScI también realiza la caracterización y calibración del propio telescopio. En el caso de HST, esto ha evolucionado hasta convertirse principalmente en una cuestión de monitorear y ajustar el enfoque, y monitorear y medir las funciones de dispersión de puntos . (A principios de la década de 1990, el STScI era responsable de la medición precisa de la aberración esférica , necesaria para la óptica correctiva de todos los instrumentos posteriores). En el caso del JWST, el STScI será responsable de utilizar el sistema de sensores de frente de onda desarrollado por JPL y Northrop Grumman Space Technology (NGST, el contratista de la NASA que construye el observatorio) para monitorear y ajustar el telescopio segmentado.
El soporte posterior a la observación incluye un servicio de asistencia técnica al que los usuarios pueden contactar para responder sus preguntas sobre cualquier aspecto de la observación, desde cómo enviar una propuesta hasta cómo analizar los datos.
El STScI realiza grandes programas científicos del HST en nombre de la comunidad. Se trata de programas con amplias aplicaciones científicas. Hasta la fecha, estos programas incluyen el Hubble Deep Field (HDF), el Hubble Deep Field South (HDFS) y el Ultra Deep Field (UDF). Los datos brutos y procesados para estas observaciones se ponen a disposición de la comunidad astronómica casi de inmediato. Estos productos han sido utilizados por muchos astrónomos en sus propios temas de investigación y han motivado una gran cantidad de trabajo de seguimiento (ver, por ejemplo, http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/ clearinghouse/clearinghouse.html y http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html).
STScI es responsable de desarrollar, mejorar y mantener la mayoría de los sistemas terrestres utilizados para llevar a cabo nuestras operaciones científicas del Hubble descritas anteriormente. Estos sistemas originalmente (década de 1980, principios de 1990) provinieron de varias fuentes, incluidos desarrollos internos de STScI y trabajos realizados bajo contratos de la NASA con varios proveedores. A lo largo de la vida útil del HST, se ha realizado un trabajo sustancial en estos sistemas, incluso mientras respaldaban las operaciones diarias del Hubble. Se han integrado en un sistema de extremo a extremo más eficaz y más fácil de operar. Han pasado por importantes actualizaciones tecnológicas (por ejemplo, sistemas operativos y hardware informático mejorados, medios de almacenamiento de archivos de mayor capacidad). También han sido modificados para soportar la sucesión de instrumentos instalados en el telescopio. En los últimos años, se han modificado para admitir WFC3 y COS, los dos nuevos instrumentos que se instalarán durante la próxima misión de mantenimiento del HST, y para admitir el modo de 2 giroscopios de operaciones del HST. STScI también proporciona subconjuntos de servicios de sistemas terrestres a otras misiones astronómicas, incluidas FUSE, Kepler y JWST. Los ingenieros de software de STScI mantienen alrededor de 7.900.000 líneas de código fuente .
STScI participa habitualmente con la NASA y los ingenieros y científicos de sistemas de la industria en el desarrollo de la arquitectura general de la misión. Para HST, esto incluye ayudar a determinar y priorizar las actividades de la misión de servicio y el desarrollo de la estrategia de servicio. Para JWST, esto incluye participar en la definición de requisitos científicos de alto nivel y la arquitectura general de la misión. En ambos casos, el STScI se centra en las capacidades científicas de la misión y también en los requisitos para un funcionamiento fluido y eficiente del observatorio.
STScI gestiona la selección del Programa de Becas Hubble . Desde 1990, las becas Hubble apoyan a destacados científicos postdoctorales cuyas investigaciones están ampliamente relacionadas con la misión científica del Telescopio Espacial Hubble. En 2009, se combinó con la Beca Spitzer que desde 2002 había estado asociada con el Telescopio Espacial Spitzer y el programa científico. [14] Ahora apoya a becarios que realizan investigaciones asociadas con todas las misiones dentro del tema Orígenes Cósmicos: el Observatorio Espacial Herschel , el Telescopio Espacial Hubble (HST), el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) y el Telescopio espacial Spitzer. [15] La investigación puede ser teórica, observacional o instrumental. [15] Cada año, desde el lanzamiento del HST en 1990, se otorgan de 8 a 12 becas; desde 2009 ronda los 16. [14] STScI también patrocina un programa de prácticas de verano para estudiantes que permite a estudiantes universitarios talentosos de todo el mundo trabajar con el personal científico del instituto, brindándoles a estos estudiantes experiencia práctica en tecnologías de punta. investigación astronómica del arte. El personal científico de tiempo completo de STScI lleva a cabo investigaciones originales que abarcan una amplia gama de astrofísica, incluidas investigaciones del Sistema Solar , detección y caracterización de exoplanetas , formación estelar , evolución de galaxias y cosmología física . STScI organiza un simposio científico anual que se lleva a cabo cada primavera, así como varios talleres científicos más pequeños. El empleo de un personal científico activo en STScI ayuda a garantizar que HST, y eventualmente JWST, funcionen a su máxima capacidad.
La Oficina de Divulgación Pública (OPO) de STScI ofrece una amplia gama de productos y servicios diseñados para compartir y comunicar la ciencia y los descubrimientos de HST, JWST, Roman y la astronomía en general con el público en general. Los esfuerzos de la OPO se centran en satisfacer las necesidades de los medios de comunicación, la comunidad informal de educación científica y el público en general.
La OPO produce aproximadamente 40 nuevos comunicados de prensa cada año sobre los descubrimientos del HST y los resultados científicos. Estos paquetes de medios incluyen noticias, imágenes del Hubble, obras de arte explicativas, animaciones e información complementaria para uso en medios impresos, de radiodifusión y en línea. La OPO también participa en conferencias de prensa sobre descubrimientos particularmente interesantes y lleva a cabo talleres para escritores científicos para sesiones en profundidad con científicos que trabajan en problemas actuales de investigación astrofísica.
Además de los comunicados de prensa, OPO desarrolla una variedad de productos y funciones relacionados con la astronomía para uso del público en general y lugares de educación informal, incluidos museos, centros científicos, planetarios y bibliotecas. Estos incluyen artículos de antecedentes, imágenes de telescopios, ilustraciones, diagramas, infografías, videos, visualizaciones científicas, realidad virtual e interactivos. La mayoría de estos recursos se distribuyen a través de sitios web desarrollados y administrados por STScI, incluidos Hubblesite, Webbtelescope, ViewSpace e Illuminated Universe. El contenido también se distribuye a través de plataformas de redes sociales, incluidas Facebook, Twitter, Instagram y YouTube.
La OPO también realiza actividades de divulgación a través de eventos en vivo, presenciales y en línea. Estos incluyen una serie de conferencias públicas periódicas, así como la asistencia a varios eventos STEM locales y nacionales. La OPO también brinda apoyo a lugares de educación informal en forma de materiales impresos, recursos para programas/eventos y desarrollo profesional.
Los esfuerzos de divulgación de la OPO se llevan a cabo en asociación con las oficinas de las misiones Hubble, Webb y Roman y con otras instituciones bajo el Universo de Aprendizaje de la NASA.