El Observatorio Espacial Herschel fue un observatorio espacial construido y operado por la Agencia Espacial Europea (ESA). Estuvo activo de 2009 a 2013 y fue el telescopio infrarrojo más grande jamás lanzado hasta el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb en 2021. [5] Herschel lleva un espejo de 3,5 metros (11,5 pies) [5] [6] [7 ] [8] e instrumentos sensibles a las bandas de ondas del infrarrojo lejano y submilimétricas (55–672 μm). Herschel fue la cuarta y última misión fundamental del programa Horizonte 2000 , después de SOHO / Cluster II , XMM-Newton y Rosetta .
El observatorio fue puesto en órbita por un Ariane 5 en mayo de 2009, alcanzando el segundo punto lagrangiano (L2) del sistema Tierra-Sol , a 1.500.000 kilómetros (930.000 millas) de la Tierra, aproximadamente dos meses después. Herschel lleva el nombre de Sir William Herschel , el descubridor del espectro infrarrojo y del planeta Urano , y de su hermana y colaboradora Caroline Herschel . [9]
El observatorio era capaz de ver los objetos más fríos y polvorientos del espacio; por ejemplo, capullos fríos donde se forman estrellas y galaxias polvorientas que apenas comienzan a acumularse con nuevas estrellas. [10] El observatorio examinó las nubes de formación de estrellas, las "cocinas lentas" de los ingredientes de las estrellas, para rastrear el camino por el cual se forman moléculas potencialmente formadoras de vida, como el agua.
La vida útil del telescopio estuvo regida por la cantidad de refrigerante disponible para sus instrumentos; cuando se acababa ese refrigerante, los instrumentos dejaban de funcionar correctamente. En el momento de su lanzamiento, se estimaba que las operaciones durarían 3,5 años (hasta aproximadamente finales de 2012). [11] Continuó funcionando hasta el 29 de abril de 2013 a las 15:20 UTC, cuando Herschel se quedó sin refrigerante. [12]
La NASA fue socio de la misión Herschel, y los participantes estadounidenses contribuyeron a la misión; proporcionando tecnología de instrumentos que permiten la misión y patrocinando el Centro Científico Herschel de la NASA (NHSC) en el Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos y la Búsqueda de Datos Herschel en el Archivo Científico Infrarrojo . [13]
En 1982 se propuso a la ESA el Telescopio Submilimétrico y de Infrarrojo Lejano ( FIRST ) . El plan de política a largo plazo de la ESA "Horizonte 2000", elaborado en 1984, pedía una misión de espectroscopía heterodina de alto rendimiento como una de sus misiones fundamentales. En 1986, se adoptó FIRST como esta misión fundamental. [14] Fue seleccionado para su implementación en 1993, luego de un estudio industrial realizado en 1992-1993. El concepto de la misión se rediseñó desde la órbita terrestre hasta el punto lagrangiano L2, a la luz de la experiencia adquirida en el Observatorio Espacial Infrarrojo [(2,5–240 μm) 1995–1998]. En 2000, FIRST pasó a llamarse Herschel. Tras su licitación en 2000, las actividades industriales comenzaron en 2001. [15] Herschel se fundó en 2009.
La misión Herschel costó 1.100 millones de euros . [16] Esta cifra incluye naves espaciales y carga útil, gastos de lanzamiento y misión, y operaciones científicas. [17]
Herschel se especializó en recolectar luz de objetos del Sistema Solar , así como de la Vía Láctea e incluso de objetos extragalácticos a miles de millones de años luz de distancia, como galaxias recién nacidas , y se le encomendó cuatro áreas principales de investigación: [18]
Durante la misión, Herschel "realizó más de 35.000 observaciones científicas" y "acumuló más de 25.000 horas de datos científicos de unos 600 programas de observación diferentes". [19]
La misión involucró al primer observatorio espacial que cubrió toda la banda de ondas submilimétricas y del infrarrojo lejano . [18] Con 3,5 metros de ancho (11 pies), Herschel llevaba el telescopio óptico más grande jamás desplegado en el espacio. [20] No estaba hecho de vidrio sino de carburo de silicio sinterizado . La pieza en bruto del espejo fue fabricada por Boostec en Tarbes , Francia ; rectificado y pulido por Opteon Ltd. en el Observatorio Tuorla , Finlandia ; y recubierto por deposición al vacío en el Observatorio de Calar Alto en España . [21]
La luz reflejada por el espejo se centró en tres instrumentos, cuyos detectores se mantuvieron a temperaturas inferiores a 2 K (-271 °C). [22] Los instrumentos se enfriaron con más de 2300 litros (510 gal imp; 610 gal EE.UU.) de helio líquido , hirviendo casi en el vacío a una temperatura de aproximadamente 1,4 K (-272 °C). El suministro de helio a bordo de la nave espacial era un límite fundamental para la vida operativa del observatorio espacial; [8] Originalmente se esperaba que estuviera operativo durante al menos tres años. [23]
Herschel llevaba tres detectores: [24]
La NASA desarrolló y construyó los mezcladores, las cadenas de osciladores locales y los amplificadores de potencia para este instrumento. [30] El Centro Científico Herschel de la NASA , parte del Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos del Instituto de Tecnología de California, también en Pasadena, ha contribuido con software de planificación científica y análisis de datos. [31]
Thales Alenia Space diseñó y construyó un módulo de servicio común (SVM) en su planta de Turín para las misiones Herschel y Planck , ya que se combinaron en un solo programa. [32]
Estructuralmente, las SVM de Herschel y Planck son muy similares. Ambos SVM tienen forma octogonal y, para ambos, cada panel está dedicado a acomodar un conjunto designado de unidades calientes, teniendo en cuenta los requisitos de disipación de calor de las diferentes unidades calientes, de los instrumentos y de la nave espacial.
Además, en ambas naves se ha conseguido un diseño común para los sistemas de aviónica , los sistemas de control y medición de actitud (ACMS), los sistemas de mando y gestión de datos (CDMS), los subsistemas de energía y el subsistema de seguimiento, telemetría y mando (TT&C).
Todas las unidades de naves espaciales del SVM son redundantes.
En cada nave espacial, el subsistema de energía consta del panel solar , que emplea células solares de triple unión , una batería y la unidad de control de energía (PCU). Está diseñado para interactuar con las 30 secciones de cada panel solar, proporcionar un bus regulado de 28 V, distribuir esta energía a través de salidas protegidas y manejar la carga y descarga de la batería.
Para Herschel, el panel solar está fijado en la parte inferior del deflector diseñado para proteger el criostato del sol. El sistema de control de actitud de tres ejes mantiene este deflector en dirección al Sol. La parte superior de este deflector está cubierta con espejos reflectores solares ópticos (OSR) que reflejan el 98% de la energía del Sol , evitando el calentamiento del criostato.
Esta función la realiza la computadora de control de actitud (ACC), que es la plataforma del ACMS. Está diseñado para cumplir con los requisitos de orientación y giro de la carga útil de Herschel y Planck .
La nave espacial Herschel está estabilizada en tres ejes . El error absoluto de puntería debe ser inferior a 3,7 segundos de arco.
El principal sensor de la línea de visión en ambas naves espaciales es el rastreador de estrellas .
La nave espacial, construida en el Centro Espacial Mandelieu de Cannes , bajo la empresa Thales Alenia Space Contractorship, fue lanzada con éxito desde el Centro Espacial de Guayana en la Guayana Francesa a las 13:12:02 UTC del 14 de mayo de 2009, a bordo de un cohete Ariane 5 , junto con el Planck. nave espacial , y colocada en una órbita muy elíptica en su camino hacia el segundo punto Lagrangiano . [33] [34] [35] El perigeo de la órbita era de 270,0 km (previsto270,0 ± 4,5 ), apogeo 1.197.080 km (previsto1 193 622 ± 151 800 ), inclinación 5,99 grados (prevista6,00 ± 0,06 ). [36]
El 14 de junio de 2009, la ESA envió con éxito la orden de abrir la criocubierta, lo que permitió al sistema PACS ver el cielo y transmitir imágenes en unas pocas semanas. La tapa tuvo que permanecer cerrada hasta que el telescopio estuvo en el espacio para evitar la contaminación. [37]
Cinco días después , la ESA publicó el primer conjunto de fotografías de prueba, que representan al Grupo M51 . [38]
A mediados de julio de 2009, aproximadamente sesenta días después del lanzamiento, entró en una órbita de halo de 800.000 km de radio medio alrededor del segundo punto lagrangiano (L2) del sistema Tierra-Sol , a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. [35] [39]
El 21 de julio de 2009, la puesta en servicio de Herschel fue declarada exitosa, lo que permitió el inicio de la fase operativa. Se anunció un traspaso formal de la responsabilidad general de Herschel por parte del director del programa, Thomas Passvogel, al director de la misión, Johannes Riedinger. [35]
Herschel jugó un papel decisivo en el descubrimiento de un paso desconocido e inesperado en el proceso de formación de estrellas. La confirmación inicial y la verificación posterior mediante telescopios terrestres de un vasto agujero en el espacio vacío, que antes se creía que era una nebulosa oscura , en el área de NGC 1999 arroja nueva luz sobre la forma en que las regiones estelares recién formadas descartan el material que las rodea. a ellos. [40]
En julio de 2010 se publicó un número especial de Astronomía y Astrofísica con 152 artículos sobre los resultados iniciales del observatorio. [41]
En octubre de 2010 se publicó un segundo número especial de Astronomy and Astrophysics sobre el único instrumento HIFI, debido a su falla técnica que lo dejó fuera de servicio durante 6 meses, entre agosto de 2009 y febrero de 2010. [42]
El 1 de agosto de 2011 se informó que el telescopio espacial Herschel había confirmado definitivamente la presencia de oxígeno molecular en el espacio, siendo la segunda vez que los científicos encuentran esta molécula en el espacio. Ya había sido informado previamente por el equipo de Odin . [43] [44]
Un informe de octubre de 2011 publicado en Nature afirma que las mediciones de Herschel de los niveles de deuterio en el cometa Hartley 2 sugieren que gran parte del agua de la Tierra podría haber provenido inicialmente de impactos cometarios. [45] El 20 de octubre de 2011, se informó que se había descubierto vapor de agua fría equivalente a océanos en el disco de acreción de una estrella joven. A diferencia del vapor de agua caliente, detectado anteriormente cerca de estrellas en formación, el vapor de agua frío sería capaz de formar cometas que luego podrían llevar agua a los planetas interiores, como se teoriza sobre el origen del agua en la Tierra . [46]
El 18 de abril de 2013, el equipo de Herschel anunció en otro artículo de Nature que había localizado una galaxia con estallido estelar excepcional que producía más de 2.000 masas solares de estrellas al año. La galaxia, denominada HFLS3 , está situada en z = 6,34, y se originó sólo 880 millones de años después del Big Bang . [47]
Apenas unos días antes del final de su misión, la ESA anunció que las observaciones de Herschel habían llevado a la conclusión de que el agua había llegado a Júpiter como resultado de la colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 en 1994. [48]
El 22 de enero de 2014, los científicos de la ESA , utilizando datos de Herschel, informaron de la detección, por primera vez definitiva, de vapor de agua en el planeta enano Ceres , el objeto más grande del cinturón de asteroides . [49] [50] El hallazgo es inesperado porque normalmente se considera que los cometas , no los asteroides , "producen chorros y columnas". Según uno de los científicos, "la línea entre cometas y asteroides se vuelve cada vez más borrosa". [50]
El 29 de abril de 2013, la ESA anunció que el suministro de helio líquido de Herschel , utilizado para enfriar los instrumentos y detectores a bordo, se había agotado, poniendo así fin a su misión. [12] En el momento del anuncio, Herschel estaba aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Debido a que la órbita de Herschel en el punto L2 es inestable, la ESA quería guiar la nave en una trayectoria conocida. Los responsables de la ESA consideraron dos opciones:
Los directivos eligieron la primera opción porque era menos costosa. [52]
El 17 de junio de 2013, Herschel fue desactivado por completo, con sus tanques de combustible vaciados a la fuerza y la computadora de a bordo programada para cesar las comunicaciones con la Tierra. La orden final, que cortó las comunicaciones, fue enviada desde el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) a las 12:25 UTC. [3]
La fase posterior a las operaciones de la misión continuó hasta 2017. Las tareas principales fueron la consolidación y el refinamiento de la calibración de los instrumentos, para mejorar la calidad de los datos, y el procesamiento de datos, para crear un conjunto de datos científicamente validados. [53]
Tras la desaparición de Herschel , algunos astrónomos europeos han impulsado el proyecto conjunto europeo-japonés del observatorio de infrarrojo lejano SPICA , así como la continuación de la asociación de la ESA en el telescopio espacial James Webb de la NASA . [12] [54] James Webb cubre el espectro del infrarrojo cercano de 0,6 a 28,5 μm, y SPICA cubre el rango espectral del infrarrojo medio a lejano entre 12 y 230 μm. Si bien la dependencia de Herschel del refrigerante de helio líquido limitó la vida útil del diseño a unos tres años, SPICA habría utilizado refrigeradores mecánicos Joule-Thomson para mantener las temperaturas criogénicas durante un período de tiempo más largo. La sensibilidad de SPICA iba a ser dos órdenes de magnitud mayor que la de Herschel. [55]
El Telescopio Espacial Origins (OST) propuesto por la NASA también observaría en la banda de luz del infrarrojo lejano . Europa lidera el estudio de uno de los cinco instrumentos de OST, el receptor heterodino para OST (HERO). [56]
