El Instituto de Ciencia 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 Nancy Grace Roman . [1] El 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 del 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 administra y opera el Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales (MAST), que contiene datos de numerosas misiones activas y heredadas, entre ellas HST, JWST, Kepler , TESS , Gaia y Pan-STARRS . [4]
La mayor parte de la financiación para las actividades del 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 requerida ]
El personal del STScI está formado por científicos (en su mayoría astrónomos y astrofísicos), ingenieros espaciales, ingenieros de software, personal de gestión de datos, expertos en educación y divulgación pública, y personal administrativo y de apoyo empresarial. Hay aproximadamente 200 científicos con doctorado trabajando en el STScI, [5] 15 de los cuales son personal de la ESA que están asignados al proyecto HST y JWST. [6] El personal total del STScI consta de unas 850 personas en 2021. [7]
El STScI lleva a cabo sus misiones en nombre de la NASA, de 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 del HST y del JWST (y eventualmente del Roman), pero también incluyen la distribución de datos de otras misiones de la NASA y terrestres a través del MAST. Las actividades de desarrollo del sistema terrestre crean y mantienen los sistemas de software necesarios para proporcionar estos servicios a la comunidad astronómica. [8] Las actividades de divulgación pública del STScI proporcionan una amplia gama de recursos para los medios de comunicación, lugares de educación informal como planetarios y museos de ciencia, y el público en general. [9] El STScI también sirve como fuente de orientación para la NASA en una variedad de cuestiones de astrofísica espacial óptica y ultravioleta.
El personal del STScI interactúa y se comunica con la comunidad astronómica profesional a través de varios canales, incluida la participación en las reuniones bianuales de la Sociedad Astronómica Estadounidense , la publicación de boletines periódicos del STScI y el sitio web del STScI, la organización de comités de usuarios y grupos de trabajo científicos, y la celebración de varios simposios y talleres científicos y técnicos cada año. Estas actividades permiten al STScI difundir información a la comunidad de usuarios de telescopios, así como permitir al personal del STScI maximizar 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 ser actualizada. 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 de este proceso es respaldar la selección anual, liderada por la comunidad, de los programas científicos que se realizarán con el HST. Esto comienza con la publicación de la convocatoria anual de propuestas, que especifica las capacidades de los instrumentos científicos que se respaldan actualmente, los requisitos de las propuestas y la fecha límite de presentación. Cualquier persona puede 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 propuestas generalmente implica la revisión de 700 a 1100 propuestas. Solo el 15-20% de estas propuestas se seleccionarán finalmente para su implementación. El TAC revisa varias categorías de tiempo de observación, así como propuestas para 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 ). El STScI proporciona todo el apoyo técnico y logístico para estas actividades. El ciclo anual de convocatorias de propuestas se modificó ocasionalmente en cuanto a su duración en los años en que se programó una misión de servicio del HST. [10] [11]
Los proponentes que tengan la suerte de obtener tiempo de observación en el telescopio, denominados Observadores Generales (GO), deben proporcionar los requisitos detallados necesarios para programar e implementar sus programas de observación. Esta información se proporciona al STScI en lo que se denomina una propuesta de Fase II. La propuesta de Fase II especifica los modos de operación de los instrumentos, los tiempos de exposición, las orientaciones del telescopio, etc. [12] El personal del 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 del 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 el HST, esto incluye encontrar estrellas guía, verificar las restricciones de 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 que se recopila la información de la Fase II, se desarrolla un plan de observación de largo alcance que cubre todo el año, encontrando momentos apropiados para programar observaciones individuales y al mismo tiempo asegurando un uso efectivo y eficiente del telescopio durante todo el año. Se crean cronogramas de observación detallados cada semana, incluyendo, en el caso de operaciones del HST, la programación de las rutas de comunicación de datos a través del Sistema de Satélite de Seguimiento y Retransmisión de Datos ( TDRSS ) y la generación de cargas de comandos binarios para el enlace ascendente a la nave espacial. Se pueden realizar ajustes a los planes tanto de largo alcance como semanales en respuesta a Objetivos de Oportunidad (por ejemplo, para eventos transitorios como supernovas o coordinación con eventos únicos como naves espaciales de impacto de cometas ). El STScI utiliza el algoritmo Min-conflicts para programar el tiempo de observación en el telescopio. Actualmente, el STScI está desarrollando procesos similares para el JWST, aunque los detalles operativos serán muy diferentes debido a sus distintas instrumentación y limitaciones de la nave espacial, y a su ubicación en el punto de Lagrange L2 Sol-Tierra (a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra) en lugar de la órbita terrestre baja (a unos 565 kilómetros) utilizada por el HST.
Las operaciones de vuelo consisten en el apoyo directo y el monitoreo de las funciones del HST en tiempo real. Las operaciones de vuelo diarias en tiempo real para el HST incluyen alrededor de 4 enlaces ascendentes de carga de comandos, alrededor de 10 enlaces descendentes de datos y un monitoreo casi continuo de la salud y la seguridad del observatorio. Las operaciones en tiempo real cuentan con personal las 24 horas del día. Las actividades de operaciones de vuelo para el 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 descargados desde el TDRSS y luego pasar por una instalación de captura de datos en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. Una vez en el STScI, los datos son procesados por una serie de algoritmos informáticos que convierten su formato en un estándar aceptado internacionalmente (conocido como FITS : Sistema de Transporte de Imágenes Flexible ), corrigen los datos faltantes y realizan la calibración final de los datos eliminando los artefactos instrumentales. Los pasos de calibración son diferentes para cada instrumento del HST, pero como regla general incluyen la eliminación de rayos cósmicos, la corrección de las no uniformidades del instrumento/detector, la calibración del flujo y la aplicación de la información del sistema de coordenadas mundial (que le dice al usuario exactamente a dónde apuntaba el detector en el cielo). Las calibraciones aplicadas son las mejores disponibles en el momento en que los datos pasan por el canal. El STScI está trabajando con los desarrolladores de instrumentos para definir procesos similares para los datos de Kepler y JWST.
Todos los datos científicos del HST se archivan de forma permanente después de pasar por el proceso de calibración. La política de la NASA establece un período de propiedad de un año para todos los datos, lo que significa que solo el equipo de la propuesta inicial puede acceder a los datos durante el primer año después de que se hayan obtenido. Después de ese año, los datos quedan 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, el STScI contiene datos de otras 13 misiones, entre ellas el International Ultraviolet Explorer (IUE), el Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE), el Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) y el Galaxy Evolution Explorer (GALEX). Los datos científicos de Kepler y JWST se archivarán y recuperarán de forma similar. Internet sirve como interfaz de usuario principal para los archivos de datos del 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 del Hubble en bruto, así como productos científicos de nivel superior (imágenes en color, mosaicos, etc.).
El STScI es responsable de la calibración en vuelo de los instrumentos científicos del HST y el JWST. Para el 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 las fuentes de calibración a bordo o para evaluar los niveles de ruido del detector interno, así como observaciones de estrellas y campos astronómicos estándar, necesarios para determinar las conversiones de flujo absoluto y las transformaciones astrométricas. Las calibraciones externas del HST generalmente suman entre el 5 y el 10 % del programa de observación GO, y se requiere más tiempo cuando un instrumento es relativamente nuevo. El 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 servicio STS-125 del HST en mayo de 2009 . En mayo de 2009 también se repararon en órbita las fallas electrónicas del STIS (en 2001) y del canal de campo amplio del ACS (en 2007), con lo que estos instrumentos volvieron a estar activos. En la siguiente tabla se resumen los 12 instrumentos del HST, más los 4 previstos para el JWST. Los instrumentos del HST pueden detectar luz con longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano . Los instrumentos del 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 fuera de servicio ya no están a bordo.
El personal del STScI desarrolla las propuestas de calibración, las guía a través del proceso de programación y analiza los datos que produce. Estos programas proporcionan archivos de calibración y referencia actualizados para su uso 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 de calibración y los resultados se documentan, 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 manuales de instrumentos.
Además de la calibración de los instrumentos, el personal del STScI caracteriza y documenta el rendimiento del instrumento, de modo que los usuarios puedan entender mejor cómo interpretar sus datos. Por lo general, se trata de efectos que no se corrigen automáticamente en el proceso de calibración (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 acoplados a la carga , así como efectos específicos de los modos y filtros, como los "fantasmas" de los filtros (causados por una dispersión sutil de la luz dentro de un instrumento). El personal del STScI puede ser consciente de estos efectos cuando analiza los programas de calibración o de los observadores que encuentran rarezas en sus datos y proporcionan retroalimentación al STScI.
El personal del STScI también se encarga de la caracterización y calibración del propio telescopio. En el caso del HST, esto ha evolucionado hasta convertirse principalmente en una cuestión de monitorización y ajuste del enfoque, así como de monitorización y medición de las funciones de dispersión de puntos . (A principios de los años 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 el JPL y Northrop Grumman Space Technology (NGST, el contratista de la NASA que construye el observatorio) para monitorizar y ajustar el telescopio segmentado.
El soporte posterior a la observación incluye un HelpDesk al que los usuarios pueden contactar para responder sus preguntas sobre cualquier aspecto de la observación, desde cómo presentar una propuesta hasta cómo analizar los datos.
El STScI lleva a cabo 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 Campo Profundo del Hubble (HDF), el Campo Profundo Sur del Hubble (HDFS) y el Campo Ultra Profundo (UDF). Los datos brutos y procesados de estas observaciones se ponen a disposición de la comunidad astronómica casi de inmediato. Estos productos han sido utilizados por muchos astrónomos en la búsqueda de sus propios temas de investigación y han motivado una gran cantidad de trabajo de seguimiento (véase, por ejemplo, http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/clearinghouse/clearinghouse.html y http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html).
El STScI es responsable del desarrollo, la mejora y el mantenimiento de la mayoría de los sistemas terrestres utilizados para llevar a cabo las operaciones científicas del Hubble descritas anteriormente. Estos sistemas, originalmente (en los años 1980 y principios de los 1990), provenían de varias fuentes, incluidos los desarrollos internos del STScI y el trabajo realizado en virtud de contratos de la NASA con varios proveedores. Durante 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 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 se han modificado para admitir 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 servicio del HST, y para admitir el modo de 2 giroscopios de las operaciones del HST. STScI también proporciona subconjuntos de servicios del sistema terrestre 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 .
El 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. En el caso del HST, esto incluye ayudar a determinar y priorizar las actividades de la misión de mantenimiento y el desarrollo de la estrategia de mantenimiento. En el caso del JWST, esto incluye participar en la definición de los 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.
El STScI gestiona la selección del Programa de Becas Hubble . Desde 1990, las Becas Hubble apoyan a científicos postdoctorales destacados cuya investigación está ampliamente relacionada 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 los 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] El STScI también patrocina un programa de pasantías de verano que permite a estudiantes universitarios talentosos de todo el mundo trabajar con el personal científico del instituto, brindándoles experiencia práctica en investigación astronómica de vanguardia. El personal científico de tiempo completo del STScI realiza investigaciones originales que abarcan una amplia gama de astrofísica, incluidas investigaciones del Sistema Solar , detección y caracterización de exoplanetas , formación de estrellas , evolución de galaxias y cosmología física . El 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 el STScI ayuda a garantizar que el HST, y eventualmente el JWST, funcionen a su máxima capacidad.
La Oficina de Difusión Pública (OPO) del STScI ofrece una amplia gama de productos y servicios diseñados para compartir y comunicar la ciencia y los descubrimientos del HST, el 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 de educación científica informal y el público en general.
La OPO produce aproximadamente 40 comunicados de prensa nuevos cada año que presentan descubrimientos y resultados científicos del HST. Estos paquetes de medios incluyen noticias, imágenes del Hubble, material gráfico explicativo, animaciones e información complementaria para su uso en medios impresos, de radiodifusión y en línea. La OPO también participa en conferencias de prensa para descubrimientos particularmente noticiosos y lleva a cabo talleres para escritores científicos en 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 de lugares de educación informal, como museos, centros científicos, planetarios y bibliotecas. Estos incluyen artículos de referencia, imágenes de telescopios, ilustraciones, diagramas, infografías, videos, visualizaciones científicas, realidad virtual y elementos 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, como Facebook, Twitter, Instagram y YouTube.
La OPO también lleva a cabo actividades de divulgación a través de eventos 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 y eventos y desarrollo profesional.
Los esfuerzos de divulgación de OPO se llevan a cabo en asociación con las oficinas de misión Hubble, Webb y Roman y con otras instituciones bajo el Universo de Aprendizaje de la NASA.