La misión del globo estratosférico de la NASA obtiene un telescopio con un espejo gigante


Los telescopios diseñados para operar en el espacio deben construirse de manera diferente a los destinados a operar en tierra. Pero, ¿qué pasa con los telescopios que operan en el medio?

El espejo principal de la misión ASTHROS es uno de los más grandes que jamás haya volado en un globo a gran altura. El espejo liviano está recubierto de oro y níquel para que sea más reflectante en las longitudes de onda del infrarrojo lejano. Crédito: Medios Lario

Una próxima misión de la NASA utilizará un globo más grande que un campo de fútbol para enviar un telescopio a unos 40.000 metros (130.000 pies) sobre la Antártida. Desde esa altura, el telescopio estudiará un fenómeno que ahoga la formación de estrellas en algunas galaxias, matándolas efectivamente.

La misión, llamada Telescopio Estratosférico de Astrofísica para Observaciones de Alta Resolución Espectral en longitudes de onda submilimétricas, o ASTHROS, utilizará un espejo primario (la principal herramienta de recolección de luz de este telescopio) que es el más grande que haya volado en un globo de gran altitud. La construcción del espejo de 2,5 metros (8,2 pies) concluyó este mes. Diseñarlo y construirlo resultó ser un desafío debido a dos demandas clave: el espejo y su estructura de soporte deben ser excepcionalmente livianos para viajar en globo, pero lo suficientemente fuertes como para evitar que la atracción de la gravedad de la Tierra deforme su forma parabólica casi perfecta en más de 0.0001. pulgadas (2,5 micrómetros), una fracción del ancho de un cabello humano.

Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, ASTHROS se lanzará no antes de diciembre de 2023, dando vueltas alrededor del Polo Sur por hasta cuatro semanas. El Programa Científico de Globos de la NASA, operado por la Instalación de Vuelo Wallops de la agencia en Virginia, lanza de 10 a 15 misiones de globos cada año. Estas misiones generalmente cuestan menos que las misiones espaciales y toman menos tiempo para pasar de la planificación inicial al despliegue, y emplean nuevas tecnologías que pueden usarse en futuras misiones espaciales.

En lo alto de la estratosfera, ASTHROS observará longitudes de onda de luz que están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra, en un rango llamado infrarrojo lejano. Su gran espejo mejorará la capacidad del telescopio para observar fuentes de luz más débiles y resolver detalles más finos de esas fuentes.

Esas capacidades son esenciales para el enfoque de la misión para estudiar la retroalimentación estelar, el proceso por el cual las nubes de gas y polvo, los ingredientes para formar estrellas, se dispersan en las galaxias, a veces hasta el punto en que la formación de estrellas se detiene por completo. Muchos procesos contribuyen a la retroalimentación, incluidas las erupciones de estrellas vivas y las muertes explosivas de estrellas masivas como supernovas. ASTHROS observará varias regiones de formación estelar en nuestra galaxia donde tienen lugar estos procesos, creando mapas 3D de alta resolución de la distribución y el movimiento del gas. La misión también observará galaxias distantes que contienen millones de estrellas para ver cómo se desarrolla la retroalimentación a gran escala y en diferentes entornos.

«Es difícil explorar la retroalimentación desde donde se origina, en la escala de las estrellas individuales, hasta donde tiene un efecto, en la escala de las galaxias», dijo Jorge Pineda, investigador principal de ASTHROS en el JPL. «Con un espejo grande podemos conectar esos dos».

Los paneles de espejo ASTHROS de color dorado parecen borrosos a simple vista, como se ve a la izquierda. Pero cuando se fotografía con una cámara infrarroja, como se muestra a la derecha, el panel refleja la imagen de un técnico tan claramente como si la persona se estuviera mirando en un espejo. Crédito: Medios Lario

Enfrentando el desafío

La NASA contrató a Media Lario, una empresa de óptica en Italia, para diseñar y producir la unidad completa del telescopio de ASTHROS, que incluye un espejo primario, un espejo secundario y una estructura de soporte (llamada cuna). Media Lario había desarrollado previamente un método único para fabricar espejos ligeros de telescopios infrarrojos y ópticos, que la compañía usó para producir muchos de los paneles para los espejos primarios del Atacama Large Millimeter Array, un grupo de 66 telescopios terrestres en Chile.

El espejo primario ASTHROS presenta nueve paneles, que son significativamente más fáciles de fabricar que un espejo de una sola pieza. La mayor parte de los paneles de los espejos consisten en aluminio liviano, formado en una estructura de panal que reduce su masa total. Las superficies del panel están hechas de níquel y recubiertas de oro, lo que mejora la reflectividad del espejo en las longitudes de onda del infrarrojo lejano.

Impulsada por un globo estratosférico, como se muestra en esta ilustración, la misión ASTHROS de la NASA puede alcanzar una altitud de 40 kilómetros (130 000 pies). Desde esa altura, el telescopio puede detectar longitudes de onda de luz que están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra y no se pueden observar desde el suelo. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Debido a que el equipo de ASTHROS no podrá afinar la alineación de los paneles una vez que el telescopio se eleve, la base que soporta el espejo debe ser liviana pero excepcionalmente fuerte y rígida para evitar cualquier deformación. La fibra de carbono haría el truco. Entonces, para construir la cuna y otros componentes estructurales, Media Lario recurrió a empresas locales en Italia que normalmente producen estructuras especializadas para botes y autos de carreras competitivos.

«Creo que este es probablemente el telescopio más complejo jamás construido para una misión de globo a gran altitud», dijo José Siles, gerente del proyecto ASTHROS en JPL. «Teníamos especificaciones similares a las de un telescopio espacial, pero con un presupuesto, un cronograma y una masa más ajustados. Tuvimos que combinar técnicas de telescopios terrestres que observan en longitudes de onda similares con técnicas de fabricación avanzadas utilizadas para veleros de carreras profesionales. Es bastante único».

Media Lario entregará la unidad completa del telescopio a la NASA a fines de julio. Después de eso, el equipo de ASTHROS lo integrará con la góndola (la estructura que sostiene toda la carga útil y se une al globo) y otros componentes clave. Luego comenzarán una serie de pruebas para asegurarse de que todo esté listo para el vuelo.

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