Hace 50 años, Copérnico de la NASA estableció el estándar para la astronomía espacial


A las 6:28 a. m. EDT del 21 de agosto de 1972, el satélite Copernicus de la NASA, el telescopio espacial más pesado y complejo de su tiempo, iluminó el cielo mientras ascendía a la órbita desde el Complejo de Lanzamiento 36B en lo que ahora es la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral. , florida.

Ilustración del satélite Copernicus de la NASA. Crédito: NASA

Inicialmente conocido como Orbiting Astronomical Observatory (OAO) C, se convirtió en OAO 3 una vez en órbita a la moda de la época. Pero también se le cambió el nombre para honrar el 500 aniversario del nacimiento de Nicolás Copérnico (1473-1543). El astrónomo polaco formuló un modelo del sistema solar con el Sol en posición central en lugar de la Tierra, rompiendo con 1.300 años de tradición y desencadenando una revolución científica.

Equipado con el telescopio ultravioleta más grande jamás puesto en órbita en ese momento, así como con cuatro instrumentos de rayos X coalineados, Copernicus fue posiblemente el primer observatorio astronómico de longitud de onda múltiple dedicado de la NASA. Esto lo convierte en un antepasado de los satélites operativos como el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA, que observa el cielo en luz visible, ultravioleta y de rayos X.

«Las dos naves espaciales también comparten conexiones institucionales», señala el investigador principal de Swift, S. Bradley Cenko, en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «Goddard manejó ambas misiones, y el experimento de rayos X en Copernicus fue proporcionado por el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard en el University College London, que también contribuyó con el Telescopio Óptico / Ultravioleta de Swift».

Aprender a apuntar y sostener un telescopio en órbita sobre una estrella el tiempo suficiente para que los detectores capturaran su luz resultó mucho más difícil de lo esperado. Los satélites diseñados para estudiar el Sol en ese momento tenían una ventaja incorporada: apuntaban al objeto más brillante del sistema solar. Copernicus voló con una nueva unidad de referencia inercial (IRU) desarrollada por el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Los giroscopios en la IRU aceleraron el proceso de adquisición de objetivos, mientras que otros sistemas mantuvieron el satélite bloqueado. En un estudio de los primeros 500 días de la misión, un ingeniero lo resumió señalando que la IRU había hecho que volar a Copernicus fuera «una operación aburrida».

En los primeros días de la NASA, los astrónomos enfatizaron la necesidad de estudios ultravioleta (UV), que no podían realizarse desde el suelo, y esto se convirtió en el enfoque principal del programa OAO. De cuatro satélites lanzados, uno falló después de tres días en el espacio y otro no logró alcanzar la órbita. OAO 2, lanzado en 1968 y llamado Stargazer, proporcionó años de observaciones, incluidos espectros estelares de baja resolución, que se extienden en longitudes de onda como un arco iris para revelar las huellas dactilares UV de moléculas y átomos específicos. Copernicus fue aún más profundo, capturando espectros con hasta 200 veces mejor detalle en algunas longitudes de onda.

El Observatorio Astronómico C en órbita, llamado Copérnico en órbita, se encuentra en la sala limpia Hangar AE en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, Florida, luego del montaje de sus paneles solares estacionarios. Copernicus fue el único miembro de la serie que lucía las grandes estructuras cilíndricas en la parte superior de la nave espacial, que evitaban que la luz dispersa llegara a los instrumentos. Crédito: NASA

«Esta misión obtuvo espectros de alta resolución de muchas estrellas en los rayos ultravioleta y proporcionó información en las longitudes de onda más cortas alcanzadas durante muchos años», escribió Nancy Grace Roman, primera jefa de astronomía en la Oficina de Ciencias Espaciales en la sede de la NASA en Washington, y el programa científico de Copernicus. Durante la misión, Roman se convirtió en una de las fuerzas impulsoras detrás del proyecto del Gran Telescopio Espacial, ahora conocido como el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. También es homónima del Telescopio Espacial Romano de la NASA, que se espera que despegue en unos pocos años.

El instrumento principal a bordo de Copernicus fue el Paquete Experimental de Princeton, que capturó la luz ultravioleta utilizando un espejo de 32 pulgadas (0,8 metros) de aproximadamente un tercio del tamaño del Hubble. Dirigido por Lyman Spitzer Jr. en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, el instrumento produjo un tesoro de información sobre el gas interestelar y los flujos ionizados de estrellas calientes. Su primer objetivo, una estrella llamada Zeta Ophiuchi que está parcialmente velada por una nube interestelar, mostró una fuerte absorción de las moléculas de hidrógeno. Las mediciones de docenas de otras estrellas confirmaron una teoría que predice que la mayor parte del hidrógeno en las nubes de gas existía en esta forma.

En 1946, Spitzer comenzó a especular sobre los tipos de ciencia que podrían ser posibles con un gran telescopio en órbita, y luego se convirtió en el catalizador para el desarrollo del Hubble. El Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, que operó de 2003 a 2020 y exploró, entre otras fuentes, las frías nubes donde nacen las estrellas, recibió su nombre en su honor.

En el momento en que la NASA estaba considerando propuestas de instrumentos para Copérnico, solo se sabía que un objeto celeste, el Sol, emitía rayos X. Eso cambió en 1962. Volando nuevos detectores de rayos X en un cohete suborbital, un equipo de investigación dirigido por Riccardo Giacconi en American Science and Engineering Inc., entonces en Cambridge, Massachusetts, descubrió la primera fuente de rayos X más allá del sistema solar, llamada Escorpio X-1. Vuelos adicionales descubrieron más fuentes cósmicas, incluido Cygnus X-1, sospechoso durante mucho tiempo y ahora conocido por albergar un agujero negro de masa estelar.

Con este avance, Giaconni propuso el primer satélite dedicado a cartografiar el cielo en rayos X. Lanzado en 1970 y en funcionamiento durante tres años, el satélite Uhuru de la NASA cartografió más de 300 fuentes, mostró que muchas son estrellas de neutrones o agujeros negros alimentados por el flujo de gas de los compañeros estelares y descubrió rayos X del gas caliente en los cúmulos de galaxias. Giaconni continuaría proponiendo satélites de rayos X más potentes: el Observatorio Einstein de la NASA, que funcionó de 1978 a 1988, y el actual buque insignia de rayos X de la NASA, el Observatorio de rayos X Chandra, lanzado en 1999.

El experimento de rayos X a bordo de Copernicus fue dirigido por Robert Boyd en el University College London, y los tres telescopios de rayos X enfrentaron desafíos importantes. Los detectores de longitud de onda más larga se vieron inundados por un nivel inesperadamente alto de radiación de fondo. Resultó provenir de una gran nube de átomos de hidrógeno en forma de cometa que rodea la Tierra, llamada geocorona, que dispersa la luz solar ultravioleta lejana. Los instrumentos posteriores agregaron un filtro sintonizado para absorber los rayos UV pero dejar pasar los rayos X.

En junio de 1973, los científicos de Goddard notaron un problema con el obturador de los telescopios de rayos X. El dispositivo se usó para bloquear periódicamente que los rayos X lleguen al detector para que los científicos pudieran rastrear la radiación de fondo cambiante de las partículas cargadas en diferentes partes de la órbita. Ahora su funcionamiento se había vuelto vacilante. Preocupados de que el obturador pudiera permanecer permanentemente en la posición cerrada, el equipo de instrumentos decidió dejar de usarlo. Pero una orden final logró pasar, y el obturador pegajoso se quedó cerrado, cegando los instrumentos.

Un cuarto detector separado de un telescopio continuó funcionando durante la misión. Este contador de rayos X midió la radiación de 1 a 3 angstroms en un amplio campo de visión: 2,5 por 3,5 grados, unas 40 veces el área aparente de la Luna llena.

El experimento de rayos X descubrió varios púlsares de período largo, incluido X Persei. Los púlsares, típicamente estrellas de neutrones giratorias, se habían descubierto cinco años antes del lanzamiento de Copernicus. Estos objetos emiten un haz de radiación en nuestra dirección cada vez que giran, generalmente entre decenas y miles de veces por segundo. Curiosamente, el púlsar X Persei tarda 14 minutos por giro.

Copérnico realizó un seguimiento a largo plazo de púlsares y otras fuentes brillantes, y observó Nova Cygni en 1975, una explosión en la enana blanca en un sistema binario cerrado. El experimento descubrió curiosas caídas en la absorción de rayos X en Cygnus X-1, probablemente causadas por grumos densos y fríos en el gas que fluye alejándose de la estrella. Y el satélite registró diversos rayos X de la galaxia Centaurus A, alimentada por un agujero negro, ubicada a unos 12 millones de años luz de distancia.

Copernicus devolvió observaciones de rayos X y UV durante 8,5 años antes de su retiro en 1981, y todavía orbita la Tierra en la actualidad. Dejó el escenario central de la astronomía espacial cuando aparecieron observatorios más avanzados, en particular Einstein y el Explorador ultravioleta internacional, que se lanzó en 1978 y funcionó durante casi 19 años. Las observaciones de Copérnico aparecen en más de 650 artículos científicos. Sus instrumentos estudiaron unos 450 objetos únicos a los que se dirigieron más de 160 investigadores en los Estados Unidos y otros 13

Con información de Centro Espacial Goddard

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