19 de agosto de 2012

SOFIA: Astronomía y Aviación




Imagen Nasa


Por Hugo Jara Goldenberg


Desde el momento en que los científicos lograron comprender que la luz visible no es más que una pequeña parte del espectro electromagnético y que la atmósfera, que envuelve a la Tierra, filtra a la mayor parte de esa radiación (la correspondiente a las bajas y altas energías), se hizo evidente que para conocer la verdadera naturaleza del Universo era necesario disponer de instrumentos por sobre esa atmósfera. Ya en entradas anteriores de este Blog hemos hablado de los Telescopios Espaciales, ingenios que nos han permitido observar una serie de fenómenos invisibles a nuestra vista, ver Kepler, Herschel y Planck, por fin viajan al Espacio y Veinte años del Telescopio Espacial Hubble.



Sin embargo, para captar ciertas longitudes de onda no visibles, no es necesario sobrepasar totalmente la atmósfera, cuyo límite práctico está en los cien kilómetros de altitud. Este es el caso de la radiación infrarroja, la cual es mayormente filtrada en los niveles bajos, y principalmente por la presencia del vapor de agua atmosférico. Por lo tanto, si se pudiera ubicar un telescopio a una altitud de algunos miles de metros, se tendría acceso casi completo a esa radiación. Una alternativa son la altas cumbres, sin embargo éstas no son lo suficientemente elevadas para cumplir ese objetivo, ya que aunque sirven muy bien para acceder al rango visible del espectro electromagnético, sólo permiten observar una parte muy limitada del infrarrojo (el llamado infrarrojo cercano). Por lo tanto, para alcanzar plenamente este objetivo se necesita ascender a altitudes sobre los 10 kilómetros.

Surge así otra solución, la cual consiste en llevar sensores infrarrojos a bordo de aviones. Ya desde mediados de los años 60 (del siglo pasado) se instalaron pequeños telescopios en algunas aeronaves. Entre 1965 y 1973 se empleó un avión Convair 990, bautizado “Galileo”, como plataforma para llevar una serie de instrumentos para observación astronómica, estos trabajos estuvieron a cargo del Dr. Gerard Kuiper (1905-1973), un destacado astrónomo planetario y precursor de la astronomía infrarroja. Posteriormente se utilizó un Lear Jet, en el cual se instaló un instrumento de 30 cm de diámetro.

Sin embargo, fue el Observatorio Aéreo Kuiper (KAO), bautizado así en homenaje al destacado astrónomo que había fallecido recientemente, a bordo de un avión Lockheed C-141, con un espejo de 91cm, el más importante de esa primera generación de Observatorios Aerotransportados. KAO fue operado por la Nasa entre los años 1974 y 1995, volaba a una altitud de trece km, lo cual le permitía sobrepasar el 85% de la atmósfera (en densidad) y el 99% del vapor de agua atmosférico (humedad).

KAO hizo descubrimientos notables, como la existencia de anillos en el planeta Urano, confirmó la presencia de atmósfera en Plutón, permitió observar galaxias antiguas, y detectar vapor de agua en algunos cometas. También hizo importantes aportes al estudio del nacimiento de estrellas en nubes interestelares y contribuyó al estudio de la Supernova SN1987A en infrarrojo.


Nace SOFIA

Fue tal el éxito del KAO, que la Nasa decidió continuar con el concepto, y se embarcó en el proyecto de operar un Observatorio Aerotransportado de nueva generación. Para esto se asoció con el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), y juntos dieron origen a SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy), en español: Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja. El aporte de la Nasa corresponde al 80% del total del proyecto, provee el avión y es el encargado de la operación el Observatorio Aéreo. Su contraparte alemana corre con el 20% y fue la encargada de construir el telescopio. El primer vuelo de pruebas se efectuó en abril de 2007, en tanto que la primera luz de SOFIA (primera observación efectiva) se realizó durante la noche del 25-26 de mayo de 2010, apuntando al planeta Júpiter y la galaxia M82.



El Avión


El avión utilizado es un BoeingB747-SP, que es una versión más corta (en 14 m) del popular Jumbo lo cual lo hace lucir algo rechoncho, y cuyo diseño obedeció a un requerimiento hecho, a mediados de los años 70, por algunas compañías aéreas que necesitaban un aparato de gran autonomía y velocidad, pero sin la capacidad de pasajeros que tenía el Jumbo normal. Este aparato en particular fue construido en el año 1977 para la desparecida línea aérea Pan American World Airways (Pan Am), y fue bautizado como Clipper Lindberg, en homenaje al célebre aviador Charles Lindberg (1902-1974), el primero en cruzar en solitario el océano Atlántico, en mayo de 1927. Posteriormente esta aeronave fue vendida a la compañía United Airlines en donde estuvo en servicio hasta el año 1995.


En 1997 fue adquirido por la Nasa para su utilización como nave portadora del Observatorio. Para tal cometido debió ser transformado completamente, para alojar no sólo al telescopio, sino también a todos los otros instrumentos que conforman el Observatorio, y habilitar el espacio de trabajo para los operadores encargados de su funcionamiento. Demás está decir que esta transformación no fue una tarea fácil, ya que hubo que hacer modificaciones profundas a la estructura del avión, para poder abrir en vuelo, con seguridad, una compuerta rectangular de gran tamaño (5.5 m de alto por 4.1 m de ancho), por la cual se asoma el telescopio, siendo necesario aislar este compartimiento del resto de la cabina presurizada. En la fotografía del inicio del artículo se observa que la sección en donde va la compuerta fue ensanchada, para incrementar la resistencia estructural de la aeronave en esa zona.


El telescopio

El Consorcio Aeroespacial Alemán (DLR) fue el encargado de construir el telescopio, se trata de un aparato reflector del tipo Cassegrain con un espejo principal de 2.7 m de diámetro (2.5 de apertura efectiva), el cual va montado sobre un complejo sistema de cojinetes lubricados con aceite presurizado y contrapesos ajustables que lo aíslan de la vibración y movimientos propios del vuelo, además de una serie de giróscopos y cámaras fotográficas de alta velocidad, que aseguran su estabilidad y orientación durante las observaciones. El telescopio tiene un rango de movimiento limitado entre 20° y 60°, por lo que para observar objetos que estén fuera de ese rango el avión debe maniobrar realizando virajes. El telescopio, junto a todos sus mecanismos pesa 17 toneladas.


Sin embargo, como se trata de un Observatorio, además del telescopio, lleva una serie de otros instrumentos que le permiten analizar a fondo la radiación infrarroja captada a esas altitudes. Entre estos se cuentan una serie de espectrógrafos y sensores CCD de alta precisión que permitirán analizar, por tramos, todo el espectro infrarrojo recibido.

SOFIA es casi un Observatorio Espacial, pero con la ventaja de regresar a casa después de cada jornada de trabajo. Esto le reportará una serie de ventajas tales como:

a) Poder dirigirse a cualquier lugar del mundo desde donde sea más favorable observar algún fenómeno transitorio, tales como novas o supernovas, aparición de cometas, asteroides, estrellas variables, etc.

b) Reparar y actualizar cada uno de los muchos instrumentos de a bordo, manteniendo al Observatorio siempre vigente con la última tecnología astronómica.

c) Capacidad de probar nuevas tecnologías.

d) Posibilidad de coordinar y complementar sus observaciones con las de los Telescopios Espaciales Infrarrojos actualmente en funcionamiento (Hubble, Wise, Spitzer y Herschel). Esto porque SOFIA posee una mayor cantidad de sensores que cualquiera de ellos, pero también porque muchas veces las restricciones impuestas por las órbitas de estos Telescopios Espaciales les impiden acceder a ciertos objetos o fenómenos interesantes de observar.

e) Mayor tiempo de vida útil que cualquier Telescopio Espacial.


Su funcionamiento


SOFIA, vuela a 13,7 km (45.000 pies) de altitud, lo que lo pone por encima del 99.8% del vapor de agua atmosférico. Puede estar 12 horas en el aire y recorrer más de 12.000 km. por misión. El proyecto contempla realizar 4 vuelos a la semana, lo cual significa realizar a lo menos 200 vuelos anuales, con 1000 horas de observación efectiva, esperándose que este observatorio móvil esté operativo por, a lo menos, veinte años.


Con respecto a las personas bordo, SOFIA lleva tres tripulantes (comandante, primer oficial e ingeniero de vuelo) y seis operadores del Observatorio, pero además tiene capacidad para quince pasajeros, entre los que podrán viajar astrónomos cuyos proyectos de observación estén en ejecución, pero también invitados especiales a través del programa “Embajadores de la astronomía aerotransportada”.

Los proyectos de observación son seleccionados por el SOFIA Science Center, organismo que evalúa su calidad y pertinencia, respetando la proporción asignada según el aporte de cada socio (EEUU y Alemania). Las principales áreas de estudio abordadas por este observatorio aéreo son:


a)  Formación de estrellas y planetas

b)  El medio intergaláctico

c)  Centros Galácticos

d)  Nubes interestelares

e)  Ciencias planetarias


Funcionando ya a régimen, SOFIA está entregando los primeros resultados científicos y se está cumpliendo también con el objetivo de contribuir en la formación de estudiantes de astronomía, experimentar nuevas tecnologías y acercar a la ciudadanía al conocimiento del Universo, ya que por la capacidad de llevar pasajeros, se cursan invitaciones para profesores, estudiantes y astrónomos amateurs. SOFIA es la combinación perfecta entre astronomía y aviación, y sin lugar a dudas atraerá e inspirará a toda una nueva generación de jóvenes científicos y al público en general, hacia las ciencias del Espacio.



Video



No hay comentarios.: