El Observatorio Espacial Herschel.
Descripción de la Misión Herschel.
La misión del Observatorio Espacial Herschel ha sido diseñada para revelar una cara del Universo temprano que ha permanecido oculta hasta ahora. Gracias a su capacidad para detectar radiación en longitudes de onda inferiores infrarrojas y sub-milimétricas, Herschel podrá observar objetos ocultos y fríos que son invisibles a otros telescopios.
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| La nave espacial Herschel. Crédito: ESA |
La misión del Observatorio Espacial Herschel ha sido diseñada para revelar una cara del Universo temprano que ha permanecido oculta hasta ahora. Gracias a su capacidad para detectar radiación en longitudes de onda inferiores infrarrojas y sub-milimétricas, Herschel podrá observar objetos ocultos y fríos que son invisibles a otros telescopios.
El principal objetivo de Herschel será descubrir cómo se formaron las primeras galaxias y cómo evolucionaron para dar lugar a galaxias actuales como la nuestra. Otros objetivos para Herschel incluyen nubes de gas y polvo donde nacen nuevas estrellas, discos de los cuales pueden formarse planetas y atmósferas cometarias llenas de moléculas orgánicas complejas.
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| Dirección que toma la luz en la nave espacial. |
¿Qué es el Observatorio Espacial Herschel?
El Observatorio Espacial Herschel es un telescopio espacial que estudiará el Universo a la luz de las porciones infra-infrarrojas y submilimétricas del espectro. Se espera que revele nueva información sobre las estrellas y galaxias más tempranas y distantes, así como las más cercanas al hogar en el espacio y el tiempo. También tendrá una mirada única a nuestro propio sistema solar.
Herschel es la cuarta misión de Cornerstone en el programa Horizon 2000 de la Agencia Espacial Europea. Diez países, incluyendo Estados Unidos, están participando en su diseño e implementación. Herschel fue lanzado en mayo de 2009, y se espera que siga siendo un observatorio activo durante al menos tres años.
¿Por qué el nombre de "Herschel"?
La nave espacial fue rebautizada para el británico Sir William Herschel, quien descubrió en 1800 que el espectro se extiende más allá de la luz visible en la región que hoy llamamos "infrarrojos".
El homónimo de Herschel dará a los científicos su aspecto más completo hasta el momento en la gran parte del Universo que irradia en longitudes de onda infra-infrarrojas y submilimétricas.
Con un espejo primario de 3,5 metros de diámetro, Herschel fue el mayor telescopio infrarrojo enviado al espacio desde su fecha de lanzamiento. Se centrará la luz en tres instrumentos llamados HIFI, SPIRE y PACS, lo que permitirá Herschel a ser la primera nave espacial para observar en el rango completo de 60-670 micrones.
Más de lo que parece.
Las longitudes de onda del infrarrojo lejano y submilimétrico en las que Herschel observará son considerablemente más largas que el conocido arco iris de colores que el ojo humano puede percibir. Sin embargo, esta es una parte del espectro críticamente importante para los científicos porque es el rango de frecuencias en el que irradia gran parte del universo.
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| La nebulosa de Orión en el infrarrojo de Herschel. |
Gran parte del Universo consiste en gas y polvo que es demasiado frío para radiar en luz visible o en longitudes de onda más cortas tales como rayos X. Sin embargo, incluso a temperaturas muy por debajo del punto más frígido en la Tierra, que se irradian a infrarrojo lejano y longitudes de onda submilimétricas.
Estrellas y otros objetos cósmicos que son lo suficientemente calientes como para brillar en longitudes de onda ópticas a menudo se ocultan detrás de grandes nubes de polvo que absorben la luz visible y la irradiada en el infrarrojo lejano y submilímétrico.
Hay mucho que ver en estas longitudes de onda, y gran parte de ella ha sido virtualmente inexplorada. Los telescopios terrestres son en gran parte incapaces de observar esta porción del espectro porque la mayor parte de esta luz es absorbida por la humedad en la atmósfera antes de que pueda alcanzar la tierra. Los telescopios infrarrojos basados en el espacio anterior no han tenido ni la sensibilidad del gran espejo de Herschel, ni la capacidad de los tres detectores de Herschel para realizar un trabajo tan amplio de detectar esta parte importante del espectro.
Dos tercios del tiempo de observación de Herschel estará a disposición de la comunidad científica mundial, con el resto reservado para los equipos de ciencia e instrumentos de la nave espacial.
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| Puntos de Lagrange en un sistema Sol-Tierra. No se encuentra a escala. Crédito: NASA |
Una órbita especial.
Herschel y Planck pasarán sus primeros cuatro meses viajando alrededor de 1.5 millones de kilómetros (aproximadamente 931.000 millas, aproximadamente cuatro veces la distancia de la luna) de la tierra, en la dirección opuesta del sol. Durante ese viaje, serán calibrados y retirados para asegurarse de que están en perfecto estado de funcionamiento. Cada nave espacial irá a una órbita separada alrededor del punto Tierra-Sol L2, punto de Lagrange 2, un lugar relativamente estable donde las fuerzas gravitatorias de la Tierra y el Sol se combinan para mantener la nave espacial en una posición uniforme respecto a la Tierra cuando orbitan al Sol.
A medida que orbita L2 a una amplitud de unos 700.000 km, la distancia de Herschel a la Tierra variará de 1.2 a 1.8 millones de km. Se realizarán pequeñas maniobras de corrección cada mes para compensar la deriva.
Con su espalda a la Tierra, la Luna y el Sol, el telescopio de Herschel apuntará hacia el Universo sin interferencia de la fuerte radiación infrarroja que estos cuerpos emiten. Se centrará la luz en tres instrumentos:
- PACS, una cámara y un espectrómetro de media resolución sensible a la gama de longitudes de onda de 60 a 210 micrones.
- SPIRE, una cámara y espectrómetro sensible a la gama de longitud de onda de 200-670 micrones.
- HIFI, un espectrómetro heterodino de muy alta resolución sensible a 480-1250 y 1410-1910 GHz (que corresponde a aproximadamente 157-625 micras).
Manteniendo el frío.
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| Instrumento HIFI. |
Mantener HIFI, SPIRE y PACS a una temperatura cercana al cero absoluto es crítico para la misión de Herschel por dos razones: los detectores trabajan sólo a temperaturas muy bajas y el calor de los instrumentos podría ahogar la débil luz infra-infrarroja y submilimétrica que fueron diseñados detectar. Mantener esa temperatura ultrafria depende del helio superfluido que sirve como refrigerante.
Se espera que el criostato que aloja los instrumentos cuente con suficiente refrigerante para permitir a Herschel realizar sus observaciones científicas durante al menos tres años. En algún momento después, el helio se evaporará en el espacio, los instrumentos se calentarán y la misión terminará. Se espera que Herschel ofrezca alrededor de 7.000 horas de tiempo de ciencia por año. La comunicación con la nave espacial, para recibir datos y transmitir instrucciones, se hará a través de la estación terrestre en Perth, Australia.
Centros de Operación.
El Centro de Operaciones Misioneras (MOC) de Herschel está ubicado en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) de la ESA en Darmstadt, Alemania, y es responsable de las operaciones diarias, la salud y la seguridad de la nave espacial. Para la comunicación con la nave espacial ESA New Norcia (cerca de Perth, Australia) y Cebreros (cerca de Ávila, España) se utilizarán antenas de espacio profundo.
El equipo de operaciones científicas de Herschel está situado en el Centro de Ciencias Herschel (HSC) del Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC) de la ESA en Villanueva de la Cañada, España.
Los centros de control de instrumentos de Herschel para monitorear y optimizar el desempeño de los instrumentos se encuentran en:
- PACS: Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania.
- SPIRE: el Laboratorio Rutherford Appleton, Reino Unido.
- HIFI: Instituto Holandés de Investigación Espacial SRON, Países Bajos.
- Un centro adicional es el Centro de Ciencias de la NASA Herschel ubicado en el Centro de Procesamiento y Análisis de Infrarrojos del Instituto Tecnológico de California, Pasadena, California, Estados Unidos.
Ciencia con Herschel.
Los objetivos principales del Observatorio Espacial Herschel son ayudar a los científicos a estudiar y comprender:
- Cómo las galaxias se formaron y evolucionaron en el universo primitivo, y la naturaleza de las poderosas fuentes de energía galáctica.
- La formación, evolución e interrelación de las estrellas y el medio interestelar en la Vía Láctea y otras galaxias.
- Química en nuestra galaxia.
- La química molecular en las atmósferas de Marte y los cometas y planetas gigantes de nuestro sistema solar, así como la naturaleza de objetos similares a cometas en el cinturón de Kuiper más allá de Neptuno.
- Con su capacidad única para detectar la luz en la gama completa de 60-670 micrones, Herschel podrá recopilar información que anteriormente no estaba disponible.
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| Instrumento PACS. |
Gran parte del universo es extremadamente frío y sólo brilla en longitudes de onda infrarrojas y submilimétricas más allá del alcance no sólo del ojo humano, sino de la mayoría de los telescopios hasta la fecha.
La mayoría de las longitudes de onda en ese rango son fácilmente absorbidas por la humedad en la atmósfera de la Tierra, y por lo tanto son inaccesibles a los telescopios terrestres. Ningún telescopio espacial anterior fue diseñado para detectar toda la gama de frecuencias de luz en esa porción del espectro.
El gran espejo de Herschel y la nueva generación de instrumentos de detección le permitirán revelar nueva información sobre cómo las galaxias surgieron por primera vez; Las relaciones simbióticas entre galaxias, estrellas y el medio interestelar; Los orígenes y la evolución de los productos químicos; Los mecanismos por los que las densas nubes moleculares comienzan a colapsar en las estrellas; Los motores detrás de las potencias en núcleos galácticos; Y los orígenes de los sistemas planetarios, incluido el nuestro. Y gran parte de este conocimiento sobre el cosmos vendrá de la observación de polvo y agua.
Descubrimientos en el polvo.
Grandes y frías nubes de polvo y gas de humo se encuentran entre nosotros y muchos de los objetos que más nos gustaría observar, como las primeras etapas de la formación estelar y los corazones de las galaxias. Y estas nubes tienen una inclinación real para la luz infrarroja.
Sólo permiten que pasen a través de infrarrojos y longitudes de onda más largas de luz. La luz visible de las estrellas y otras fuentes luminosas detrás de ellas es absorbida y reradiada en las longitudes de onda del infrarrojo lejano y submilimétrico. Y el polvo y el gas mismos irradian en ese mismo rango de largas longitudes de onda.
Sin embargo, Herschel permitirá a los científicos medir la temperatura del polvo, analizar su composición, calcular su densidad, determinar su movimiento y deducir información sobre lo que está a su alrededor, ya sea el nacimiento de una nueva estrella o la formación de una galaxia primordial.
Agua por doquier.
El agua también irradia en las longitudes de onda del infrarrojo lejano y submilimétrico que Herschel está diseñado para detectar. Y el agua tiene dos características que lo hacen muy valioso para los astrónomos: parece ser bastante común en el cosmos, y su firma espectral se puede interpretar para proporcionar información sobre su entorno.
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| Instrumento SPIRE. |
Al analizar las líneas de emisión y absorción en espectrógrafos de agua, que varían de manera distintiva con densidad y temperatura, los científicos podrán deducir información sobre las nubes interestelares y otros entornos en los que detectan el agua.
Se espera que Herschel obtenga un inventario completo del agua en sus diversas manifestaciones en el espacio.
Luz de la Edad Oscura
Uno de los objetivos principales de Herschel es estudiar la "Edad Oscura" del universo, cuando las primeras galaxias comenzaron a formarse. La luz de esta época temprana ha viajado por tanto como 8,5 millones de años antes de llegar a nosotros, y ha sido redshifted en la gama de Herschel por la expansión del universo.
Química en el espacio
El espectrómetro de alta resolución de Herschel, HIFI, es especialmente adecuado para identificar la composición química del medio interestelar y las atmósferas de cometas y planetas de nuestro sistema solar. Ayudará a los científicos a entender la historia química de la Galaxia y nuestro sistema solar.
El gran desconocido.
El universo revela cosas diferentes a la luz de diferentes longitudes de onda. Herschel tendrá la oportunidad de ver las cosas en el infrarrojo lejano y las porciones submilimétricas del espectro que nunca se han visto antes.
El objetivo final de Herschel es lograr su potencial de descubrimiento. Lo inesperado puede ser el hallazgo más importante de todos.
Información adicional.
Herschel es una misión de la Agencia Espacial Europea con una participación significativa de la NASA. La NASA desempeñó un papel clave en el desarrollo de dos de los tres instrumentos de la misión (SPIRE e HIFI), y hará importantes contribuciones a los análisis de datos y ciencias.
