Transportado por un globo aerostático del tamaño de un estadio de fútbol, ASTHROS utilizará un telescopio de última generación para observar longitudes de onda de luz que no son visibles desde el suelo.
Empezamos a trabajar en una nueva misión ambiciosa que transportará un telescopio de vanguardia de 8,4 pies (2,5 metros) de altura en un globo aerostático hasta la estratósfera. Tentativamente programado para lanzarse en diciembre de 2023 desde la Antártida, ASTHROS (Telescopio Estratosférico Astrofísico para Observaciones de Alta Resolución Espectral a Longitudes de Onda Submilimétricas por sus siglas en inglés) permanecerá volando a la deriva en las corrientes de aire sobre el gélido continente por unas tres semanas y brindará nuevos hallazgos durante su viaje.
Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ASTHROS observa la luz infrarroja lejana, o luz en longitudes de onda superiores al espectro visible para el ojo humano. Para conseguirlo, ASTHROS deberá alcanzar una altitud de unos 130.000 pies (24,6 millas, o 40 kilómetros), unas cuatro veces más alto de lo que vuelan los aviones comerciales. Aunque circulará muy por debajo de los límites del espacio (a unas 62 millas, 100 kilómetros, sobre la superficie de la Tierra), estará lo suficientemente alto como para observar longitudes de onda de luz bloqueadas por la atmósfera de la Tierra.
Recientemente, el equipo de la misión dio los últimos toques al diseño de la carga útil del observatorio, que incluye: el telescopio (que captura la luz), su instrumento científico y subsistemas tales como los sistemas de refrigeración y electrónicos. A principios de agosto, los ingenieros del JPL iniciarán la integración y prueba de esos subsistemas para verificar que funcionan de acuerdo con lo esperado.
Si bien los globos aerostáticos pueden parecer una tecnología anticuada, ofrecen a la NASA ventajas únicas en comparación con las misiones terrestres o espaciales. El Programa de Globos Aerostáticos Científicos de la NASA ha operado por 30 años en la Instalación de Vuelo Wallops, en Virginia. Lanza entre 10 a 15 misiones al año desde todo el mundo en apoyo a experimentos de todas las disciplinas científicas de la NASA, así como con fines de desarrollo tecnológico y educativo. Las misiones en globo aerostático no solo tienen costos más bajos en comparación con las misiones espaciales, sino que además llevan menos tiempo entre su planificación y despliegue, lo que significa que pueden asumir mayores riesgos asociados al uso de tecnologías nuevas o de última generación que aún no han sido desplegadas en el espacio. Estos riesgos pueden presentarse en forma de problemas técnicos u operacionales desconocidos que impacten los resultados científicos de una misión. Al superar estos desafíos, las misiones de globos aerostáticos crean las bases para que futuras misiones cosechen los beneficios de estas nuevas tecnologías.
«Las misiones en globo aerostático como ASTHROS tiene un riesgo más elevado que las misiones espaciales, pero ofrecen muchos beneficios a un coste modesto», aseveró José Siles, ingeniero del JPL y gerente del proyecto ASTHROS. «Con ASTHROS, nuestro objetivo es hacer observaciones astrofísicas nunca antes intentadas. La misión allanará el camino para futuras misiones espaciales probando nuevas tecnologías y brindando capacitación a la próxima generación de ingenieros y científicos».
Una vista infrarroja en el cielo
ASTHROS llevará un instrumento para medir el movimiento y la velocidad del gas alrededor de estrellas recién formadas. Durante el vuelo, la misión estudiará cuatro objetivos principales, incluyendo dos regiones de formación estelar en la Vía Láctea. También detectará y cartografiará por primera vez la presencia de dos tipos específicos de iones de nitrógeno (átomos que perdieron algunos electrones). Estos iones de nitrógeno pueden señalar lugares donde los vientos de estrellas masivas y explosiones de supernova han remodelado las nubes de gas dentro de las regiones de formación estelar.
En un proceso conocido como retroalimentación estelar, tales estallidos violentos pueden, en el transcurso de millones de años, dispersar el material circundante y obstaculizar la formación de estrellas o paralizarla completamente. Pero la retroalimentación estelar también puede agrupar el material, acelerando la formación de estrellas. Sin este proceso, todo el gas y polvo disponible en galaxias como la nuestra se habría fusionado en estrellas hace mucho.
ASTHROS proveerá los primeros mapas 3D detallados de la densidad, velocidad y movimiento del gas en estas regiones para estudiar cómo las recién nacidas estrellas gigantes influyen sobre su material placentario. Con ello, el equipo espera obtener información sobre el funcionamiento de la retroalimentación estelar y aportar información que perfeccione los modelos computacionales de evolución de las galaxias.
El tercer objetivo de ASTHROS será la galaxia Messier 83. Estudiar signos de retroalimentación estelar allí permitirá al equipo ASTHROS tener una visión más profunda de su efecto en diferentes tipos de galaxias. «Creo que se entiende que la retroalimentación estelar es el principal regulador de la formación estelar en la historia del universo», explicó Jorge Pineda, científico del JPL e investigador principal de ASTHROS. «Las simulaciones computarizadas de la evolución de galaxias aún no replican la realidad que observamos en el cosmos. Nunca antes se realizó el mapeo de nitrógeno que haremos con ASTHROS, y será emocionante ver cómo esa información ayuda a hacer esos modelos más precisos».
Finalmente, como cuarto objetivo, ASTHROS observará TW Hidra, una joven estrella rodeada por un amplio disco de polvo y gas donde pueden estarse formando planetas. Con sus funcionalidades únicas, ASTHROS medirá la masa total de este disco protoplanetario y mostrará cómo se distribuye. Estas observaciones potencialmente podrán indicar lugares donde el polvo se aglomera para formar planetas. Aprender más sobre los discos protoplanetarios ayudará a los astrónomos a entender cómo se forman diferentes tipos de planetas en sistemas solares jóvenes.
Un alto enfoque
Para hacer todo esto, ASTHROS requerirá de un gran globo: completamente inflado con helio, tendrá unos 400 pies (150 metros) de ancho, o el tamaño de un estadio de fútbol aproximadamente. Una góndola bajo el globo portará el instrumento y el telescopio ligero, que consiste en una antena parabólica de 8,4 pies (2,5 metros), así como una serie de espejos, lentes y detectores diseñados y optimizados para capturar la luz infrarroja lejana. Gracias a la antena, ASTHROS unió el telescopio más grande que alguna vez voló a un globo aerostático de gran altitud. Durante el vuelo, los científicos podrán controlar con precisión la dirección a la que apunta el telescopio y descargar los datos en tiempo real mediante enlaces satelitales.
Dado que los instrumentos de infrarrojo lejano deben mantenerse muy fríos, muchas misiones llevan helio líquido para enfriarlos. En vez de esto, ASTHROS empleará criorrefrigeración, que utiliza electricidad (suministrada por los paneles solares de ASTHROS) para mantener los detectores superconductores cerca de menos 451,3 grados Fahrenheit (menos 268,5 grados Celsius), ligeramente por encima de cero absoluto, la temperatura más fría que puede alcanzar la materia. El criorrefrigerador pesa menos que el contenedor de helio líquido que ASTHROS requeriría para mantener su instrumento frío durante toda la misión. Lo que significa que la carga útil es considerablemente más liviana y la vida útil de la misión está limitada por la cantidad de helio líquido a bordo.
El equipo espera que el globo complete dos o tres vueltas alrededor del Polo Sur en el transcurso de 21 a 28 días, usando los vientos estratosféricos predominantes. Una vez completada la misión, los operadores enviarán comandos de terminación de vuelo que separan la góndola (conectada a un paracaídas) del globo. El paracaídas llevará la góndola hasta el suelo para que el telescopio sea recuperado y reacondicionado para volar de nuevo.
«Lanzaremos ASTHROS a la frontera con el espacio desde la parte más remota e inhóspita de nuestro planeta», dijo Siles. «Si reflexionas en ello, es un reto difícil lo que a la vez lo hace tan emocionante «.
El JPL , una división de Caltech en Pasadena, administra la misión ASTHROS para la División de Astrofísica de la Dirección de Misión Científica de la NASA. El JPL además construye la carga útil de la misión. El Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Maryland desarrolla la góndola y los sistemas de apuntamiento. La unidad de la antena de 2,5 metros es construida por Media Lario S.r.l. en Lecco, Italia. El criorrefrigerador fue desarrollado por Lockheed Martin bajo el Programa Avanzado de Desarrollo de Tecnología de Criorrefrigeración de la NASA. El Programa de Globos Aerostáticos Científicos de la NASA y su Instalación de Ciencias del Globo Aerostático Columbia proporcionan el globo y los servicios de lanzamiento. ASTHROS está programado para lanzarse desde la Estación McMurdo en la Antártida, administrada por la Fundación Nacional de Ciencias mediante el Programa Antártico de los Estados Unidos. Otros socios incluyen a la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Miami.
