En estos últimos años el Telescopio Espacial James Webb (JWST) se ha llevado todos los reflectores, pero ¿qué hay de sus hermanos? Aquellos que llegaron a ser conocidos como “Los 4 grandes telescopios”, encargados de estudiar una parte diferente del espectro electromagnético: Compton (Rayos Gamma), Chandra (Rayos-X), Hubble (Luz Visible) y Spitzer (Infrarrojo). (Imagen 1)
- Te puede interesar: Cosmos, un viaje personal
Su nombre se debe en honor al astrofísico Lyman Spitzer Jr., pionero en los esfuerzos en aprovechar la fusión nuclear como una fuente de energía limpia, y que contribuyó principalmente a las áreas de dinámica estelar, física de plasma, fusión termonuclear y astronomía espacial. Es también es considerado el fundador del estudio del medio interestelar, el primero en proponer la colocación de un gran telescopio en el espacio y uno de los impulsores en el desarrollo del Telescopio Espacial Hubble.
Lanzado el 25 de Agosto de 2003, el observatorio consistía en un gran telescopio ligero de 950 kg y tres instrumentos científicos criogénicamente congelados, capaces de estudiar las longitudes de onda que constituyen toda la familia del espectro infrarrojo (Imagen 2 y 3). Si desean saber más sobre el infrarrojo y él porque es de interés si estudio, les recomiendo que le echen un ojo a la edición “El Infrarrojo: El cazador de quimeras”.
¿Qué necesitas para un telescopio espacial infrarrojo?
La respuesta corta sería: una estructura de berilio; un excelente control de apuntado; una nave capaz de soportar las condiciones del medio interestelar, una serie de detectores para los instrumentos científicos y mucha ciencia. Pero para los más curiosos, nos adentraremos en las principales partes del telescopio y hablaremos un poco de su funcionamiento. El telescopio Spitzer se dividía en 2 componentes principales: La Nave y el Ensamblado del Telescopio Criogénico (o por sus siglas: CTA). No se preocupen, iré desmenuzando todo esto.
El por qué el berilio constituye una buena parte de las estructuras del telescopio (a excepción de los soportes de espejo) lo encontramos en su gran dureza, su bajo peso y a sus propiedades térmicas que permitían controlar de mejor manera el comportamiento del telescopio que operaba a 5°K (algo así como -268°C).
Ahora, necesitamos una forma de tener confirmación visual de hacia dónde estamos apuntando. Aquí es cuando entra en juego el diseño óptico del Telescopio, con un espejo de 85 centímetros de diámetro, y con un peso que rondaba los 50 kilogramos, diseñado para operar a muy bajas temperaturas.
La Nave estaba conformada por las partes del telescopio que no eran enfriadas como: los paneles solares (que fungían como fuente de energía y al mismo tiempo como escudos para proteger el telescopio del Sol); el programa de vuelo; unidades de mando y manejo de datos; algunos subsistemas (telecomunicaciones, generación y distribución de energía, control de apuntado, etc.); y, el cuerpo principal que era una estructura octagonal que resguardaba la electrónica de la nave y calentaba las partes electrónicas de los instrumentos científicos. Mientras que el CTA estaba constituido por 4 elementos clave para que el observatorio cumpliera sus tareas con éxito: El Telescopio, la Cámara de Múltiples Instrumentos, el Criostato y la Cubierta Exterior (Imagen 4).
En este punto te estarás preguntando ¿Por qué un telescopio infrarrojo necesita un algo que se encargue de mantener temperaturas tan bajas como lo es un criostato? Recordemos que cualquier objeto por encima la temperatura del cero absoluto, 0°K o -273.15°C, emite radiación infrarroja. Así que para poder detectar y estudiar el infrarrojo, los instrumentos del Telescopio Espacial Spitzer primero debían enfriarse (y con ello reducir la emisión de radiación infrarroja) lo suficiente como para que su propio calor no interfiriera con las observaciones y no se detectasen a sí mismos (o al Observatorio). De ahí que el criostato se volviese crucial para el éxito de la misión. El que fue utilizado para el Telescopio Espacial Spitzer contenía 360 litros de helio líquido y fue capaz de enfriar instrumentos hasta los 1.4°K por más de 5 años.
Instrumentos científicos: ganar potencia sin perder calidad
La visión de que “los observatorios espaciales son telescopios que tienen cámaras adheridas” se queda muy corta en el sentido de que hay información que no se puede obtener con una simple imagen y que obtener el equivalente a una imagen fuera del espectro visible es todo un desafío.
La alta sensibilidad de los instrumentos permitió a los científicos adentrarse en regiones que son ocultas para los telescopios ópticos convencionales como aquellas zonas donde nacen las estrellas, los centros de las galaxias, y sistemas planetarios en formación, como el nuestro hace miles de millones de años. Y ya que en el infrarrojo somos capaces de ver objetos muy fríos en el espacio, también fue posible estudiar estrellas fallidas (enanas marrones) y planetas fuera del sistema solar.
Similar a cuando revisa las especificaciones del motor de un auto que desea comprar, si se quiere tener una visión más profunda sobre el telescopio es necesario conocer lo que lleva en su corazón: la Cámara de Múltiples Instrumentos.
Dentro de ella estaban contenidos los 3 instrumentos científicos del Spitzer: La Cámara Infrarroja (IRAC), el Fotómetro de Imágenes Multi-banda (MIPS) y El Espectrógrafo Infrarrojo (IRS). Con un diámetro de 84 centímetros y una altura de 20 centímetros fue construida para estar tan apretada que ninguna luz pudiera entrar a excepción de la luz direccionada a los instrumentos del telescopio.
El primero de ellos, la Cámara Infrarroja, se trató de una potente cámara de imágenes de uso general para un amplio rango de programas de investigación astronómica gracias a su campo de visión, sus capacidades de mapeo y su obtención de imágenes en cuatro longitudes de onda o “colores” al mismo tiempo.
Ahora, si se decide revisar el clima constantemente durante todo el otoño, tras el suficiente tiempo sería posible establecer algunas de sus características. Similarmente, a partir de la luz que recibimos de un objeto a lo largo del tiempo es posible conocer parte de sus propiedades. El Fotómetro de Imágenes Multi-banda, encargado de esta tarea, producía imágenes y medía la intensidad de la luz mediante una técnica conocida como “fotometría”. La única parte movible de este instrumento era el espejo de escaneo que era usado para mapear eficientemente las áreas del cielo.
Ya por último, si la luz golpea un prisma, esta acaba siendo descompuesta en los colores del arcoíris de forma similar a lo que se ve en la portada del álbum The Dark Side of the Moon de Pink Floyd. Un espectrógrafo convencional toma la luz y la descompone en este “arcoíris”, mejor conocido como “espectro”, pues cada elemento químico que constituye un objeto tiene una firma única con la que puede ser identificado. El Espectrógrafo Infrarrojo (IRS) del telescopio realizaba este proceso con el espectro infrarrojo (Imagen 3), y gracias a este instrumento fue que en el año 2007 se detectó vapor de agua en un planeta que orbita otra estrella llamado HD 189733b; siendo esta la primera evidencia en toda la historia de la presencia de agua en un exo-planeta.
El fin del spitzer
Originalmente, el Telescopio Espacial Spitzer fue construido para durar un mínimo de 2.5 años, pero logró prolongarse su fase fría con suministro de helio líquido por más de 5.7 años. El 19 de Mayo de 2009 el refrigerante finalmente se agotó y la misión “cálida”, posteriormente llamada Spitzer Beyond en 2016 comenzó. En esta etapa, únicamente dos de los cuatro canales de la Cámara Infrarroja fueron los instrumentos que continuaron funcionando hasta el fin de su última misión, Spitzer Final Voyage (Viaje final de Spitzer). El 30 de enero de 2020, después de 16 años y 5 meses de operación, el telescopio fue puesto en modo seguro de forma permanente cesando cualquier operación científica del telescopio y así alejarse poco a poco de la tierra en espera de que en algún punto colisione con un campo de escombros (Imagen 5).
Mientras el fatídico día llega, recorrerá el universo que una vez observó, como despedida de una gran aventura llena de descubrimientos en la que el arduo trabajo de científicos, ingenieros y técnicos culminó con una gran cantidad de datos observacionales que se volvieron un legado de vital importancia para posteriores investigaciones que abrieron nuevas puertas para el entendimiento del universo y de sus procesos.
