Muchos Ojos en el Cielo / Many Eyes in the Sky

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Ilustración del modelo conceptual del LUVOIR-A / Illustration of the conceptual model of LUVOIR-A Fuente / Source

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Muchos Ojos en el Cielo

Continuando en el mismo orden de ideas, de mi publicación anterior, donde revisé algunos de los principales proyectos de telescopios terrestres que veremos iniciar operaciones en los próximos años. En esta ocasión continuare describiendo los proyectos para telescopios espaciales que en un futuro sucederán al hoy novedoso James Webb y al ya veterano Hubble.

Ya en junio de 2021 el telescopio espacia Hubble dio muestras de que sus más de treinta años en operación, le están cobrando factura, el día 13 de ese mes, uno de sus módulos de memoria falló, ocasionando que el computador que se encarga del control del instrumental, dejara de funcionar, dejando al, para entonces, principal ojo en el cielo, fuera de servicio por un periodo de poco más de un mes, hasta que el 15 de julio de 2021, la computadora de respaldo logró ser reiniciada. [1][2]

Actualmente el Hubble está en las etapas finales de su vida útil, aunque no se conoce con exactitud cuando dejará de funcionar, lo cual depende de la cantidad restante de combustible y baterías, la vida de los giroscopios y el frenado atmosférico, no se espera que dure muchos años, cuando esto ocurra, el enorme telescopio será guiado de vuelta dentro de la atmósfera, donde se consumirá parcialmente antes de llegar al punto Nemo, en el océano Pacifico, donde lo que quede de sus restos se sumergirán a las profundidades oceánicas. [3]

Incluso el hoy novedoso James Webb, también tiene una vida útil que no superará las tres décadas, dada la duración de su combustible, sólo que, a diferencia del Hubble, su estructura permanecerá, permanentemente, orbitando al Sol, en el punto L2 de la órbita terrestre.

Entonces no es de extrañar que, aun con el temprano éxito que está teniendo la misión del James Webb, ya los científicos estén pensando en su futuro reemplazo, reemplazo que como es de esperar, debería superar en capacidades, magnitud y complejidad a su antecesor. Estos son los proyectos en curso y aun en la mesa de diseño, que determinarán el futuro de los observatorios espaciales.

Empezando con la NASA, aunque aun no está del todo confirmado, se tiene previsto que en esta misma década sea lanzado el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, antiguamente denominado WFIRST, que fue rebautizado en homenaje a la primera jefa de Astronomía en la Oficina de Ciencias de la agencia, tiene como principal objetivo el estudio de la materia oscura, estaría situado en el punto Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra y tendría un espejo de 2,4 metros, lo que lo igualaría al Hubble, sin embargo su campo de visión será mucho más amplio, al tener una menor distancia focal, motivo por el cual requerirá transmitir grandes cantidades de datos diariamente, de entre 1,4 y 2 terabytes. [4]

Sin embargo, el telescopio espacial Roman, aunque es un proyecto que lleva varios años en desarrollo y es el proyecto más avanzado en cuanto a planificación, su puesta en marcha aún está en riesgo, pues podría descartarse en favor de uno de dos proyectos más ambiciosos. El primero de ellos es el LUVOIR (del inglés, Large UV/Optical/InfraRed Surveyor) un telescopio que en principio sería un magnifico sucesor del James Webb. El segundo proyecto en cuestión, sería el HabEx (del inglés Habitable Exoplanet Observatory) un telescopio más discreto pero diseñado casi específicamente con el propósito de estudiar exoplanetas de características similares a la Tierra.

El proyecto LUVOIR, tiene pensado un telescopio que en su diseño sería parecido al James Webb, pero en la practica su funcionamiento se asemejará al del Hubble, pues operará entre las bandas ultravioleta e infrarroja cercana del espectro, pasando por la luz visible. De este proyecto existen dos versiones, denominadas con las letras A y B, la versión A, la más atractiva y ambiciosa de ambas, incorpora un espejo de 15 metros, formado por 120 segmentos hexagonales, mientras que para la versión B, se tiene previsto un espejo principal de 8 metros, compuesto por 55 segmentos. [5]

Uno de los principales inconvenientes para ambos diseños, es que no existe en operación aun, ningún vector para ponerlos en el espacio. Ambas versiones del LUVOIR superarían la capacidad de carga de todos los vehículos de lanzamiento activos en este momento, por lo que se cuenta con la culminación del SLS (del inglés Space Launch System), un vehículo de lanzamiento desechable de la NASA, que está actualmente en proceso de pruebas, o de la Starship de SpaceX, que también está actualmente en pruebas. [5]

Por su parte el proyecto HabEx, implica la puesta en el espacio de un telescopio con un espejo principal de 4 metros, lo que lo hace menor al James Webb, pero con el agregado de un parasol, denominado Starshade, que en la práctica seria una gigantesca nave de 52 metros de diámetro con forma de flor, que estaría situada a 76600 Km, del telescopio y que tendría por propósito el bloquear la luz de las estrellas para poder observar sus exoplanetas sin su interferencia. [6]


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Modelos Conceptual del HabEx y la Starshade Fuente

Ambos aparatos estarían, al igual que el James Webb, situados en el punto Lagrange L2, del sistema Sol-Tierra, siguiendo una orbita de halo, y estarían planificados para ponerse en operación en algún momento de las próximas dos décadas.

A la par de estos dos proyectos, la NASA evalúa también otros dos grandes telescopios espaciales, pero con características más específicas, el primero de ellos es el proyecto Origins u Origins Space Telescope, el cual es un telescopio diseñado específicamente para la observación del infra rojo lejano, lo que le permitiría estudiar objetos aun más lejanos, con mayor corrimiento al infra rojo, o más fríos, que el James Webb. Tendría dos versiones, la primera, con una apertura (espejo primario) de 9.1 metros y la segunda con 5,9 metros. [7]

El segundo proyecto específico, sería el Lynx X-ray Observatory, un observatorio diseñado específicamente para la observación del otro extremo del espectro radio eléctrico, los rayos X, por lo que su objetivo sería estudiar objetos o eventos que emitirían grandes cantidades de energía como agujeros negros, la evolución de los núcleos galácticos y la evolución estelar. Este contaría con una óptica de Wolter-Schwarzschild, específica para la observación de rayos X, con un espejo principal de 85 cm de largo y un diámetro externo de 3 metros, este observatorio sería el reemplazo del ya veterano Observatorio de Rayos X Chandra. [8]

Por su parte la Agencia Espacial China, planea poner en orbita baja, un telescopio espacial que acompañará a su futura estación espacial, el proyecto ha sido denominado Xuntian, y estaría previsto que fuese lanzado en 2023, el Xuntian, tendría una apertura (espejo principal) de 2 metros, un poco menor que el del Hubble, pero su distancia focal menor, le dará un campo de visión 300 veces mayor, su principal objetivo será el estudio de las galaxias y su evolución, la materia oscura, la evolución estelar y los exoplanetas. La idea es que el telescopio se mantenga en órbita cercano a la futura estación espacial china, pero separado y que sea acoplado a ella cuando se requiera.[9]

Estos son sólo algunos de los proyectos que se tienen pensados para las próximas décadas en lo que respecta a observatorios espaciales, fundamentalmente todos ellos estarían basados en modelos de telescopios ya en operación, como el Hubble, el Webb o el Chandra, pero con variaciones en las capacidades de sus componentes e instrumentos, tamaño de sus ópticas o variación en su posición en el cielo, sin embargo está en estudio una tecnología que podría cambiar por completo el como es nuestra percepción de los telescopios espaciales, se trata de FLUTE o el Experimento del Telescopio Fluídico.

La tecnología de FLUTE, permitiría poner en el espacio telescopios diez y hasta cien veces más grandes que los telescopios espaciales actuales, la idea consisten en usar una técnica parecida a otra empleada hoy en día para crear lentes usando polímeros líquidos, en la cual el polímero es inyectado en un marco sumergido en agua y cuando se solidifica se obtiene una lente de igual o mejor calidad que las talladas.[10]

En esencia, FLUTE aprovecharía la propiedad que tiene los fluidos de formar esferas en ambientes de microgravedad, con lo que se inyectaría el fluido en un marco circular en el espacio donde formaría la lente o espejo, que orbitaría sólo y recogería la luz, que sería concentrada en la óptica secundaria, que estaría alojada en una nave que orbitaría en sincronía al espejo principal a cientos de metros o hasta kilómetros, dependiendo del diámetro y curvatura del espejo principal.[10]

La viabilidad de esta tecnología, se pondrá pronto a prueba en la estación espacial, donde se aplicará la técnica, con la diferencia de que los lentes producidos serán expuestos a rayos UV, para endurecerlos, y poder traerlos a tierra para su análisis.[10]

En definitiva, al igual que los proyectos de telescopios en tierra, existe toda una variedad de proyectos de telescopios espaciales, que definirán el futuro de la astronomía, concentrándose en campos como la materia oscura, la evolución estelar y galáctica y la búsqueda de exoplanetas habitables o habitados.

Texto de @amart29, Barcelona, Venezuela, agosto de 2022

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English


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Many Eyes in the Sky

Continuing in the same vein as in my previous post, where I reviewed some of the major ground-based telescope projects that we will see begin operations in the coming years, this time I will continue to describe the space telescope projects that will succeed the current James Webb and the veteran Hubble. This time I will continue describing the space telescope projects that in the future will succeed the new James Webb and the veteran Hubble telescopes.

Already in June 2021 the Hubble space telescope showed signs that its more than thirty years in operation are taking their toll, on the 13th of that month, one of its memory modules failed, causing the computer that controls the instruments to stop working, leaving the, by then, main eye on the sky, out of service for a period of just over a month, until July 15, 2021, when the backup computer was restarted. [1][2]

Hubble is currently in the final stages of its useful life, although it is not known exactly when it will stop working, which depends on the remaining amount of fuel and batteries, the life of the gyroscopes and atmospheric braking, it is not expected to last many years, when this happens, the huge telescope will be guided back into the atmosphere, where it will be partially consumed before reaching the Nemo point, in the Pacific Ocean, where what is left of its remains will be submerged to the ocean depths. [3]

Even the today novel James Webb, also has a lifetime that will not exceed three decades, given the duration of its fuel, only that, unlike Hubble, its structure will remain, permanently, orbiting the Sun, at the L2 point of the Earth's orbit.

So it is not surprising that, even with the early success of the James Webb mission, scientists are already thinking about its future replacement, a replacement that, as expected, should surpass its predecessor in capabilities, magnitude and complexity. These are the projects underway and still on the drawing board that will determine the future of space observatories.

Starting with NASA, although not yet fully confirmed, the Nancy Grace Roman Space Telescope, formerly known as WFIRST, which was renamed in honor of the first Chief of Astronomy in the agency's Office of Science, is expected to be launched in this decade, its main objective being the study of dark matter, It would be located at the L2 Lagrange point of the Sun-Earth system and would have a 2.4-meter mirror, which would make it equal to Hubble, but its field of view will be much wider, since it will have a shorter focal length, which is why it will need to transmit large amounts of data daily, between 1.4 and 2 terabytes. [4]

However, the Roman space telescope, although it is a project that has been several years in development and is the most advanced project in terms of planning, its launch is still at risk, as it could be discarded in favor of one of two more ambitious projects. The first of these is the LUVOIR (Large UV/Optical/InfraRed Surveyor), a telescope that in principle would be a magnificent successor to the James Webb telescope. The second project in question is the HabEx (Habitable Exoplanet Observatory), a more discrete telescope designed almost specifically for the purpose of studying exoplanets with Earth-like characteristics.

The LUVOIR project has in mind a telescope that in its design would be similar to the James Webb, but in practice its operation will be similar to that of the Hubble, since it will operate between the ultraviolet and near-infrared bands of the spectrum, passing through visible light. There are two versions of this project, named with the letters A and B, version A, the most attractive and ambitious of both, incorporates a mirror of 15 meters, consisting of 120 hexagonal segments, while for version B, it is planned a main mirror of 8 meters, consisting of 55 segments. [5]

One of the main drawbacks for both designs is that there is no vector in operation yet to put them in space. Both versions of the LUVOIR would exceed the payload capacity of all currently active launch vehicles, so we are counting on the completion of the Space Launch System (SLS), a NASA expendable launch vehicle, which is currently undergoing testing, or SpaceX's Starship, which is also currently undergoing testing. [5]

For its part, the HabEx project, involves putting into space a telescope with a main mirror of 4 meters, which makes it smaller than the James Webb, but with the addition of a sunshade, called Starshade, which in practice would be a giant ship of 52 meters in diameter shaped like a flower, which would be located at 76600 km, of the telescope and that would have the purpose of blocking the light of the stars to observe their exoplanets without their interference. [6]


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HabEx and Starshade Conceptual Model Source

Both devices would be, like the James Webb, located at the L2 Lagrange point of the Sun-Earth system, following a halo orbit, and would be planned to be put into operation sometime in the next two decades.

Along with these two projects, NASA is also evaluating two other large space telescopes, but with more specific characteristics. The first of these is the Origins or Origins Space Telescope project, which is a telescope designed specifically for the observation of the far infrared, which would allow it to study objects even farther away, with greater infra-red shift, or colder, than the James Webb telescope. It would have two versions, the first with an aperture (primary mirror) of 9.1 meters and the second with 5.9 meters. [7]

The second specific project, would be the Lynx X-ray Observatory, an observatory designed specifically for the observation of the other end of the radio electric spectrum, X-rays, so its objective would be to study objects or events that would emit large amounts of energy such as black holes, the evolution of galactic nuclei and stellar evolution. This would have a Wolter-Schwarzschild optics, specific for X-ray observation, with a main mirror 85 cm long and an external diameter of 3 meters, this observatory would be the replacement of the veteran Chandra X-ray Observatory. [8]

For its part the Chinese Space Agency, plans to put in low orbit, a space telescope that will accompany its future space station, the project has been named Xuntian, and would be scheduled to be launched in 2023, the Xuntian, would have an aperture (main mirror) of 2 meters, a little smaller than the Hubble, but its smaller focal length, will give a field of view 300 times larger, its main objective will be the study of galaxies and their evolution, dark matter, stellar evolution and exoplanets. The idea is that the telescope will be kept in orbit close to the future Chinese space station, but separate and will be docked to it when required.[9] The telescope will be used to study the galaxies and their evolution, dark matter, stellar evolution and exoplanets.

These are just some of the projects that are planned for the coming decades in terms of space observatories, basically all of them would be based on models of telescopes already in operation, such as Hubble, Webb or Chandra, but with variations in the capabilities of its components and instruments, size of its optics or variation in its position in the sky, however is under study a technology that could completely change how is our perception of space telescopes, it is FLUTE or the Fluidic Telescope Experiment.

The FLUTE technology would make it possible to put into space telescopes ten or even a hundred times larger than current space telescopes. The idea is to use a technique similar to another technique used today to create lenses using liquid polymers, in which the polymer is injected into a frame submerged in water and when it solidifies, a lens of equal or better quality than the carved ones is obtained.[10] The FLUTE technology would essentially take advantage of a new technology that would allow the use of the FLUTE technology in the space telescopes.

In essence, FLUTE would take advantage of the property that fluids have of forming spheres in microgravity environments, with which the fluid would be injected into a circular frame in space where it would form the lens or mirror, which would orbit alone and collect the light, which would be concentrated in the secondary optics, which would be housed in a ship that would orbit in synchrony to the main mirror at hundreds of meters or even kilometers, depending on the diameter and curvature of the main mirror.[10] The feasibility of this technology, which would be based on the use of a polymer polymer polymer, would be based on the use of a polymer polymeric polymer.

The feasibility of this technology will soon be tested on the space station, where the technique will be applied, with the difference that the lenses produced will be exposed to UV rays, to harden them, so that they can be brought back to earth for analysis.[10] The technology will also be tested on the space station.

In short, like the ground-based telescope projects, there is a whole variety of space telescope projects, which will define the future of astronomy, concentrating on fields such as dark matter, stellar and galactic evolution, and the search for habitable or inhabited exoplanets.

Text of @amart29, Barcelona, Venezuela, August 2022


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Referencias / Sources

[1] García, J., El telescopio espacial Hubble vuelve a estar operativo: la NASA ha conseguido arreglarlo, Xataka
[2] infoespacial.com, El telescopio Hubble deja de funcionar, infoespacial.com
[3] Wikipedia, Telescopio espacial Hubble, Wikipedia
[4] Marín, D., El WFIRST es ahora el telescopio espacial Nancy Grace Roman, EUREKA
[5] Marín, D., LUVOIR: un telescopio espacial gigante para estudiar el Universo. EUREKA
[6] Marín, D., HabEx: un telescopio espacial para descubrir exoplanetas habitados, EUREKA
[7] Wikipedia, Origins Space Telescope, Wikipedia.
[8] Wikipedia, Lynx X-ray Observatory, Wikipedia.
[9] Prego, C., Así es Xuntian, el nuevo telescopio espacial chino con un campo de visión 300 veces mayor que el de Hubble, Xataka
[10] Rivero, A., Telescopios líquidos gigantes… ¿la tecnología del futuro?, Astrobitacora.

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