¿Por qué lanzamos telescopios espaciales?
Los telescopios en el espacio nos dan una vista que literalmente no podemos obtener del suelo
Los astronautas Steven Smith y John Grunsfeld, aparecen como pequeñas figuras en esta fotografía amplia de diciembre de 1999, tomada durante una caminata espacial para atender el telescopio espacial Hubble.
El 24 de abril de 1990, la NASA y la Agencia Espacial Europea lanzaron una revolución astronómica. Cuando el transbordador espacial Descubrimiento Rugió en el cielo ese día, llevó el telescopio espacial del Hubble en su bahía de carga útil, y los astronautas a bordo lo desplegaron en órbita de baja tierra poco después. Hubble no es el telescopio más grande jamás construido, de hecho, con un espejo de 2.4 metros, en realidad, los astrónomos consideran pequeños, pero tiene una gran ventaja sobre sus hermanos terrestres: está por encima de esencialmente todo el ambiente de nuestro planeta.
Esa elevada perca hace que las opiniones de Hubble sean más agudas y profundas, y aún más amplias, al permitir que el telescopio recolecte tipos de luz invisibles para los ojos humanos y bloqueado por el aire de la Tierra. Y, después de 35 años en órbita, Hubble todavía ofrece una increíble ciencia y vistas cósmicas de belleza impresionante.
Sin embargo, el lanzamiento de los telescopios al espacio requiere mucho más esfuerzo y dinero que construirlos en el suelo. Los telescopios espaciales también tienden a ser más pequeños que los terrestres; Tienen que encajar en la carcasa de carga útil de un cohete, limitando su tamaño. Esa restricción se puede minimizar diseñando un observatorio para lanzar en una forma doblada que luego se despliega en el espacio, como con El telescopio espacial James Webb (JWST)—Pero este enfoque casi inevitablemente se acumula sobre un mayor riesgo, complejidad y costo. Dados esos considerables obstáculos, uno podría preguntar si los telescopios espaciales realmente valen la pena.
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La respuesta corta es: ¡sí, por supuesto! Para las observaciones astronómicas, superar la atmósfera de la Tierra trae tres ventajas muy básicas pero extremadamente poderosas.
La primera es que el cielo es mucho más oscuro en el espacio. Tendemos a pensar que nuestra atmósfera es transparente, al menos cuando no tiene nubes. Pero la luz no deseada todavía resiste el aire de la Tierra, incluso en la noche más clara en el lugar más oscuro del planeta. La contaminación lumínica, iluminación sin necesidad, arrojada al cielo en lugar de hasta el suelo, consigo algo de esto, pero el aire también contiene moléculas con energía solar que liberan lentamente esta energía como un débil goteo de luz visible. Este “Glowrow” es tenue pero, incluso por la noche, eclipsa objetos celestiales muy débiles, que limitan lo que los telescopios terrestres pueden ver. Es un problema de contraste, como tratar de escuchar un susurro en un restaurante lleno de gente. Cuanto más tranquilo sea el nivel de ruido de fondo, mejor podrá escuchar sonidos débiles. Es lo mismo con el cielo: un cielo más oscuro permite ver objetos más débiles.
La segunda ventaja para observar desde el espacio es que esto escapa de la inestabilidad inherente de nuestro aire. La turbulencia en la atmósfera es la razón por la cual las estrellas centellean. Eso es anatema para los astrónomos; El centelleo de una estrella desprende su luz durante una observación, desenfoque pequeñas estructuras juntas y limitando la resolución efectiva de un telescopio terrestre (es decir, qué tan bien puede distinguir entre dos objetos muy espaciados). Esto también hace que los objetos débiles sean aún más atenuados y más difíciles de detectar porque su luz no se concentra en un solo lugar y, en cambio, se difunde. Por encima de la atmósfera, las estrellas, las nebulas y las galaxias parecen crujientes e inquebrantables, lo que nos permite capturar detalles mucho mayores.
La tercera razón para deslizar los vínculos hoscos de la Tierra es que nuestro aire es extremadamente bueno para protegernos de muchas longitudes de onda de luz que nuestros ojos no pueden ver. La luz ultravioleta tiene longitudes de onda más cortas que la luz visible (del tipo que detectan nuestros ojos), y aunque parte de ella llega a la superficie de la Tierra desde el espacio, lo suficiente desde el sol, al menos, para causar quemaduras solares, en su lugar es absorbido por el aire. De hecho, la luz con una longitud de onda más corta de aproximadamente 0.3 micras se absorbe por completo. (Eso es un poco más corto que el de Violet Light, lo más corto que podemos ver, a aproximadamente 0.38 micras).
Por lo tanto, cualquier luz de onda corta suficientemente corta, no solo ultravioleta, sino también aún más rayos X y rayos gamma que dañan las células, es empapada por moléculas en el aire. Eso es bueno para la salud humana, pero no es excelente para las observaciones de fenómenos astronómicos que emiten luz en estos regímenes.
Esto también sucede con longitudes de onda más largas. El dióxido de carbono y el agua son excelentes absorbentes de luz infrarroja, evitando que los astrónomos en el suelo también vean la mayoría de esas emisiones de objetos cósmicos. Como hemos aprendido con JWST, las observaciones en infrarrojos pueden mostrarnos mucho sobre el universo que de otro modo estaría más allá de nuestro propio rango visual limitado. Como solo un ejemplo, La luz de las galaxias extremadamente distantes está desplazada por la expansión cósmica en longitudes de onda infrarrojadonde JWST sobresale.
De hecho, los telescopios espaciales que pueden ver en diferentes longitudes de onda han sido cruciales para descubrir todo tipo de sorprendentes objetos y eventos celestiales. Las radiografías fueron críticas para encontrar los primeros agujeros negros, cuyos discos de acreción generan luz de alta energía a medida que la materia dentro de ellos cae hacia adentro. Las explosiones de rayos gamma, inmensamente poderosas explosiones, se detectaron inicialmente a través de observaciones basadas en el espacio. Los enanos marrones (que son esencialmente estrellas fallidas) emiten muy poca luz visible, pero son lo suficientemente brillantes en el infrarrojo que ahora las contamos por miles de catálogos.
Observar en estos otros tipos de luz es fundamental para revelar detalles importantes sobre la astrofísica subyacente de estos y otros fenómenos. Es solo combinando observaciones a través del espectro electromagnético que realmente podemos entender cómo funciona el universo.
Aún así, el lanzamiento de los telescopios al espacio es muchos problemas y gastos. El trabajo oficial en Hubble comenzó en la década de 1970, pero los retrasos lo mantuvieron en el terreno durante décadas. También cuesta un lote de dinero: aproximadamente $ 19.5 mil millones Total entre 1977 y 2021, en dólares de hoy. (Los costos operativos han sido de aproximadamente $ 100 millones por año En los últimos años, pero Hubble enfrenta recortes presupuestarios). JWST fue de $ 10 mil millones antes de que se lanzara, y ejecutarlo agrega alrededor de $ 170 millones anuales al precio total del proyecto.
Compare que con el telescopio extremadamente grande del Observatorio Sur europeo, o ELT, un gigante de 39 metros actualmente en construcción que tiene un presupuesto estimado de menos de $ 2 mil millones. Construir en el suelo es más simple, requiere menos pruebas y es más tolerante a las fallas, lo que permite mucho más golpes para el dinero.
Sin embargo, las capacidades de los telescopios terrestres versus los telescopios basados en el espacio son diferentes. En general, los grandes telescopios terrestres pueden recolectar mucha luz y ver estructuras débiles, pero a excepción del ELT, no tienen la resolución de sus homólogos basados en el espacio y no pueden ver luz fuera de la ventana de transparencia del aire de nuestro planeta. Además, no todas las observaciones deben hacerse desde el espacio; Muchos se pueden hacer bien desde el suelo, liberando el tiempo en los telescopios espaciales más caros y bien programados.
Enfrentar estos dos tipos de instalaciones entre sí, ¿por qué tener una cuando podemos tener el otro? ¿Es la forma incorrecta de pensar en esto. Ellos no competir; ellos complementar. Juntos proporcionan una visión mucho más clara del cosmos de lo que cualquiera puede dar por sí mismo. La astronomía necesita ambos.