Uno de los observatorios más notables del mundo hace su trabajo no en la cima de una montaña, no en el espacio, sino a 45,000 pies de altura en un Boeing 747. Nick Howes echó un vistazo a este avión único cuando hizo su primer aterrizaje en Europa.
SOFIA (Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja) surgió de una idea que se planteó por primera vez a mediados de la década de 1980. Imagine, dijeron los científicos, usar un Boeing 747 para transportar un gran telescopio a la estratosfera, donde la absorción de luz infrarroja por las moléculas de agua atmosférica se reduce drásticamente, incluso en comparación con los observatorios terrestres más altos. Para 1996, esa idea había dado un paso más cerca de la realidad cuando el proyecto SOFIA fue formalmente acordado entre la NASA (que financia el 80 por ciento del costo de la misión de 330 millones de dólares, una cantidad comparable a una sencilla misión espacial modesta) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR, que financia el otro 20 por ciento). La investigación y el desarrollo comenzaron en serio utilizando un Boeing 747SP altamente modificado llamado "Clipper Lindburgh" en honor al famoso piloto estadounidense, y donde el "SP" significa "rendimiento especial".
Los primeros vuelos de prueba se realizaron en 2007, con SOFIA operando desde el Centro de Investigación de Vuelo Dryden de la NASA en la Base de la Fuerza Aérea Edwards en el Lago Seco Rogers en California, un lugar agradable y seco que ayuda con la instrumentación y los aviones operacionalmente.
Cuando el avión realizó una visita al centro de entrenamiento de astronautas de la Agencia Espacial Europea en Colonia, Alemania, tuve la rara oportunidad de mirar alrededor de este magnífico avión como parte de un "Tweetup" europeo (una reunión de Twitter). Lo que se notó de inmediato fue la longitud más corta del avión a la que usualmente vuela, lo que permite que la aeronave permanezca en el aire por más tiempo, un aspecto crucial para su pasajero más importante, el telescopio SOFIA de 2.7 metros. Su espejo primario del tamaño del telescopio espacial Hubble está recubierto de aluminio y rebota la luz a un secundario de 0.4 metros, todo en una estructura de jaula abierta que literalmente sobresale del costado del avión.
Como hemos visto, la razón para colocar un telescopio de varias toneladas en un avión es que al hacerlo es posible escapar de la mayoría de los efectos de absorción de nuestra atmósfera. Las observaciones en infrarrojo son en gran medida imposibles para los instrumentos terrestres a nivel del mar o cerca del mismo, y solo en parte, incluso en las altas cumbres de las montañas. El vapor de agua en nuestra troposfera (la capa inferior de la atmósfera) absorbe tanta luz infrarroja que, tradicionalmente, la única forma de vencer esto era enviar una nave espacial. SOFIA puede llenar un nicho haciendo casi el mismo trabajo pero con mucho menos riesgo y con una vida útil mucho más larga. El avión tiene sofisticadas cámaras de monitoreo infrarrojo para verificar su propia salida y monitoreo de vapor de agua para medir la poca absorción que está ocurriendo.
El espejo de 2.7 metros (aunque en realidad solo se usan 2.5 metros en la práctica) usa un compuesto de cerámica de vidrio que es altamente tolerante térmicamente, lo cual es vital dadas las duras condiciones por las que el avión atraviesa el telescopio aislado. Si uno se imagina la dificultad que tienen los astrónomos aficionados algunas noches con la estabilidad del telescopio en condiciones ventosas, piense en SOFIA, cuyo enorme telescopio reflector Cassegrain f / 19.9 tiene que lidiar con una puerta abierta al
Vientos de 800 kilómetros por hora (500 millas por hora). En general, algunas operaciones ocurrirán a 39,000 pies (aproximadamente 11,880 metros) en lugar del posible techo de 45,000 pies (13,700 metros), porque mientras que la altitud más alta proporciona condiciones ligeramente mejores en términos de falta de absorción (aún por encima del 99 por ciento del vapor de agua que causa la mayoría de los problemas), el combustible extra necesario significa que los tiempos de observación se reducen significativamente, lo que hace que los 39,000
pies de altitud operacionalmente mejor en algunos casos para recopilar más datos. La aeronave utiliza un sistema de admisión de aire ingeniosamente diseñado para canalizar y canalizar el flujo de aire y la turbulencia lejos de la ventana abierta del telescopio, y hablando con los pilotos y científicos, todos acordaron que no hubo ningún efecto causado por la salida de los motores de la aeronave. .
Mantenerse fresco
Las cámaras y la electrónica en todos los observatorios infrarrojos deben mantenerse a temperaturas muy bajas para evitar que el ruido térmico se derrame en la imagen, pero SOFIA tiene un as bajo la manga. A diferencia de una misión espacial (con la excepción de las misiones de servicio al Telescopio Espacial Hubble que cuestan cada una $ 1,5 mil millones, incluido el precio del lanzamiento de un transbordador espacial), SOFIA tiene la ventaja de poder reemplazar o reparar instrumentos o reponer su refrigerante, permitiendo una vida útil estimada de al menos 20 años, mucho más larga que cualquier misión infrarroja espacial que se quede sin refrigerante después de unos años.
Mientras tanto, el telescopio y su base son una hazaña de ingeniería. El telescopio está prácticamente fijo en acimut, con solo un juego de tres grados para compensar el avión, pero no necesita moverse en esa dirección ya que el avión, pilotado por algunos de los mejores de la NASA, cumple con su deber. Puede funcionar entre 20 y 60 grados de altitud durante las operaciones científicas. Todo ha sido diseñado para tolerancias que hacen caer la mandíbula. La esfera de apoyo, por ejemplo, está pulida con una precisión de menos de diez micras, y los giroscopios láser proporcionan incrementos angulares de 0,0008 segundos de arco. Aislado del avión principal por una serie de parachoques de goma a presión, que están compensados por la altitud, el telescopio está casi completamente libre del grueso principal del 747, que alberga las computadoras y los bastidores que no solo operan el telescopio sino que proporcionan la estación base para cualquier científico observacional volando con el avión.
PI en el cielo
La estación de Investigador Principal se encuentra alrededor del punto medio de la aeronave, a varios metros del telescopio pero encerrada dentro del avión (expuesta al aire a 45,000 pies, la tripulación y los científicos serían asesinados instantáneamente). Aquí, durante diez o más horas a la vez, los científicos pueden recopilar datos una vez que se abre la puerta y el telescopio apunta al objetivo elegido, con los pilotos siguiendo una ruta de vuelo precisa para mantener la precisión de puntería del instrumento y también para evitar La posibilidad de turbulencia. Si bien los telescopios terrestres pueden responder rápidamente a eventos como una nueva supernova, SOFIA está más regulada en sus operaciones científicas y, con ciclos de propuestas de seis meses a un año, uno debe planificar con bastante precisión la mejor manera de observar un objeto.
Pronosticando el futuro
Las operaciones científicas comenzaron en 2010 con FORCAST (Cámara infrarroja de objeto débil para el telescopio Sofia) y continuaron en 2011 con el instrumento GREAT (Receptor alemán de astronomía en frecuencias Teraherz). FORCAST es un instrumento de infrarrojo medio / lejano que funciona con dos cámaras de entre cinco y cuarenta micras (en conjunto pueden trabajar entre 10 y 25 micras) con un campo de visión de 3.2 minutos de arco. Vio por primera vez Júpiter y la galaxia Messier 82, pero trabajará en obtener imágenes del centro galáctico, la formación de estrellas en galaxias espirales y activas y también mirar las nubes moleculares, uno de sus principales objetivos científicos que permite a los científicos determinar con precisión las temperaturas del polvo y Más detalles sobre la morfología de las regiones de formación estelar hasta una resolución de menos de tres segundos de arco (dependiendo de la longitud de onda en la que trabaja el instrumento). Junto a esto, FORCAST también puede realizar una espectroscopía de grismo (es decir, un prisma de rejilla), para obtener información más detallada sobre la composición de los objetos a la vista. No hay un sistema de óptica adaptativa, pero no necesita uno para los tipos de operaciones que está realizando.
FORCAST y GREAT son solo dos de los instrumentos de operación científica "básicos", que también incluyen espectrógrafos Echelle, espectrómetros de infrarrojo lejano y cámaras de banda ancha de alta resolución, pero el equipo científico ya está trabajando en nuevos instrumentos para la próxima fase de operaciones. El cambio de instrumentación, aunque complejo, es relativamente rápido (comparable al tiempo que lleva cambiar los instrumentos en observatorios terrestres más grandes), y se puede lograr en la preparación para observaciones, que el avión pretende hacer hasta 160 veces por año. Y aunque no había planes firmes para construir un barco hermano para SOFIA, hubo discusiones entre los científicos para colocar un telescopio más grande en un Airbus A380.
Alcance del cielo
Con un programa planeado de embajadores de la ciencia que involucra a maestros que vuelan en el avión para investigar, el perfil público de SOFIA crecerá. La producción científica y las posibilidades de los instrumentos que están en constante evolución, servicio y mejora cada vez que aterriza es incalculable en comparación con las misiones espaciales. Los periodistas solo recientemente tuvieron la oportunidad de visitar este notable avión, y fue un privilegio y un honor ser una de las primeras personas en verlo de cerca. Con ese fin, deseo agradecer a la ESA y la NASA por la invitación y la oportunidad de ver algo tan único.
