SOFIA logra su "primera luz"

El Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja, un programa conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán, logró un hito el 26 de mayo, con su primer vuelo de observación nocturno.

Júpiter en óptico, y visto por SOFÍA en infrarrojo.

El Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, SOFIA) alemán-estadounidense, completó un hito importante al conseguir su "primera luz" cuando realizó sus primeras observaciones durante la noche entre el 25 y el 26 de mayo de 2010. SOFIA es el único observatorio aéreo en el mundo, operado conjuntamente por la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR). Durante su vuelo, el observatorio llevó a cabo observaciones de objetos astronómicos en longitudes de onda infrarroja.

"Con este vuelo, SOFIA comienza un programa científico de 20 años que permitirá una gran variedad de observaciones astronómicas, y que no son posibles para la ciencia en la Tierra o en otros observatorios espaciales", dijo Jon Morse, director de la División de Astrofísica de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. "Se establece claramente la expectativa de que SOFIA nos proporcionará ciencia astronómica de alto nivel".

El Boeing 747SP altamente modificado para SOFIA, un telescopio reflector de 100 pulgadas de diámetro, despegó desde su base en el Centro de Operaciones de Aeronaves en Palmdale, California, del Centro de Investigaciones de Vuelo Dryden de la NASA. El personal de a bordo consistió en una tripulación internacional formada por personal de la NASA, la Asociación de Universidades de Investigación Espacial en Columbia, Maryland, la Universidad de Cornell y el Instituto Alemán de SOFIA (DSI) en Stuttgart. Durante el vuelo de seis horas, a altitudes de hasta 35.000 pies (unos 10.600 metros), la tripulación de 10 científicos, astrónomos, ingenieros y técnicos reunieron los datos del telescopio en las consolas en la cabina principal del avión.

"Pruebas en el túnel de viento y cálculos por superordenador realizados al comienzo del programa SOFIA predijeron que podrían tomarse imágenes nítidas de primera línea de investigación astronómica", dijo el científico del proyecto SOFIA Pam Marcum del Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California "Un estudio preliminar de los datos de primera luz indica que este objetivo se ha logrado".

La estabilidad y la precisión del telescopio, construido en Alemania, alcanzó o superó las expectativas de los ingenieros y astrónomos que lo pusieron a prueba durante el vuelo.

Imagen infrarroja de M82, adquirida en el vuelo por SOFIA.

El logro culminante de la noche: los científicos a bordo tomaron imágenes de la galaxia Messier 82 (M82) y de Júpiter en longitudes de onda no observables por los telescopios terrestres o espaciales. La imagen compuesta de Júpiter muestra el calor saliendo del interior del planeta a través de agujeros en sus nubes. En la imagen infrarroja de M82, es posible mirar a través de las nubes de polvo interestelar de la galaxia para mostrar varios nudos 'starburst' en donde las estrellas se forman por decenas de miles.

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SOFIA se prepara para su "primera luz"

Los ingenieros y funcionarios de la agencia espacial estadounidense NASA y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) tienen razones para estar entusiasmados durante estos días. Su inovador telescopio, el Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, SOFIA), que se prepara para ver su primera luz, acaba de finalizar una extensa serie de pruebas de validación destinadas a evaluar sus capacidades. El siguiente paso será la prueba de su telescopio y el vuelo de su "primera luz", que practicamente supondrá que el observatorio volante tome sus primeras imágenes de estrellas y otros objetos extraterrestres.

Este acontecimiento podría tener lugar esta semana, según anuncian funcionarios de la NASA. Los dirigentes dicen que apenas pueden esperar para conseguir las primeras imágenes infrarrojas de varios objetos. La razón por la cual este telescopio en particular es tan excepcional se debe a que está completamente montado en el interior de un avión Boeing 747 modificado con un fuselaje ensanchado. Esto hace que el observatorio sea capaz de realizar hazañas extraordinarias, como realizar observaciones científicas en lugares en el planeta que no son aptas para albergar telescopio fijos en la superficie de la Tierra. Estas áreas tienen cielos muy ricos en objetivos de interés, pero muchas veces las nubes evitan observar. Mediante el uso de SOFIA, los expertos simplemente volarán por encima de las nubes, y realizarán observaciones científicas desde ahí.

Este instrumento infrarrojo es muy adecuado para observaciones astronómicas, puesto que dispone de un espejo de 2,5 metros. Dado el hecho de que el telescopio está básicamente preparado para el trabajo, los equipos de ingeniería que construyen los diversos componentes del telescopio están apresurándose con los últimos detalles. Por ejemplo, el equipo de la Universidad de Cornell que ha desarrollado la Faint Object Infrared Camera (FORECAST) ha volado desde Nueva York para llevar a cabo las pruebas finales. El instrumento, es sensible en el rango de 5 a 40 micrómetros del espectro electromagnético, esta cámara es uno de los tres instrumentos principales a bordo de SOFIA.

Los otros dos son la cámara de infrarrojo cercano FLITECAM (de 1 a 5 micrómetros) y la del infrarrojo lejano HAWC (de 40 a 300 micrómetros). La razón de por qué FORECAST es tan importante se debe a que puede llevar a cabo observaciones en una banda infrarroja que es invisible para los telescopios terrestres. El vapor de agua de nuestra atmósfera es muy eficiente en la absorción del infrarrojo, por lo que los objetos que emiten en longitudes de onda particulares, no pueden ser detectados incluso en los lugares más secos del planeta.

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SOFIA pasa una prueba clave

El telescopio SOFIA, que es el primero en funcionar a bordo de un avión, voló exitosamente con las puertas abiertas, con lo cual muy pronto estará listo para iniciar sus pruebas científicas.

Para la mayoría de los astrónomos sería impensable abrir la cúpula de un observatorio si afuera hubiera vientos de 160 km/h. Sin embargo, el nuevo telescopio SOFIA, de la NASA, voló recientemente en un aeroplano a 400 km/h con las puertas completamente abiertas.

El 18 de diciembre, el Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja (SOFIA: Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, en idioma inglés), voló a bordo de un avión Boeing 747 modificado, a 4.570 m (15.000 pies) de altura por una hora y 19 minutos. Durante dos de esos minutos, la puerta del telescopio fue abierta completamente.

"Esta fue la primera vez que la puerta fue abierta completamente durante el vuelo", dice Bob Meyer, gerente del programa SOFIA, en el Centro Dryden para Investigaciones de Vuelo. "Queríamos averiguar si abrir la puerta afectaba el vuelo y el manejo del aeroplano, si causaba resonancia acústica en la cavidad, o si provocaba que algo se soltara en la cavidad debido al viento".

"Cuando se sopla en el interior de una botella y se escucha un sonido, eso es lo que se llama resonancia acústica. Si eso sucediera en el aeroplano, podría hacer que la estructura del avión y el telescopio vibraran, causando problemas".

SOFIA pasó con éxito estas pruebas. "Todo salió bien. No hubo que hacer ajustes, ni se necesitaron correcciones. Nada se soltó ni se dañó".


El telescopio infrarrojo, de 2,5 m estará, en última instancia, destinado a volar a 12.200 m de altura y estudiará una gran varidedad de objetos astronómicos durante su vida útil que, se espera, sea de 20 años. Estos objetos incluyen a otras galaxias y al centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, así como también al medio interestelar (especialmente a los constituyentes básicos para la vida que éste posee), la formación de las estrellas y planetas y además los cometas y asteroides en nuestro Sistema Solar.

El velo de vapor de agua que envuelve a la Tierra actúa como una pared de ladrillos invisible para la energía infrarroja que proviene de los objetos cósmicos que SOFIA desea observar. SOFIA resuelve ese problema observando los cielos desde 'arriba del velo', algo que los telescopios en la Tierra no pueden hacer. Así como los telescopios espaciales, SOFIA recolectará la energía infrarroja antes de que ésta llegue a la Tierra.



Y lo hará mirando a través de la puerta abierta del avión. Al igual que en la prueba, el telescopio, con sus espejos primario, secundario y terciario, se mantendrán estáticos dentro de una cavidad ubicada en la parte trasera del avión. Los controles del telescopio, las computadoras, los espectrómetros y otros instrumentos permanecerán en la cabina presurizada. Los científicos, que también estarán en la cabina, podrán mirar a través de una ventana ubicada en dicho sitio para ver la imagen que el telescopio toma. La imagen se transmite a través de un tubo, el cual se halla sostenido a la ventana en un extremo y al telescopio en el otro.

Se han planeado más pruebas para la primavera (boreal) de 2010, antes de que el telescopio SOFIA pueda comenzar sus operaciones científicas en el otoño (boreal).

"Haremos pruebas a todas las velocidades a las que el aeroplano puede volar y a todas las alturas planeadas para la misión", dice Meyer. "También probaremos distintas elevaciones a las cuales puede apuntar el telescopio".

"Nuestra prueba de primera luz, en la que finalmente tomaremos una imagen y la caracterizaremos con el telescopio, está planeada para el mes de abril. En dicha prueba, quitaremos los seguros del telescopio y lo sacaremos de su cavidad, de modo que se podrá mover como si estuviera realmente observando. El viento estará azotando y sacudiendo a SOFIA, de modo que ésa será la primera prueba verdadera de sus capacidades para obtener imágenes estables".

¿Cómo se mantiene al telescopio lo suficientemente fijo como para apuntar con precisión y que se quede apuntado hacia el objetivo en un avión en movimiento, con la puerta abierta?


"El telescopio descansa sobre grandes monturas de absorción de choques, que lo aislan de las vibraciones mecánicas del aeroplano. Y, en la parte trasera de la cavidad, hay una rampa que recoge el flujo de aire que ingresa a la cavidad y lo envía hacia atrás, por encima de la rampa y hacia afuera de la cavidad".

SOFIA también cuenta con contrapesos, que pueden ser medidos y ajustados para corregir cualquier tipo de sacudimiento. Y el sistema de dirección puede mover el telescopio hacia adelante y hacia atrás con el fin de compensar las vibraciones de baja frecuencia o los movimientos del aeroplano. Además, el espejo secundario puede incluso ser oscilado para contrarrestar el sacudimiento de la imagen en sí misma.

"SOFIA es realmente una pieza maravillosa de ingeniería", concluye. "Este vuelo de prueba representa un enorme éxito y es un hito para todas las personas que han trabajado muy duro durante una década en esta misión".

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Buscando los secretos del nacimiento de los planetas

Imagine cortar puertas rectangulares en el costado de un avión 747, instalar un telescopio de 17 toneladas y volar a la estratosfera para resolver uno de los misterios más grandes de la astronomía. Eso es lo que la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán planean hacer con el observatorio aéreo de vanguardia llamado SOFIA.


No siempre se necesita un cohete para hacer ciencia de cohetes. Algunas veces, un simple avión alcanza, un simple avión Boeing 747 que transporte un telescopio de 17 toneladas y 2,7 metros de ancho, llamado SOFIA.

SOFIA, que es el nombre abreviado en idioma inglés de Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja, en español), observará el Universo mientras se desliza a través de la estratosfera a 13.700 metros de altura. Cuando comience sus operaciones el año próximo, será el observatorio aéreo más grande y avanzado del mundo.

"SOFIA está preparado para lograr resultados científicos espectaculares", dice la científica del proyecto Pamela Marcum. "Por ejemplo, este telescopio nos ayudará a averiguar cómo se forman los planetas y cómo llegó a existir nuestro propio Sistema Solar".

Y, como es un observatorio móvil, puede volar a cualquier lugar, a cualquier hora. SOFIA se puede ubicar en una determinada posición para capturar eventos astronómicos especialmente interesantes, tales como ocultaciones estelares (cuando objetos celestes cruzan frente a estrellas localizadas en el fondo), mientras que los telescopios en tierra, ubicados en posiciones geográficas 'incorrectas' en la superficie de la Tierra, se pierden el espectáculo. SOFIA volará por arriba del velo de vapor de agua que rodea a la Tierra con el fin de lograr una mirada amplia del cosmos.


Si bien nuestra galaxia está repleta de sistemas planetarios, los astrónomos no saben exactamente cómo se forman. Esto se debe a que los telescopios comunes no pueden ver a través de las gigantes y densas nubes de gas y polvo que dan origen a los planetas. Usando longitudes de onda infrarroja, SOFIA puede penetrar la bruma y observar el proceso de nacimiento, mostrando a los científicos cómo se juntan las moléculas para construir mundos.

"SOFIA será capaz de localizar la línea de hielo planetaria donde el vapor de agua se convierte en hielo en el disco de polvo y gas que hay alrededor de las estrellas jóvenes", dice Marcum. "Eso es importante porque pensamos que allí es donde se forman los gigantes gaseosos. Los núcleos planetarios más masivos son más comunes porque las condiciones son las mejores para formar rocas y también hielo".

"Una vez que se forma un núcleo lo suficientemente grande, su gravedad se vuelve lo suficientemente fuerte como para atrapar gas, de modo que más moléculas de hidrógeno y de helio puedan 'pegarse'. Entonces, estos grandes núcleos pueden crecer hasta convertirse en gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. De lo contrario, continúan siendo planetas más pequeños, con hielo y rocas".


"SOFIA también será capaz de indicar dónde se localizan dentro del disco protoplanetario los componentes básicos, tales como el oxígeno, el metano y el dióxido de carbono".

Conocer dónde se ubican varias sustancias dentro del disco nos ayudará a saber cómo se juntan desde "abajo" para formar planetas.

Una de las fortalezas clave del telescopio es que será el complemento de otros observatorios infrarrojos. Con una vida útil de 20 años, puede llevar a cabo estudios de seguimiento de objetos que telescopios infrarrojos de corta vida útil no tienen tiempo de realizar. Si, por ejemplo, un observatorio en órbita, como el WISE, detecta algo que merezca más atención, SOFIA puede realizar una larga y detenida observación, mientras el WISE continúa mirando el resto del cielo.

"WISE está diseñado para escanear el cielo entero en longitudes de onda infrarroja y reunir información de una multitud de objetos, más que para estudiar objetos particulares con gran profundidad", explica Marcum. "Pero SOFIA tiene tiempo de sobra para realizar estudios más profundos".


SOFIA también puede hacer ciencia mediante estudios de seguimiento llevados a cabo con el fin de cosechar todos los beneficios de los descubrimientos que surgieron de las investigaciones espaciales realizadas por Herschel y, después, de los estudios en el cercano y mediano infrarrojo que hizo el Telescopio Espacial James Webb.

"Una vez que a Herschel se le terminen sus tres años de enfriador, SOFIA será el único observatorio que pueda proporcionar, de manera rutinaria, una cobertura dentro del rango que abarca desde las longitudes de onda del lejano infrarrojo hasta las ondas submilimétricas. Esta parte del espectro es un territorio casi absolutamente inexplorado".

"Y, aunque SOFIA cubre la misma parte del espectro que el Telescopio Espacial James Webb, está optimizado para alcanzar longitudes de onda ubicadas exactamente más allá de las que puede detectar el James Webb, para complementar sus observaciones. SOFIA realizará un fantástico trabajo ya que observará en el espacio que queda entre las longitudes de onda que capta el James Webb y las que capta el Herschel".

A diferencia de estos telescopios espaciales, SOFIA puede 'regresar al granero' periódicamente para reparar, ajustar sus instrumentos o incluso cambiarlos por otros instrumentos científicos nuevos y mejorados, siguiendo el ritmo de la ciencia de vanguardia desde un 'simple' aeroplano.

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