El telescopio Hubble.
Hace ya diez ańos que fue
lanzado al espacio, el telescopio Hubble, y fue uno del más grandes dramas en
la historia de la exploración del espacio.
Metas del telescopio.
Fue un acontecimiento cientifico y
tecnologico que derivo inicialmente en un desastre, un defecto minúsculo en su
construcción significó que el Hubble no podía producir una imagen nitida. Las
metas propuestas de los constructores no se cumplieron. Ésta es la historia de
cómo la calamidad dio vuelta un triunfo y cómo el Hubble tiene un puesto en la
ciencia que puede transformar nuestra opinión del universo. El telescopio de
Hubble fue diseńado para abrir los secretos más profundos del espacio. Qué
sucede cuando nacen las estrellas?, qué es el universo?,cómo es de grande el
universo y cuanto viejo?,como comenzo?. La gran meta del Hubble era encontrar los orígenes del Universo. Cuándo y
cómo el espacio y el tiempo comenzaron?
El nacimiento del universo es uno de los misterios más grandes de la astronomía
, en 1929 un astrónomo llamado Edwin Hubble hizo un descubrimiento
crucial,encontró que las estrellas y las galaxias,se alejan de nosotros, el
Universo esta en expancion,las implicaciones para encontrar la edad del
universo eran enormes.
Los astrónomos tienen una dificultad al intentar contestar a
estas preguntas fundamentales usando los telescopios desde la tierra. Tienen
que observar a través de la atmósfera de la tierra, una capa turbulenta de aire
enmascara y tuerce las imagenes de las estrellas y bloquea algunas longitudes
de onda de la luz .
El universo se nos aparece con una
gama enorme de longitudes de onda ,hay estrellas que son mucha más caliente que
nuestro Sol y producen luz en la parte lejana del espectro ultravioleta,que no se
puede ver desde la Tierra. Si se quiere estudiar la formación de las estrellas
,ellas estan dentro de una nube de gas y de polvo de la que sale únicamente luz
infrarroja,que es dificil verla desde la Tierra.
En las mentes de muy pocos
astrónomos habia una solución, pero era un proyecto muy ambicioso, ellos
sońaban con poner un telescopio en órbita más allá de la atmósfera de la
Tierra. No fue hasta los ańos 70 en que el vuelo al espacio se había convertido
en una realidad, y la NASA estaba resuelta a construir un telescopio en el
espacio. Lo llamarian Hubble, era una ambiciosa mision. El Hubble tendría que
tomar fotos del espacio mientras que se mueve en órbita a gran velocidad y las
debia transmitir a la Tierra. Cinco nuevos instrumentos tuvieron que ser
diseńados para sobrevivir a los rigores del espacio, dos cámaras fotográficas
para tomar imagenes de las estrellas, dos espectrógrafos que detectan la
constitucion de las estrellas y un fotómetro para medir su brillo, el desafío
técnico era enorme Se intentaba construir un instrumento que detecte luz de objetos que estan 10 o 15 mil
millones ańos luz de nosotros y que viaja por el universo y nos llega en forma
extremadamente débil.
Eso no es fácil cuando se está
volando por el espacio a gran velocidad,en una orbita a 600 kilometros de la
Tierra y el telescopio tiene 12 metros de largo y pesa 11600 kilos con paneles
solares grandes. Un instrumento que no se puede tocar ni ajustar,tiene que ser
perfecto, se tiene que ejecutar sin que se necesite mantenimiento por ańos, en
el mismo ,trabajaron 10.000 personas en este sistema increíblemente complejo.
El desafío más grande era
construir el enorme espejo en el centro del Hubble, este componente estaba
destinado a causar el drama que pondría en peligro la misión entera. El
espejo,cóncavo fue diseńada para recibir la luz de las estrellas y refléjarla
sobre un espejo secundario que podría ser ajustado según el foco.
Los objetivos de la misión era
observar objetos 50 veces más débil de los podríamos observar de la tierra y
con 10 veces mejor resolución, un espejo casi perfecto.
Descripcion
del sistema.
Basicamente el sistema Hubble,es
un telescopio tipo reflector Newton,como se muestra en la siguiente figura:
En la parte superior del dibujo,se presenta un telescopio convencional,tipo Newton,en la parte inferior la modificacion realizada para ser utilizada en el Hubble,el espejo primario,de 2,4 metros, tiene una abertura central por donde pasa la luz proveniente del espejo secundario,hacia un detector optico generico,en la siguiente foto el lector puede apreciar,la abertura central y la imagen ampliada de los tecnicos debido a la forma parabolica del espejo.
Construccion.
La NASA dio la tarea de construir
el espejo más liso del mundo a las mejores manos , una compańía llamada
Perkin-Elmer, quién había hecho la óptica de precisión para satélites de usos
militares. En 1978 la compańía formo un equipo de los mejores ingenieros
ópticos en el mundo. Algunos pasaría cinco ańos en diseńar y construir el
espejo perfecto.
El espejo comenzó como un pedazo
enorme de cristal con un pesó de casi una tonelada. Primero fue pulido en forma
gruesa,luego con una herramienta especialmente diseńada y guiada por
computadora ,fue utilizada para pulir el espejo a una forma cóncava exacta,con una precision de millonésima de
pulgada. Cada ciclo de pulido podía durar dos días. Entonces el espejo era
trasladado a un compartimiento aislado de las vibraciones,para comprobar como
progresaba el trabajo.
El espejo debia ser transportado,
el transportador elevaba el espejo a una altura de esta plataforma y era
llevado en un carro por carriles en una plataforma aislada de vibración y se
realizaba una medicion por ciclo de pulido .
En el compartimiento de prueba
habia un instrumento(null corrector) que envia haces de luz
calibrados del espejo al instrumento de prueba ,para verificar su forma. Tan
sensible era el sistema que el disturbio más leve haría la prueba imposible.
Todas la pruebas tuvieron que ser
hecha de noche,aun los coches que circulan lejos ,como a tres o cuatro millas
en la carretera producen bastante vibración en el compartimiento de prueba
,como para detener la prueba.
Después que las pruebas mostraban
la forma del espejo, un nuevo ciclo de pulido comenzaba con los nuevos
parametros introducidos en el programa de la computadora,esta parte del proceso
solamente duro un ańo.
Los constructores vivieron bajo
reloj en funcion de los ciclos del espejo,que se ejecutaron 24 horas al
día,siete días a la semana,en 16 meses de dedicación al espejo. Finalmente,
despues de cinco ańos de trabajo, el espejo parecia perfecto.
Despues de varios días de analizar
los datos, los metrólogos declararon que el espejo estaba acabado. Finalmente
el mismo parecia satisfacer las especificaciones del proyecto Hubble .
Perkin-Elmer estaba
orgullosa de haber hecho una parte de este logro técnico. El telescopio del
espacio permitirá a los astrónomos contestar a preguntas profundas de la
astronomia.
Pero el espejo estaba destinado a
estar almacenado otros ocho ańos más mientras que el trabajo continuó en el
resto del telescopio,se armaron los instrumentos, los sistemas de dirección y
las computadoras de la mision.Todo duró diez ańos cuando se penso que tomaría
cuatro ańos,el siguiente dibujo describe en forma muy simplificada,los
componentes del Hubble.
Puesta
en orbita.
Para el momento en que Hubble finalmente fuera ensamblado su precio era de casi
$2 mil millones, más de dos veces lo estimado originalmente,el Hubble estaba
finalmente preparado para volar y fue puesto en orbita el 24 de abril de
1990,despues de 31 horas de trabajo en el espacio.
Una vez en el espacio fue
necesario esperar la puesta en funcionamiento del telescopio,el sistema de
direccion,el sistema termico,el sistema telemetrico y…algo salio mal.Se
esperaba en principio ver imagenes muy nitidas y lo que realmente se vio fueron
imagenes muy deformadas,inicialmente los ingenieros no se preocuparon pero ya
se veia que algo malo pasaba,en la siguiente foto se puede apreciar,el defecto
que introducia el espejo primario :
Imagenes tomadas por el Hubble,la de la izquierda aparece borrosa,debido
a la aberracion esferica,la de la derecha,nitida,despues de la reparacion.
Aberracion
esferica.
Se trato de mover el espejo
secundario para mejorar la image,pero esto la empeoro,el telescopio no estaba
en foco,el Hubble tenia un serio problema y esto confundia a los cientificos,se
debio analizar las imagenes para entender que pasaba con el sistema optico.
Se realizaron simulaciones
para llegar a las mismas imagenes deformadas y el veredicto fue de aberracion esferica en el espejo primario.
Como muestra la siguiente
figura,el borde externo fue pulido demasiado liso con una profundidad de 4
micrones,la falla resulta en una imagen brumosa porque algo de la luz del
objeto astronomico en estudio es dispersada.
Esto no solo era un desastre
para los cientificos responsables y la NASA,era un escandalo nacional,el espejo
habia sido terminado 8 anos antes y el equipo constructor ya no existia,el
instrumento para probar el espejo exitia y tenia un problema muy pequeno,este
consistia en una cadena de espejos y pequenos lentes,el espacio entre estos
elementos es critico,un pequeno error produce resultados negativos,un trozo de pintura negra del tamano de 2 milimetros de
ancho,causo el fatal error,esto produjo un error muy pequeno del
sistema optico,los cientificos e ingenieros comenzaron desesperadamente a
buscar una solucion.
Entre todas las propuestas
una era enviar astronautas para cambiar al espejo primario y otra solucion,
ingeniosa ,era utilizar un instrumento que anule el error denominado Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement
o COSTAR, era un sistema optico de correccion similar a unas
“gafas”(anteojos),restaurando la vision del Hubble.
En diciembre de 1993 se envio una mision al espacio para reparar al telescopio,una mision casi imposible,los astronautas instalaron primero una nueva camara,luego el sistema COSTAR,que reemplazo al fotometro de alta velocidad,despues de dos semanas de la reparacion el exito corono el esfuerzo.
Eduardo Ghershman,4.6.2001.
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