
Una noche de estrellas en el Observatorio Nacional de Llano del Hato, ubicado en el Estado Mérida, Venezuela. Aunque parezca de dia, no lo es pues esa luz es de la luna que empezaba a salir en el horizonte.
"En un principio, no lo creía", dijo el científico del proyecto THEMIS, David Sibeck, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales. "Este hallazgo altera radicalmente nuestro entendimiento de las interacciones que tienen lugar entre el viento solar y la magnetósfera".
La magnetósfera es una "burbuja" magnética que rodea a la Tierra y que nos protege del viento solar. La exploración de esta burbuja es uno de los objetivos clave de la misión THEMIS, la cual fue lanzada en el mes de febrero de 2007. El gran descubrimiento se produjo el 3 de junio de 2007, cuando de manera accidental las cinco sondas pasaron a través de la grieta, justo cuando ésta se estaba abriendo. Sensores ubicados en las sondas registraron un torrente de partículas de viento solar que se dirigía hacia el interior de la magnetósfera, lo cual indica que se trata de un evento de magnitud e importancia inesperados.
Derecha: Concepto artístico de una de las sondas THEMIS explorando el espacio que rodea a la Tierra. [Más información]
"La abertura era enorme —cuatro veces más amplia que la Tierra misma", dijo el físico espacial Wenhui Li, de la Universidad de New Hampshire, quien ha estado analizando los datos. Jimmy Raeder, colega de Li, y también de New Hampshire, dijo, "1027 partículas por segundo fluían hacia el interior de la magnetósfera —eso es un 1 seguido de 27 ceros. Este tipo de influjo es de un orden de magnitud mayor de lo que creíamos posible".
El evento comenzó con escasa advertencia cuando una gran ráfaga de viento solar arrojó un manojo de campos magnéticos desde el Sol hasta la Tierra. Como un pulpo que enreda sus tentáculos alrededor de una almeja, los campos magnéticos solares se distribuyeron alrededor de la magnetósfera hasta provocar la grieta. La falla se produjo por medio de un proceso conocido como "reconexión magnética". Muy por encima de los polos de la Tierra, campos magnéticos solares y terrestres se acoplan (se reconectan) y forman conductos de flujo para el viento solar. Los conductos sobre el Ártico y la Antártida rápidamente se expandieron; en pocos minutos cubrieron el Ecuador de la Tierra, creando de esta manera la grieta magnética más grande jamás registrada por una sonda espacial en órbita alrededor de la Tierra.
Arriba: Un modelo, realizado por computadora, del flujo del viento solar alrededor del campo magnético de la Tierra, el 3 de junio de 2007. Los colores del fondo representan la densidad del viento solar; el rojo indica alta densidad, el azul indica baja densidad. Las líneas negras trazan los límites externos del campo magnético de la Tierra. Obsérvese la capa de material relativamente denso que indican las puntas de las flechas blancas; ése es el viento solar que penetra en el campo magnético de la Tierra a través de la grieta. Crédito: Jimmy Raeder/UNH. [Imagen ampliada]
El tamaño de la grieta sorprendió a los investigadores. "Hemos visto cosas como esta anteriormente", dijo Raeder, "pero nunca en una escala tan grande. Toda la parte de día de la magnetósfera estaba abierta para el viento solar".
Las circunstancias fueron aún más sorprendentes. Los físicos espaciales han creído durante mucho tiempo que los agujeros en la magnetósfera de la Tierra se crean únicamente como respuesta a campos magnéticos solares que apuntan hacia el Sur. Sin embargo, la gran grieta de junio de 2007 se creó como respuesta a un campo magnético solar que apuntaba hacia el Norte.
Es por ello que no lo creen: el viento solar presiona la magnetósfera de la Tierra casi directamente por encima del Ecuador, en donde el campo magnético de nuestro planeta apunta hacia el Norte. Suponga entonces que un paquete de magnetismo solar se precipita, y que apunta también hacia el Norte. Los dos campos deberían de reforzarse mutuamente, fortaleciendo las defensas del campo magnético terrestre y cerrando la puerta de entrada al viento solar. En el lenguaje de la física del espacio, un campo magnético solar que apunta hacia el Norte se conoce como un "IMF del Norte" —Northern Interplanetary Magnetic Field o Campo Magnético Interplanetario del Norte, en idioma español— y es sinónimo de ¡escudos arriba!
"Así, imagine nuestra sorpresa cuando al llegar un IMF del Norte, los escudos bajaron en lugar de subir", dijo Sibeck. "Esto le da un giro completo a nuestro entendimiento de las cosas".
De hecho, los eventos "IMF del Norte" en verdad no desencadenan tormentas geomagnéticas, comenta Raeder; sin embargo, sí establecen el escenario propicio para las tormentas a través de la saturación de la magnetósfera con plasma. Una magnetósfera cargada promueve auroras, interrupciones eléctricas y otras perturbaciones que pueden aparecer cuando, por ejemplo, una CME (Coronal Mass Ejection o Eyección de Masa Coronal, en idioma español) llega a la Tierra.
Los próximos años pueden ser especialmente agitados. Raeder explica: "Estamos entrando al Ciclo Solar 24. Por razones que no se comprenden del todo, las CME que tienen lugar en ciclos con numeración par (como 24) tienden a impactar contra la Tierra con una vertiente magnética dominante hacia el Norte. Dicha CME debería de producir una grieta y cargar a la magnetósfera con plasma justo antes de que la tormenta se desarrolle. Es la secuencia perfecta para un evento realmente grande".
Sibeck asiente. "Esto podría dar como resultado tormentas geomagnéticas más fuertes que las que hemos visto durante muchos años.
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Telescopio espacial James Webb (JWST, por su sigla en idioma inglés), cuyo lanzamiento está previsto para 2013, ya se encuentra realizando un increíble viaje aquí en la Tierra. Está zigzagueando hacia arriba, hacia abajo y a lo ancho de Estados Unidos. Estas maniobras se realizan con el fin de pulirlo a la perfección para su majestuosa misión espacial.
"Para hallar las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el inicio del universo, las cuales se encuentran a millones, y hasta a miles de millones de años luz de distancia, el espejo del telescopio Webb tiene que ser absolutamente liso", dice Jeff Kegley, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA.
Derecha: Concepto artístico del Telescopio Espacial James Webb.
Para estar listo para el espacio, los 18 segmentos que finalmente formarán el enorme espejo primario del telescopio Webb son transportados en camiones, uno tras otro y de parada en parada a lo largo del país, con el fin de someterlos a un cuidadoso procesamiento y pulido. Los segmentos visitarán siete estados y, algunos de ellos, lo harán varias veces.
Durante la larga odisea, se toman todas las precauciones para asegurar su protección. ¿Cuántos años de mala suerte tendría una persona si rompiese uno de estos espejos?
"Eso es algo que ni mencionamos", ríe Helen Cole, también del Centro Marshall. "Pero, ya hablando en serio, el JWST tiene 3 segmentos de espejos de reserva en caso de que se los necesite como repuesto".
Tracemos el viaje que realiza por tierra un segmento del espejo, desde su áspero comienzo, pasando por el "alisado absoluto", hasta finalmente llegar a la unión con sus 17 hermanos para formar una pieza de 6,5 metros (21 ½ pies) de ancho, con un área total de 25 metros cuadrados (casi 30 yardas cuadradas).
La historia comienza en una mina de berilio del estado de Utah. El berilio es uno de los metales más livianos y será el "relleno" de los espejos del telescopio.
Arriba: La construcción de los espejos del JWST comienza aquí, en una mina de berilio del estado de Utah. Crédito de la fotografía: Brush Wellman, Inc., División de Productos de Berilio [Imagen ampliada]
Los técnicos en Ohio tamizan y purifican el polvo granulado de berilio de Utah hasta alcanzar una calidad óptica extremadamente uniforme para el espejo del telescopio Webb. Luego, vierten el polvo en un recipiente grande y plano, aplican calor y presión y extraen el gas residual para crear un enorme bloque llamado: chapa de espejo. Posteriormente, bañan la chapa con ácido para evaporar cualquier partícula de acero inoxidable que pudiera haber quedado pegada a la chapa cuando fue extraída del recipiente. Después, parten la chapa por la mitad, como si fuera una galleta Oreo, y forman dos placas (¡pero no hay crema en el medio!). Estas dos placas de espejo son las más grandes que jamás se hayan hecho de berilio.
En Alabama, los tabajadores utilizan una máquina para formar una estructura con forma de panal de abejas en la parte trasera de las placas y hacerlas más livianas sin reducir su rigidez. Los bordes moldeados por la máquina miden menos de 1 milímetro de espesor --¡prácticamente son delgados como el papel!
"Este proceso de trabajo a máquina/grabado remueve el 92 por ciento de la masa de las placas", dice Lee Feinberg, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales. "La masa es crucial al lanzar misiones espaciales".
Posteriormente, una compañía de California desgasta y pule los segmentos hasta alcanzar una forma exacta y muy lisa; después, les hacen pruebas ópticas a temperatura ambiente.
Arriba: Paradas clave en el largo viaje del JWST. No se muestra el espacio. [Imagen ampliada]
Pero el telescopio Webb no operará a temperatura ambiente. El espejo de este telescopio no sólo deberá pasar por un proceso de "alisado absoluto", sino que se someterá al frío absoluto en el espacio. Dado que es un telescopio infrarrojo, el JWST está diseñado para recoger el calor de tenues, e increíblemente lejanas, estrellas y galaxias. Para hacerlo, se lo debe mantener extremadamente frío. El telescopio operará en el espacio a aproximadamente -238 grados Celsius (-396 grados Fahrenheit, 35K).
"El frío extremo puede provocar que las estructuras del telescopio y los espejos cambien de forma, de manera que las pruebas tienen que hacerce aquí en la Tierra bajo condiciones similares de hiper-frío", relata Cole.
Estas pruebas en condiciones super frías se hacen en Alabama. Las Instalaciones Criogénicas y de Rayos X, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, cuentan con una cámara de vacío que puede simular las condiciones increíblemente frías del espacio. Las pruebas en esta cámara revelan incluso las más pequeñas distorsiones que los segmentos del espejo sufren en el frío. Las pruebas proporcionan datos precisos que especifican exactamente cuánto más se debe pulir para compensar con anticipación las posibles distorsiones que puedan ocurrir en el espacio.
Arriba: (Izquierda) Un prototipo de segmento del espejo de berilio del JWST en los Laboratorios Tinsley, en Richmond, California; (Derecha) Prueba del espejo bajo condiciones de bajas temperaturas, similares a las del espacio, en las Instalaciones Criogénicas y de Rayos X, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales. [Imágenes ampliadas: #1, #2]
Una vez que los segmentos del espejo han sido pulidos con precisión, se evapora oro sobre ellos, formando de este modo una capa delgada sobre la superficie lisa del espejo.
"Esta capa de oro es altamente reflectante de las longitudes de onda en las que observará el telescopio Webb, desde el infrarrojo visible hasta el mediano", dice Feinberg.
Los 18 segmentos por fin se reúnen en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales. Aquí se los monta en las estructuras que finalmente los sostendrán en posición y les permitirán funcionar como si fueran un único espejo hexagonal gigante. (La estructura del espejo será doblada con su escudo en forma de origami cuando sea el momento de colocarlo en el cohete.) Después, se arma todo el telescopio y se lo sujeta al módulo de instrumentos; luego, se prueban la acústica y la vibración de todo el equipo.
Las pruebas criogénicas finales se realizan en el Centro Espacial Johnson, en la misma cámara de vacío donde se puso a prueba la sonda lunar Apollo.
Posteriormente, se integra el telescopio a la nave y se lo protege del Sol en Northrop Grumman, California. Despegará de Kourou, Guyana Francesa, en un cohete Ariane 5.
¿Ya llegamos? Casi. Sólo faltan 1.500.000 kilómetros (930.000 millas) más...
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El Telescopio Espacial Hubble, de la NASA, tomó la primera imagen, en luz visible, de un planeta en órbita alrededor de otra estrella. |
Nov. 13, 2008: El telescopio Hubble, de la NASA, ha tomado la primera imagen, en luz visible, de un planeta que gira alrededor de otra estrella. El planeta, llamado Formalhaut b, posee una masa que, se estima, no es más grande que tres veces la de Júpiter y orbita la brillante estrella Fomalhaut en el hemisferio sur del cielo. Dicha estrella se localiza a 25 años luz de distancia en la constelación Piscis Australis, o "Pez del Sur".
Arriba: Concepto artístico de la estrella Fomalhaut y el planeta de clase joviana que fue observado con el Telescopio Espacial Hubble. El planeta, llamado Fomalhaut b, orbita la estrella de 200 millones de años de edad cada 872 años terrestres. Crédito: ESA, NASA y L. Calcada (ESO para STScI)
Fomalhaut ha sido una buena candidata para la caza de planetas desde que se halló un exceso de polvo alrededor de la estrella (señal inequívoca de formación planetaria) a principios de la década de 1980. Este hallazgo se produjo utilizando el Satélite para Astronomía Infrarroja o IRAS (sigla que en idioma inglés significa: Infrared Astronomy Satellite), de la NASA.
En 2004, el coronógrafo de la Cámara de Alta Resolución (High Resolution Camera), instalado en la Cámara Avanzada para Sondeos (Advanced Camera for Surveys) del telescopio Hubble, produjo la primera imagen resuelta, en luz visible, de la región que rodea a Fomalhaut. (Nota: un coronógrafo es un aparato que puede bloquear la luz brillante de una estrella central para revelar objetos tenues que se encuentren a su alrededor). La imagen mostró claramente un anillo de residuos protoplanetarios de aproximadamente 34.600 millones de kilómetros de diámetro (21.500 millones de millas) con una orilla interna claramente definida.
El astrónomo que utiliza el telescopio Hubble, Paul Kalas, de la Universidad de California, en Berkeley, y los miembros de su equipo, propusieron en 2005 una hipótesis que establece que el anillo de polvo estaba siendo gravitacionalmente modificado o, en la jerga astronómica, "pastoreado" por un planeta localizado entre la estrella y la orilla interna del anillo.
Ahora, el telescopio Hubble ha fotografiado directamente un punto que actúa como fuente de luz, el cual se localiza a 2.900 millones de kilómetros (1.800 millones de millas) de la orilla interna del anillo. Los resultados están informados en la edición de la revista científica Science, del 14 de noviembre.
"Nuestras observaciones con el telescopio Hubble fueron increíblemente demandantes. Fomalhaut b es mil millones de veces más tenue que la estrella. Comenzamos este programa en el año 2001 y nuestra perseverancia finalmente dio sus frutos", dice Kalas.
Las observaciones, llevadas a cabo con un intervalo de 21 meses, realizadas con el coronógrafo de la Cámara Avanzada para Sondeos, muestran que el objeto se está moviendo en una trayectoria alrededor de la estrella y, por lo tanto, está gravitacionalmente ligado a ella. El planeta orbita a una distancia de 17.200 millones de kilómetros (10.700 millones de millas) de la estrella, o lo que equivale a aproximadamente 10 veces la distancia de Saturno al Sol.
El planeta es más brillante de lo esperado para un objeto que posee tres veces la masa de Júpiter. Una posibilidad es que tenga un anillo de hielo y polvo, similar al de Saturno, que refleje la luz de la estrella. El anillo podría finalmente unirse y formar lunas. El tamaño estimado de dicho anillo se puede comparar con la región entre Júpiter y sus cuatro satélites mayores.
Derecha: Esta imagen en luz visible tomada con el telescopio Hubble muestra al recientemente descubierto planeta Fomalhaut b en órbita alrededor de su estrella materna. [Imagen ampliada]
Kalas y su equipo inicialmente usaron el telescopio Hubble para fotografiar a la estrella Fomalhaut, en 2004, y de este modo hicieron el descubrimiento inesperado del anillo de residuos. En esa ocasión, notaron algunas fuentes brillantes en la imagen que podrían ser planetas. Una imagen de seguimiento, en 2006, mostró que uno de los objetos había cambiado de posición respecto de la que tenía en 2004. El tamaño del desplazamiento entre las dos fotografías corresponde a una órbita con un período de 872 años, calculado mediante las leyes de Kepler del movimiento planetario.
Se planean ya futuras observaciones en las que se intentará ver al planeta en luz infrarroja y se buscará evidencia de nubes de vapor de agua en su atmósfera. Esto dará pistas sobre la evolución de un planeta relativamente nuevo, de 100 millones de años de edad. Las mediciones astrométricas de la órbita del planeta permitirán lograr una precisión suficiente para determinar una masa exacta.
El Telescopio Espacial James Webb, de la NASA, cuyo lanzamiento se encuentra programado para el año 2013, podrá llevar a cabo observaciones coronográficas de Fomalhaut en el infrarrojo cercano y medio. Asimismo, el telescopio Webb podrá "cazar" nuevos planetas en el sistema y examinar la región interna del anillo de polvo en busca de estructuras tales como un cinturón de asteroides interno.
Para obtener mayor información acerca de esta historia y del Telescopio Espacial Hubble, visite: http://www.nasa.gov/hubble
Un equipo de astrónomos y ópticos conocidos en todo el mundo podría haber encontrado la manera de construir telescopios "increíblemente grandes" en la Luna.
"Es muy simple", dice Ermanno F. Borra, profesor de física en el Laboratorio de Óptica (Optics Laboratory, en idioma inglés), de la Universidad Laval, en Quebec, Canadá. "Isaac Newton sabía que cualquier líquido, si se lo hace girar en un receptáculo poco profundo, adopta naturalmente una forma parabólica —la misma forma que necesita el espejo de un telescopio para atraer la luz de las estrellas hacia un foco. Esta podría ser la clave para fabricar un observatorio lunar gigante".
Borra, quien ha estado estudiando telescopios de espejo líquido desde 1992, y Simon P. "Pete" Worden, ahora director del Centro de Investigaciones Ames (Ames Research Center, en idioma inglés), de la NASA, son miembros de un equipo que está tratando de desarrollar esta idea.
Derecha: Concepto artístico de un telescopio de espejo líquido giratorio en la Luna. Crédito de la imagen: Universidad de la Columbia Británica (University of British Columbia, en idioma inglés).
En la Tierra, se puede construir un espejo líquido bastante liso y perfecto si se mantiene su receptáculo en posición exactamente horizontal y si se lo apoya sobre un soporte de aire de baja fricción y de baja vibración, el cual gira mediante un motor síncrono, a una velocidad única y estable. "No es necesario que gire muy rápidamente", dice Borra. "El borde de un espejo de 4 metros de diámetro—el más grande que he hecho en mi laboratorio— viaja a sólo 4,8 km/h (3 millas por hora); o sea, a aproximadamente la velocidad de una caminata rápida. En la gravedad baja de la Luna, giraría aún más lentamente".
Para fabricar la mayoría de los telescopios de espejo líquido en la Tierra se ha utilizado mercurio. El mercurio permanece derretido a temperatura ambiente y refleja cerca del 75 por ciento de la luz que recibe; es prácticamente tan bueno como la plata. El telescopio de espejo líquido más grande en la Tierra, el Gran Telescopio Cenital (Large Zenith Telescope, en idioma inglés), operado por la Universidad de la Columbia Británica (University of British Columbia, en idioma inglés), en Canadá, mide 6 metros de un lado a otro —un diámetro 20 por ciento mayor que el famoso espejo de 5 metros (200 pulgadas) del telescopio Hale, en el Observatorio Palomar, ubicado en California. Sin embargo, cuando se lo terminó de construir en 2005, el telescopio de espejo líquido canadiense, similar al del Palomar, costó menos de un millón de dólares, lo cual constituye un bajo porcentaje del costo de un telescopio de espejo sólido del mismo diámetro y sólo una sexta parte del costo original del telescopio del Palomar, en 1948.
"Nuestro estudio [con Borra] comenzó cuando yo aún era profesor de astronomía en la Universidad de Arizona, antes de que viniera a la NASA, en 2006", recuerda Worden. "El verdadero atractivo de esta propuesta es que podemos tener un telescopio increíblemente grande en la Luna".
No se puede trabajar el mercurio en la Luna: es muy denso y por lo tanto pesado para lanzar; además, es muy costoso y se evaporaría rápidamente cuando quedara expuesto al vacío lunar. Sin embargo, en los últimos años, Borra y sus colegas han estado experimentando con una clase de compuestos orgánicos conocidos como líquidos iónicos. "Los líquidos iónicos son básicamente sales derretidas", explica Borra. "Su tasa de evaporación es casi cero, así que no se evaporarían en el vacío lunar. También pueden permanecer en estado líquido a muy bajas temperaturas". Borra y sus colegas ahora están intentando sintetizar los líquidos iónicos que permanecen derretidos incluso a las temperaturas del nitrógeno líquido.
Abajo: El Gran Telescopio Cenital, de 6 metros, de la Universidad de la Columbia Británica, usa un espejo líquido para explorar el cielo. [Más información]
Mucho menos densos que el mercurio, los líquidos iónicos son apenas levemente más densos que el agua. Si bien no son altamente reflectantes por sí mismos, un espejo giratorio de un líquido iónico puede ser recubierto con una capa ultradelgada de plata como si fuera un espejo sólido. Lo más extraño de todo es que la capa de plata es tan delgada —sólo de 50 a 100 nanómetros— que en realidad se solidifica. En el vacío del espacio, un espejo líquido cubierto con una delgada capa sólida de plata no se evaporaría ni se empañaría.
No se puede inclinar un espejo líquido (es decir, moverlo de su posición horizontal) porque el líquido se derramaría, destruyendo de este modo el espejo. Pero eso no significa que un telescopio de espejo líquido no pueda ser enfocado. Diseñadores dedicados a la óptica están ahora experimentando con diferentes maneras de deformar electromecánicamente los espejos secundarios suspendidos sobre un espejo líquido —o incluso están probando diferentes maneras de deformar levemente el espejo líquido mismo— para apuntar hacia ángulos no verticales. Se utilizan técnicas similares para apuntar el gran radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico.
"Además", dice Borra, "si el telescopio está ubicado en cualquier lugar que no sean los polos exactamente, con cada rotación de la Tierra o de la Luna exploraría una banda circular de cielo. Y la rotación del eje de la Luna se mueve en un período de 18,6 años; de modo que en dicho período, el telescopio de hecho 'miraría' una región del cielo de buen tamaño".
Derecha: El radiotelescopio de 305 metros (1.000 pies) en Arecibo, Puerto Rico, no se mueve, pero aun así puede explorar una vasta porción del cielo usando espejos secundarios móviles. Un telescopio de espejo líquido podría emplear técnicas similares. [Más información]
Colocar un gran telescopio de espejo líquido cerca de los polos de la Luna resulta atractivo. El telescopio mismo podría estar ubicado cerca del fondo de un cráter que se encuentre permanentemente a oscuras, donde estaría a temperaturas criogénicas, lo cual resulta deseable para la mejor astronomía infrarroja. Sin embargo, se podrían colocar paneles solares en los picos de las montañas cercanas que están continuamente iluminadas con el fin de generar energía para mantener la rotación del espejo.
El hecho de que un telescopio de espejo líquido siempre "mira" directamente hacia arriba simplifica mucho su construcción y reduce la masa eliminando de este modo soportes pesados, engranajes y sistemas de control de enfoque, los cuales son necesarios para los telescopios orientables. "Todo lo que se necesita es el receptáculo para el espejo líquido mismo, el cual podría ser un dispositivo parecido a una sombrilla que se autodespliegue, con un soporte superconductor que prácticamente no tenga fricción, y un motor", dice Borra. Worden estima que todos los materiales para un telescopio lunar completo de 20 metros de diámetro pesarían "solamente unas pocas toneladas, de manera que podrían ser impulsados hacia la Luna en una misión sencilla del Ares 5, en la década de 2020". Los telescopios futuros podrían tener espejos de hasta 100 metros de diámetro —más grandes que un campo de fútbol.
"Un telescopio tan grande podría 'mirar' hacia atrás en el tiempo y remontarse al momento en el cual el universo era muy joven, hace apenas quinientos mil millones de años, cuando la primera generación de galaxias y estrellas se estaba formando", exclamó Borra. "Posiblemente lo fortuito sea más excitante: las cosas nuevas que podríamos descubrir y que simplemente no esperamos".
Worden dice: "Colocar un telescopio gigante en la Luna ha sido siempre una idea de ciencia ficción, pero pronto podría convertirse en realidad".