Hace ya diez años 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 científico y tecnológico que derivo inicialmente en un desastre, un defecto minúsculo en su construcción significó que el Hubble no podía producir una imagen nítida. 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 diseñado 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 comenzó?. 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 expansión, 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 imágenes 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 están dentro de una nube de gas y de polvo de la que sale únicamente luz infrarroja, que es difícil verla desde la Tierra.

En las mentes de muy pocos astrónomos había una solución, pero era un proyecto muy ambicioso, ellos soñaban con poner un telescopio en órbita más allá de la atmósfera de la Tierra. No fue hasta los años 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 llamarían Hubble, era una ambiciosa misión. El Hubble tendría que tomar fotos del espacio mientras que se mueve en órbita a gran velocidad y las debía transmitir a la Tierra. Cinco nuevos instrumentos tuvieron que ser diseñados para sobrevivir a los rigores del espacio, dos cámaras fotográficas para tomar imágenes de las estrellas, dos espectrógrafos que detectan la constitución 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 están a 10 o 15 mil millones años 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 kilómetros de la Tierra y el telescopio tiene 12 metros de largo y pesa 11,600 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 años, en él 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 diseñado para recibir la luz de las estrellas y reflejarla 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 desde la tierra y con 10 veces mejor resolución, un espejo casi perfecto.

Descripcion del sistema

Básicamente 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 modificación 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 óptico genérico, en la siguiente foto el lector puede apreciar, la abertura central y la imagen ampliada de los técnicos debido a la forma parabólica del espejo.

Construcción

La NASA dio la tarea de construir el espejo más liso del mundo a las mejores manos , una compañía llamada Perkin-Elmer, quién había hecho la óptica de precisión para satélites de usos militares. En 1978 la compañía formo un equipo de los mejores ingenieros ópticos en el mundo.

Algunos pasaría cinco años en diseñar 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 diseñada y guiada por computadora ,fue utilizada para pulir el espejo a una forma cóncava exacta, con una precisión 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 debía 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 medición por ciclo de pulido .

En el compartimiento de prueba había un instrumento (null corrector) que envía 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 parámetros introducidos en el programa de la computadora, esta parte del proceso solamente duro un año.- Los constructores vivieron bajo reloj en función de los ciclos del espejo, que se ejecutaron 24 horas al dial siete días a la semanal en 16 meses de dedicación al espejo. Finalmente, después de cinco años de trabajo, el espejo parecía perfecto.
Después de varios días de analizar los datos, los metrólogos declararon que el espejo estaba acabado. Finalmente el mismo parecía 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 astronomía.

Pero el espejo estaba destinado a estar almacenado otros ocho años más mientras que el trabajo continuó en el resto del telescopio, se armaron los instrumentos, los sistemas de dirección y las computadoras de la misión. Todo duró diez años cuando se pensó que tomaría cuatro años, 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 de dólares, 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, después 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 dirección, el sistema térmico, el sistema telemétrico y…algo salió mal. Se esperaba en principio ver imágenes muy nítidas y lo que realmente se vio fueron imágenes muy deformadas, inicialmente los ingenieros no se preocuparon pero ya se veía que algo malo pasaba, en la siguiente foto se puede apreciar, el defecto que introducía el espejo primario :

Imágenes tomadas por el Hubble, la de la izquierda aparece borrosa, debido a la aberración esférica, la de la derecha, nítida, después de la reparación.

Aberración esférica

Se trato de mover el espejo secundario para mejorar la imagen, pero esto la empeoro, el telescopio no estaba en foco, el Hubble tenia un serio problema y esto confundía a los científicos, se debió analizar las imágenes para entender que pasaba con el sistema óptico
.
Se realizaron simulaciones para llegar a las mismas imágenes deformadas y el veredicto fue de aberración esférica 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 astronómico en estudio es dispersada.

Esto no solo era un desastre para los científicos responsables y la NASA, era un escándalo nacional, el espejo había sido terminado 8 años antes y el equipo constructor ya no existía, el instrumento para probar el espejo existía y tenia un problema muy pequeño, este consistía en una cadena de espejos y pequeños lentes, el espacio entre estos elementos es critico, un pequeño error produce resultados negativos, un trozo de pintura negra del tamaño de 2 milímetros de ancho, causó el fatal error, esto produjo un error muy pequeño del sistema óptico, los científicos e ingenieros comenzaron desesperadamente a buscar una solución.

Entre todas las propuestas una era enviar astronautas para cambiar al espejo primario y otra solución, ingeniosa, era utilizar un instrumento que anule el error denominado Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement o COSTAR, era un sistema óptico de corrección similar a unas "gafas"(anteojos), restaurando la visión del Hubble.

En diciembre de 1993 se envió una misión al espacio para reparar al telescopio, una misión casi imposible, los astronautas instalaron primero una nueva cámara luego el sistema COSTAR, que reemplazo al fotómetro de alta velocidad, después de dos semanas de la reparación el éxito corono el esfuerzo.

Astronautas instalan cámara al telescopio Hubble

Los astronautas del trasbordador espacial Columbia instalaron el jueves 7 de Marzo del 2002 una cámara del tamaño de una cabina telefónica y 350 kgrs. en el Telescopio Espacial Hubble, extendiendo su potencial alcance a los confines del universo.

Debido a que toma miles de millones de años para que la luz de galaxias distantes llegue al Hubble, el telescopio podrá fotografiar objetos lejanos como estos existieron hace millones de años atrás.

El astrónomo de la universidad estatal de California Garth Illingworth, dijo que la nueva cámara del Hubble podría llevar a los científicos de regreso a lo que llamó "las eras oscuras del universo", los primeros 1,000 millones de años después de la Gran Explosión, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias.

"El Hubble, con su capacidad de remontarnos a remotas edades del universo, como si se tratara de una máquina del tiempo, nos permitirá regresar a épocas de las que no sabemos casi absolutamente nada", dijo Illingworth.
Con la nueva cámara, los científicos esperan poder echar un vistazo a los primeros días de la formación de las estrellas, lo que con frecuencia se describe como "la primera luz".

En lo que había sido calificado como el día más importante de la misión, los astronautas realizaron el miércoles 6 Mar 02 una complicada y riesgosa operación que la agencia espacial estadounidense NASA comparó con un trasplante de corazón.

Los astronautas reemplazaron la unidad de control de energía del telescopio, mejorando su capacidad eléctrica.

En dos caminatas espaciales previas, equipos de astronautas añadieron dos nuevos paneles solares, estructuras semejantes a alas que se encuentran ahora a cada lado del Hubble, capaces de suministrarle entre 20 y 30 por ciento más energía.

Durante la caminata espacial del jueves 7 Mar 02, los astronautas Jim Newman y Mike Massimino instalaron la cámara, el instrumento más grande de los varios que usará ahora el Hubble, un observatorio del tamaño de un edificio de cuatro pisos.

Newman, en la sexta caminata espacial de su carrera, se ató al extremo del brazo de 15 metros de la grúa del trasbordador, operado por la astronauta Nancy Currie desde el interior del Columbia, llevando consigo la nueva cámara.

La caminata espacial duró siete horas y media --casi una hora más de lo que estaba previsto--, pero el director de la misión, Bryan Austin, dijo que no había motivo para preocuparse.

"Esto (la demora) no tiene nada que ver con una falla. Sabemos por experiencia que podemos esperar este tipo de cosas: un día todo funciona a la perfección y se termina antes del tiempo previsto; otros, nos retrasamos. Lo importante es hacerlo, y hacerlo bien", explicó Austin.

La Cámara Avanzada para Observaciones, a un costo de 75 millones de dólares, aumentará por 10 el poder del lente del Hubble.
Para hacer espacio para la nueva cámara, los astronautas sacaron al último instrumento científico original a bordo del Hubble, la Cámara de Objetos Apenas Visibles.

El Hubble fue llevado al espacio en 1990 por un trasbordador y ha sido visitado cuatro veces por astronautas que han hecho reparaciones y mejoras.

Otra misión de servicio está prevista para el 2004, y hay planes tentativos de regresar el telescopio a Tierra a bordo de un trasbordador en el año 2010, dijo la NASA.

Realizado: Ing. J.Fco.D. Meneses Merchant
Presidente de la Sociedad Astronómica del Estado de Hidalgo, A.C