Telescopio espacial Hubble

El telescopio espacial Hubble (en inglés Hubble Space Telescope o HST por sus siglas), o simplemente Hubble, es uno de los telescopios espaciales más renombrados de la astronomía moderna que orbita en el exterior de la atmósfera terrestre, en órbita circular alrededor del planeta Tierra a 593 kilómetros sobre el nivel del mar, con un período orbital entre 96 y 97 minutos. Bautizado en honor del astrónomo Edwin Hubble, fue puesto en órbita el 24 de abril de 1990 en la misión STS-31 como un proyecto conjunto de la NASA y de la Agencia Espacial Europea, inaugurando el programa de Grandes Observatorios. El Hubble puede obtener imágenes con una resolución óptica angular mayor de 0,04 segundos de arco.

La ventaja de disponer de un telescopio más allá de la distorsión que produce la atmósfera terrestre se debe a que de esta manera se pueden eliminar los efectos de la turbulencia atmosférica. Además, la atmósfera absorbe significativamente la radiación electromagnética en ciertas longitudes de onda, especialmente en el infrarrojo, disminuyendo la calidad de las imágenes e imposibilitando la adquisición de espectros en ciertas bandas. Los telescopios terrestres se ven también afectados por factores meteorológicos (presencia de nubes) y por la contaminación lumínica generada por los grandes asentamientos urbanos, lo que reduce las posibilidades de ubicación de telescopios terrestres.

Una de las características del Hubble era la posibilidad de ser visitado por astronautas en las llamadas misiones de servicio (SM, por sus siglas en inglés). Durante las misiones de servicio se podían arreglar elementos estropeados, instalar nuevos instrumentos y elevar la órbita del telescopio. Se llegaron a realizar cinco misiones de servicio (SM1, SM2, SM3A, SM3B y SM4). La última tuvo lugar en mayo de 2009 y en ella se produjo la mejora más drástica de la capacidad instrumental del Hubble, al instalarse dos nuevos instrumentos (WFC3 y COS), repararse otros dos (ACS y STIS) y mejorar otro más (FGS). Su sucesor científico es el telescopio espacial James Webb (JWST), que se lanzó en diciembre de 2021.

El Hubble tiene una masa de en torno a 11 toneladas; es de forma cilíndrica, con una longitud de 13,2 m y un diámetro máximo de 4,2 m. El coste del Hubble ascendió (en 1990) a 2800 millones de dólares estadounidenses. Inicialmente un fallo en el pulido del espejo primario del telescopio fabricado por Perkin Elmer produjo imágenes ligeramente desenfocadas debido a que su borde exterior era más plano de lo esperado (solo cuatro centésimas de milímetro) causando aberraciones esféricas. Tras esta terrible negligencia se tuvo que esperar tres años para que un transbordador tripulado (STS-61) pudiera instalar un sistema de corrección óptica capaz de corregir el defecto del espejo primario, denominado COSTAR (COSTAR, iniciales en inglés de óptica correctora como reemplazo axial del telescopio espacial) alcanzándose las especificaciones de resolución inicialmente previstas.

El Hubble es un telescopio de tipo reflector y su espejo primario tiene un diámetro de 2,4 m. Para la exploración del cielo incorpora en la actualidad cuatro instrumentos con capacidad de obtener imágenes y espectros, un espectrógrafo y tres sensores de guiado fino que pueden actuar como interferómetros. Para la generación de electricidad se emplean dos paneles solares que alimentan las cámaras, los cuatro motores empleados para orientar y estabilizar el telescopio, los equipos de refrigeración de los instrumentos y la electrónica del telescopio. Así mismo, el Hubble dispone de baterías recargables a partir de los paneles solares que le permiten utilizar la electricidad almacenada cuando la Tierra eclipsa el Sol, o cuando la orientación de los paneles solares no es la apropiada.

Ya desde su diseño, el Hubble se concibió como un telescopio espacial que podría ser visitado por el transbordador espacial. Las razones para esa capacidad son:

• Poder reparar elementos estropeados. El espacio es un entorno agresivo para un satélite debido al efecto sobre los elementos electrónicos de las partículas elementales cargadas que se desplazan a gran velocidad y a la posibilidad de impactos con micropartículas. Por ese motivo, estaba claro desde el principio que algunas partes del Hubble fallarían en un plazo no muy largo.
• Instalar nuevos instrumentos, ya sean instrumentos científicos u otras partes del telescopio. Dada la rápida evolución de la tecnología, los detectores u ordenadores (por poner dos ejemplos) disponibles durante la larga vida del telescopio son superiores a los que originalmente se instalaron antes de su lanzamiento. Las visitas del transbordador permite actualizar esos elementos y así mejorar la capacidad del Hubble.
• Mantener la órbita del telescopio. Debido al rozamiento con la atmósfera (muy tenue pero no inexistente a esa altura), el telescopio se frena muy lentamente y, como consecuencia de la atracción gravitatoria terrestre, pierde altura. Cada vez que el transbordador espacial lo visita, lo empuja a una órbita ligeramente más alta.

El Hubble está logrando que los teóricos se replanteen algunas de sus ideas respecto a la edad del universo. De hecho, la idea actual se encuentra ante una paradoja. Los datos más recientes que ha proporcionado el Hubble, según Wilford, escritor de asuntos científicos del periódico The New York Times, «indican de manera convincente que el universo puede ser mucho más joven de lo que calculaban los científicos. Tal vez no tenga más de ocho mil millones de años», en vez de los cálculos anteriores, que le asignaban catorce mil millones aproximadamente. El problema radica en que «se da por seguro que algunas estrellas tienen unos doce mil millones de años».

No tardó en demostrarse que había valido la pena corregir el sistema óptico. En junio de 1994, la revista Time publicó que el Hubble había descubierto claros indicios en apoyo de la existencia de los agujeros negros. La NASA anunció que este había descubierto una nube de gases en forma de disco que gira a una vertiginosa velocidad. Se halla a unos 50 millones de años luz, en el centro de la galaxia M 87. Se dice que tiene una masa estimada de entre 2000 y 3000 millones de estrellas del tamaño del Sol, pero comprimidas en un espacio del tamaño del sistema solar. Los científicos calculan que el disco de gases tiene una temperatura de 10 000 grados Celsius. La única explicación que puede darse en la actualidad para este fenómeno es la existencia de una enorme fuerza gravitatoria ejercida por un mastodóntico agujero negro, en torno al cual da vueltas el disco.

El Hubble también envió imágenes extraordinarias del cometa Shoemaker-Levy 9 cuando este se dirigía en una trayectoria autodestructiva a Júpiter, donde se desintegró en julio de 1994. Las imágenes de las galaxias que envía el Hubble son de tal nitidez que un científico calificó así el trabajo: «Un ligero cambio en el espejo, un paso gigante en astronomía». Según la revista Investigación y Ciencia, en la actualidad «la resolución del Hubble duplica la del mejor instrumento instalado en Tierra, y gracias a ello puede observar con claridad un volumen de espacio mil veces mayor que otros telescopios».

La aguda visión del telescopio espacial Hubble ha desmitificado los misterios de los agujeros negros supermasivos, incluidas su abundancia e influencia en la evolución del universo. La teoría de la Relatividad General de Einstein describió las características de estos objetos colapsados por la gravedad. Su teoría demostraba un horizonte de sucesos que se tragaba a la luz lo que impedía a los telescopios mirar directamente a estos objetos de manera perenne.

El término "agujero negro" no fue adjudicado hasta sesenta años más tarde por el astrofísico John Wheeler. A principios de los años 1970s, el primer candidato a agujero negro fue Cygnus X-1, descubierto gracias a los rayos X provenientes de un material ultra caliente orbitando alrededor del agujero negro y en órbita alrededor de una estrella. El agujero negro es quince veces más masivo que nuestro sol.

En la primera mitad de la década de 1990 el Hubble comenzó a entregar evidencias de la existencia de agujeros negros masivos que pesan miles de millones de masas solares. El más masivo conocido a la fecha es el TON 618, con 66 mil millones de masas solares. Gracias a la habilidad del Hubble para discernir objetos opacos en medio del brillo de la vecindad estelar, el telescopio espacial logró observaciones definitivas de que los quasares (objetos muy distantes y compactos que emiten intensa radiación) habitan en núcleos de galaxias. Estas galaxias son inundadas por el brillo que emiten los quasares. El Hubble reveló que la mayoría de las galaxias que colisionan con otras galaxias en un violento proceso dan nacimiento, de acuerdo a la teoría, a agujeros negros centrales. Envuelto de gas, el agujero negro pierde parte de su material en forma de chorros de plasma que se disparan desde el centro de una galaxia, evento que fue efectivamente resuelto por el Hubble.

Posteriormente el Hubble reforzó la idea de que agujeros negros supermasivos podían ser medidos, lo cual comprobaba las primeras observaciones de su existencia. En 1997 los astrónomos observaron el mini-cuásar más cercano, el núcleo brillante de una galaxia gigante elíptica, la M87. Los astrónomos utilizaron la espectroscopía (que divide la luz de las estrellas en diferentes colores) para “pesar” a un agujero negro y verificar si la cantidad de su masa invisible excedía a la masa atribuida a las estrellas. La espectrografía del Hubble cuantificó la velocidad del gas atrapado en el campo gravitacional del centro de un agujero negro. Las velocidades extremas indicaban la presencia de una masa ultracompacta que pudo ser explicada como un agujero negro.

Los astrofísicos utilizaron las velocidades en las que las estrellas y el gas gravitan alrededor de un agujero negro, para catalogarlos en galaxias activas y galaxias pasivas. Un censo del Hubble sobre las galaxias mostró que los agujeros negros supermasivos se encuentran por lo general en el centro de las galaxias; el estudio sugiere que los agujeros negros están ligados al nacimiento y la evolución de las mismas. La idea fue reforzada gracias a las observaciones del Hubble: la masa de un agujero negro está relacionada con la masa total de la protuberancia de las estrellas en el núcleo de una galaxia. Cuanto más masiva sea la protuberancia estelar, más masivo es el agujero negro. Esta relación implica que existe un mecanismo de intercambio entre el crecimiento de una galaxia y su agujero negro central.

• En el momento de ser lanzado era del tamaño de un vagón cisterna o de un edificio de cuatro pisos, de 13 metros de longitud y 4 de diámetro, y un peso superior a las 12 toneladas.
• La cámara más sofisticada del telescopio espacial Hubble ha creado una imagen mosaico de un gran pedazo del cielo, que incluye al menos 10 000 galaxias.
• El Hubble se encuentra a 593 km sobre nivel del mar.
• Con el telescopio Espacial Hubble se han observado aproximadamente un millón de objetos. En comparación, el ojo humano tan solo puede ver unas 6000 estrellas a simple vista.
• Las observaciones del HST, unas 500 000 fotografías, ocupan 1420 discos ópticos de 6,66 GB.
• El Hubble orbita la Tierra a unos 28 000 km/h, dando una vuelta a nuestro planeta aproximadamente cada noventa y siete minutos.
• A pesar de la gran velocidad a la que orbita la Tierra, el telescopio es capaz de apuntar a un astro con enorme precisión (la desviación es inferior al grosor de un cabello humano visto a una distancia de un kilómetro y medio).
• El Hubble tiene un índice con la posición detallada de quince millones de estrellas (catálogo H. G. S. C. o Hubble Guide Star Catalogue) que le permite apuntar con gran precisión a sus objetivos.
• La distancia total que ha recorrido alrededor de la Tierra es de unos 3000 millones de kilómetros, superior a la que supondría hacer un viaje de ida a Neptuno.
• Astrónomos de más de cuarenta y cinco países han publicado los descubrimientos realizados con el Hubble en 4800 artículos científicos.

• Óptica Correctiva de Sustitución Axial del Telescopio Espacial (COSTAR)
• Cámara Planetaria y de Gran Angular 2
• Cámara avanzada para sondeos
• Cámara de Gran Angular 3
• Anexo:Misiones espaciales
• Observatorio espacial