La Carrera Espacial I

El Movimiento de los Satelites y Planetas-Calculos físicos Principios

El Movimiento de los Satélites y Planetas
Cálculos físicos Principios

LOS VIAJES ESPACIALES: Los viajes espaciales difieren de los habituales desplazamientos sobre la superficie terrestre por un detalle fundamental: estos últimos se efectúan bajo la acción de la fuerza de gravedad  terrestre cuyo valor es siempre el mismo.

Este concepto se aclara recordando que los movimientos de un tren, un auto, una bicicleta o un avión se realizan siempre a idéntica distancia del centro de la Tierra, salvo muy pequeñas variaciones que carecen de importancia. Son desplazamientos cuya dirección forma ángulo recto con el radio del planeta y, por consiguiente, la fuerza de atracción gravitacional que sufren es permanentemente idéntica.

En un viaje espacial, la dirección del movimiento forma con el radio de la Tierra un ángulo distinto del recto. Si se asciende verticalmente para alcanzar grandes alturas (varios cientos de kilómetros) el valor del ángulo será cero, puesto que el vehículo se aleja en la dirección de uno de los radios.

Claro está que para que esto sea posible se debe vencer la fuerza de atracción terrestre. Véase, por ejemplo, lo que ocurre con los cuerpos que llegan a la Tierra desde el espacio:cuando chocan con la superficie, la velocidad que traen es similar a la que tendrían si provinieran de una distancia infinita. Esa misma velocidad adquirida por el objeto que se precipita, pero aplicada en sentido contrario, es la que necesita un cuerpo para vencer la fuerza de gravedad, escapar de la atracción del planeta y desplazarse hasta una distancia teóricamente infinita. Esta velocidad se denomina velocidad de escape o velocidad parabólica.

 Viajes a la Luna y a los planetas

Un vehículo espacial que desde la Tierra se dirige a la Luna, o mejor dicho, hacia el punto del cielo donde la hallará, no necesita mantener su velocidad de escape de 11,2 km/s durante todo el trayecto. Mientras más se aleja del lugar del lanzamiento, la atracción gravitacional terrestre se debilita, de manera tal que la velocidad necesaria para vencerla va disminuyendo a medida que prosigue el viaje y, consecuentemente, la atracción de la Luna aumenta cuando el vehículo se le aproxima. Por este doble proceso —debilitamiento de la atracción terrestre por una parte, y aumento del campo de atracción gravitacional de la Luna, por la otra— se alcanza un punto en que ambas fuerzas se igualan, punto que se encuentra a unos 38 000 kilómetros de la Luna. Si el vehículo lo sobrepasa, cae dentro de la atracción lunar.

Para lograr que el impacto con la superficie de la Luna sea más suave, a nave debe cruzar la línea de separación entre las dos fuerzas gravitacionales a la mínima velocidad posible, porque de no ser así el choque resultará más violento. El impacto en la Luna, en una caída libre, se produciría a la velocidad de escape —que en la misma es de 2,4 km/s— más la velocidad de la Luna en su órbita.

El proyecto de un viaje a la Luna con un vehículo espacial y su regreso posterior a la Tierra, contempla, como mínimo, cuatro maniobras principales:

  1. salida de la Tierra;
  2. disminución de la velocidad al cruzar la línea de equilibrio;
  3. salida de la Luna;
  4. disminución de la velocidad cuando, de regreso a la Tierra, cruza la línea de equilibrio.Una vez lanzado desde la Tierra, el vehículo espacial se mueve a lo largo de una órbita determinada, que es el resultado de todas las fuerzas exteriores que actúan sobre él. Intervienen la fuerza de atracción de la Tierra, de la Luna y del Sol, pero influyen también otros efectos, como la resistencia de la atmósfera terrestre al moverse la nave cerca de la Tierra, la presión de la radiación originada en el Sol, etcétera.De esta manera, y para comprender el desarrollo de las investigacio­nes espaciales, es necesario estudiar cómo se realiza el movimiento orbital de una nave espacial. Para ello, y con el objeto de simplificar el problema, se analiza a continuación el movimiento de una de ellas bajo la influencia de un cuerpo celeste.

Movimiento en una órbita (Ver También: Movimiento de los Planetas)
Consideraciones Físicas

Sea un cuerpo de masa m que se traslada alrededor de otro de masa M, y tales que m es considerablemente menor que M. Si el cuerpo M ocupa uno de los focos de la elipse descripta por m, y a es el semieje mayor de la órbita de éste, su velocidad de traslación V está dada por:

V2= G. (M + m).(2/r – 1/a) [1]

donde G es la constante de gravitación 6,67 x 10-8 cm3/g s2. La fórmula [1] se conoce como ecuación de la energía.

La distancia r entre ambas masas se denomina radio vector y toma un valor distinto en cada punto de la elipse. En estas circunstancias, el cuerpo de masa m es un satélite del cuerpo de masa M, como es el caso de la Luna respecto de la Tierra, o de un planeta como la Tierra en relación con el Sol.

Orbita elipitica descripta por un satelite de masa m y velocidad v

Para una órbita cerrada (un círculo o una elipse), el semieje mayor a debe ser positivo y finito. Para una órbita parabólica resulta a =oo (infinito) para una órbita hiperbólica a es negativo.Si la órbita es parabólica, los cuerpos se alejan uno del otro, y reemplazando en [1] 1/a , resulta:

V2p=G . (M+m).2/r                             [2]                                                  

que se denomina, también, velocidad de escape.

Para la velocidad en una órbita circular donde:  a=r

V2c=G . (M+m).1/r                                             [3]

Dividiendo miembro a miembro las ecuaciones (2) y (3) se tiene:

V2p=G . (M+m).2/r
——-=——————
V2c=G . (M+m).1/r 

 Se tiene  

V2p
————- =
2
V2c 

Osea:

V2p=2. V2c

Si se conoce el valor de la velocidad circular y0 para una determinada órbita, se puede obtener fácilmente la velocidad parabólica o de escape, Vp, para la misma órbita.

Velocidad en una órbita elíptica.

Si un cuerpo, como es por ejemplo cualquiera de los satélites artificiales que giran alrededor de la Tie­rra, se mueve sobre una órbita elíptica de acuerdo con la fórmula [11, alcanza su máxima velocidad en el perigeo, y la mínima, en el apogeo.

Si la masa m del satélite es muy pequeña con respecto a la masa M del planeta, que es el caso más común, se puede despreciar m, de donde (véase fórmula [1]):

V2= G. M (2/r – 1/a)                        [4] 

donde G.  M es el producto de dos constantes, o sea otra constante k que para el caso de la Tierra vale:

K=G.MT=4,OX 1020 cm3/s2

pues G = 6,67 x 10-8 cm3/ g s2 y MT= 6 x 1027 g. 

Cuando el satélite se desplaza desde el perigeo hacia el apogeo, el radio vector r aumenta de valor y, de acuerdo con a fórmula [4], la velocidad orbital V disminuye. En cambio, Cuando se traslada desde el apogeo hacia el perigeo, la distancia r disminuye y, entonces, la velocidad V aumenta. Luego, conocido el valor del radio vector r en un punto cualquiera de una órbita de semieje mayor a, se puede deter­minar fácilmente su velocidad en esa posición de la órbita.

Un caso particular de la elipse es la circunferencia, pues en ésta el radio vector r es siempre igual al semieje mayor a, y resulta r = a = R siendo R el radio de la circunferencia. En este caso:

V2c =K/R

 En la parábola, en cambio, el semieje mayor es infinito, o sea 1/a=0 ;  y como además r = R, distancia al centro de la Tierra, se tiene:

V2P = 2. K / R

Velocidad parabólica o de escape.
Como ya señalamos, para alejarse de la Tierra cumpliendo una travesía espacial, un vehículo debe vencer la fuerza de atracción de la Tierra, y ello se puede lograr acelerándolo hasta una determinada velocidad. Según la ley de atracción universal, la fuerza gravitacional de la Tierra varía con la distancia, y por lo tanto también varía la velocidad de alejamiento necesaria. Esa velocidad depende de la masa del cuerpo de donde parte el vehículo y de la distancia al centro del mismo (planeta o satélite). El cálculo de la velocidad de escape o velocidad parabólica desde un cuerpo de masa M se efectúa por medio de: 

V2P= G. M. 2/R 

donde R es la distancia desde la superficie al centro del planeta o saté­lite. Para el caso de la Tierra, donde Rradio de la Tierra 6,3 x  108 cm, resulta:

V2P = 2.K /R=   2 x 4 X 1020cm31s2 = 1.27 x 1012cm2/s2 R 6,3×108cm

           VP = (raíz cuadrada de 1.27 x 1012 cm2/s2)

VP = 1.12 x 106 cm/s

VP = 11.2 km/s=40.320 km/hora

A 5000 km. de altura sobre la superficie de la Tierra la velocidad de escape disminuye a:

V2P =  8x 1020cm3/s2 /11,3 x 106cm =  7,1 x 1011 cm2/s2

de donde:            Vp= 8,4 km/s = 30.240 km/hora

En este caso se considera R = 6300 km + 5000 km.

En la tabla siguiente se presentan las velocidades de escape para la Luna, los planetas y el Sol.

     VELOCIDAD DE ESCAPE PARA ASTROS DEL SISTEMA SOLAR

                          Velocidad                                    Velocidad
CUERPO      de escape              CUERPO      de escape
(km/s)                                   (km/s)

   Luna                     2,4                 Saturno              35,4

   Mercurio               4,3                 Urano                  21,6

   Venus                 10,3                 Neptuno             22,8

   Tierra                 11,2                 Plutón                ¿?

   Marte                5,0                  Sol                     620,0

   Júpiter                59,5    

En resumen: la velocidad de escape es la necesaria para que la órbita del vehículo resulte una parábola y por lo tanto, el tiempo necesario para regresar al punto de partida resulte infinito. 

Órbitas de los satélites terrestres artificiales

La colocación de un satélite en órbita consiste en elevarlo a una cierta altura sobre la superficie de la Tierra (mayor de 100 km) y luego darle una dirección y velocidad determinadas. En esas condiciones si se establece el perigeo de la órbita a esa altura, las dimensiones de la órbita y su excentricidad dependerán de la velocidad que adquiera el satélite, todo lo cual resulta de:

                                                   V2Per = K(2/rp – 1/a) 

Como el foco de la elipse estará en el centro de la Tierra, la introducción de un satélite en órbita significa querp es un valor constante (distancia del perigeo al centro de la Tierra). De esa manera, un aumento de Vper determina el correlativo aumento del semieje mayor a de la órbita (ver fórmula [5]).

Órbitas de los vehículos espaciales enviados a Marte y a Venus

Para que un vehículo espacial lanzado desde la Tierra pueda llegar a Marte, debe describir una trayectoria elíptica cuyo perihelio se hallará en un punto próximo a la posición que ocupa la Tierra en el momento del lanzamiento. La velocidad del vehículo deberá ser algo mayor que la velocidad de traslación de la Tierra.

Trayectoria descripta por un vehiculo espacial lanzado desde la Tierra hacia Marte

El semieje mayor de la órbita elíptica descripta por ese vehículo se calcula así:

(ar + am)/2 

fórmula donde ar es el semieje mayor de la órbita de la Tierra, e igual a 1 UA; y am es el semieje de la órbita de Marte, e igual a 1,52 UA. En consecuencia, el semieje de la órbita del vehículo espacial tendrá este valor:

a= (1 + 1.52)/2=1.26 UA

Consecuentemente, el afelio de la órbita se encontrará en las cercanías de Marte. La velocidad que se debe imprimir al vehículo puede ser calculada con la fórmula [1], pues se conoce el semieje mayor de su órbita y la longitud del radio vector r, igual a 1 UA. Como la masa del Sol M = 2 x 1033 g, y la constante de gravitación G = 6,67 x 10B cm3/g s2, resulta:

 V2 = 1,34 x 1020 m3/s2  (2/r – 1/a)= 1/ 1.5 x 10 11 m/UA

donde se ha despreciado la masa m del vehículo espacial por su pequeñez con respecto al Sol. En esta fórmula se divide por el número de metros que hay en una unidad astronómica.

Efectuando el cálculo resulta:

V2 = 1.34 x 1020 / 1.5 x 1011  (2-1/1.26)=10.7 x 108

 V=3.27 x 104 m/s= 32.7 km/s

Por comparación, la velocidad de la Tierra en su órbita es de:

V2= 8.9x 108 (2— 1) = 8.9×108  m2/s2

V=2.96X 104m/s=29,6 km/S

 menor que la velocidad necesaria para llegar a Marte.

El tiempo que emplea el vehículo espacial en su viaje a Marte, es decir para llegar desde el perihelio al afelio, se calcula de acuerdo cor la tercera ley de Kepler, pues:

P a3/2 =(1.26)3/2=1.41 años

Éste es el tiempo que emplea para recorrer toda la órbita. Para ir del perihelio al afelio invierte la mitad de ese tiempo, o sea 0,70 años=8½ meses. Por supuesto, el viaje debe ser planeado de tal manera que cuando el vehículo alcance su afelio, Marte debe encontrarse también en ese punto.

Trayectoria descripta por un vehiculo espacial lanzado desde la Tierra hacia Venus

El viaje de regreso desde Marte hacia la Tierra es similar a la trayectoria que cumplirá un vehículo espacial enviado desde la Tierra hacia un planeta interior, como por ejemplo hacia Venus. En este caso será el afelio el que estará muy próximo a la Tierra y el perihelio coincidirá con Venus. Luego el semieje mayor de la órbita del navío espacial será:

a= (aT + aY)2=(1+0.72)/2=0.86 UA

Fuente consultada: Astronomía Elemental de A.Feinstein

Propergoles Combustibles para cohetes Tipos y Componentes

Propergoles, Combustibles para Cohetes
Tipos y Componentes

Las aeronaves que operan dentro de la atmósfera utilizan considerablemente el aire, puesto que lo necesitan como sustentación para sus alas, queman el combustible con su oxígeno y, si poseen hélices, requieren aire a cierta presión para que éstas puedan «aferrarse».

Como por encima de la atmósfera terrestre hay tan pocas moléculas de gas, los métodos convencionales de propulsión resultan insuficientes, al par que la falta de oxígeno obliga a que las aeronaves lleven consigo su provisión de él, ya sea en forma del elemento propiamente dicho, en estado líquido, o en la forma de algún compuesto oxidante.

Se han inventado varios tipos de combustibles y de fuentes de oxígeno para la propulsión de cohetes y otros vehículos espaciales, pero el principio fundamental de toda propulsión de cohete es el mismo en todos los casos, o sea, el principio de acción y reacción de la dinámica.

Al quemarse el combustible, ya sea sólido o líquido, crea enormes cantidades de gases calientes, que se encuentran a gran presión, debido al reducido tamaño de la cámara de combustión. Los gases que escapan por la parte de atrás del motor proveen el empuje necesario para impulsarlo hacia adelante. Los estadounidenses parecen preferir los propergoles líquidos. Entre las combinaciones que han utilizado con buen éxito está la de hidrógeno y oxígeno líquido, que al combinarse producen vapor. También emplearon el oxígeno líquido como oxidante de-combustibles tales como el queroseno y el amoníaco.

La combustión del queroseno produce vapor y bióxido de carbono. Como alternativa, en lugar de oxigeno han usado a veces el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), que se descompone en oxígeno y vapor. En otros cohetes, la combinación era dimetil-hidrazina, oxidada mediante ácido nítrico.

Cuando se emplean propergoles líquidos, el combustible y el oxidante deben ser mantenidos en recipientes separados. Los propergoles sólidos, por el contrario, deben ser mezclados antes de formar las «tortas» de combustible compacto. Los ingredientes típicos de una de esas tortas pueden .ser: perclorato de aluminio (agente oxidante), el ácido acrílico polibutadieno y polvo de aluminio (combustible), más un agente que tiene la función de endurecer la torta luego que ésta ha sido formada en el molde.

Las proporciones de agente oxidante y combustible se disponen de manera que siempre haya un ligero exceso de agente oxidante. Para esto hay dos razones: si la cantidad de agente oxidante es apenas la justa para la combustión completa, existe un serio riesgo de explosión, y, además, el aumento de presión que sufre el agente oxidante excedente, debido al calor de la combustión, se añade al aumento total de presión dentro de la cámara de combustión del motor cohete.

DISTINTAS FUENTES DE ENERGÍA PROPULSORA
Se obtiene el máximo aprovechamiento de la energía disponible por el combustible de un cohete, cuando la velocidad de salida de los gases de la combustión iguala a la velocidad con que el cohete se mueve hacia adelante. Por ello resulta conveniente comunicarle la energía inicial mediante algún medio exterior, tal como podría ser un poderoso motor, que le proporciona la energía de movimiento, o cinética, requerida para que su velocidad alcance un valor aproximado al de salida de los gases de combustión.

El principio de acción y reacción, en el cual se fundamenta la propulsión de cohetes, puede aplicarse no sólo con combustibles sólidos o líquidos convencionales, sino que podríanlos pensar en energía obtenible de distintos modos. En efecto, sabemos que cargas eléctricas, colocadas en un punto del espacio donde exista un campo eléctrico, experimentan fuerzas de naturaleza eléctrica. En los aceleradores modernos de partículas cargadas se obtienen valores elevados de la velocidad de las mismas. Éste sería un método apropiado para obtener la energía necesaria para la impulsión del cohete.

Las partículas podrían ser aceleradas mediante poderosos campos eléctricos. Dado que la materia es una dura concentración de energía, tal como surge de la teoría de la relatividad de la física moderna, fácil es ver que un combustible como éste ocuparía poco espacio, pero en cambio serían indispensables complejos aparatos construidos por la tecnología más avanzada.

Los cohetes de propergol sólido fueron conocidos desde hace mucho tiempo, pero sólo se volvieron a emplear hace muy pocos años. Ello se debió a la simplicidad del sistema y a la facilidad de almacenamiento. Los trabajos de investigación con combustibles sólidos son, en la actualidad, constantes.

cohete propergoles En los Estados Unidos se ha desarrollado, en la década de los 70, un combustible sólido que tiene la consistencia del caucho. Es el thiokol, que se fabrica en base a un derivado del caucho sintético líquido, mezclado con un oxidante sólido. El rendimiento potencial de un combustible depende de la eficacia de la oxidación.

Una idea de la bondad del combustible la da el impulso específico. Utilizando ácido nítrico como oxidante y anilina como combustible, se obtiene un empuje específico de 221, mientras que empleando oxígeno como oxidante y alcohol etílico como combustible, se obtiene un empuje específico de 242.

La fluorina como oxidante y el amoníaco como combustible dan una mezcla combustible de empuje específico igual a 288. El ozono y el hidrógeno, como oxidante y combustible respectivamente, dan una mezcla de empuje específico igual a 369.

La fluorina es uno de los agentes oxidantes más eficaces que se conocen. Es muy probable, con todo, que se mantenga, secreto el conocimiento de algún oxidante de rendimiento superior del tipo del ozono. La fluorina da un buen rendimiento oxidante, sobre todo con fluorita, pero el costo de esta mezcla es actualmente muy elevado. El ozono tiene un mayor poder oxidante que la fluorina, pero ofrece el inconveniente de que en estado puro manifiesta una marcada tendencia a descomponerse explosivamente.

El trimetilo es un compuesto de aluminio, fluido y de poder inflamable sumamente elevado. Su combustión es espontánea al ponerse en contacto con el aire. Su aplicación a la propulsión de cohetes no se halla desarrollada; mas puede constituir un elemento útil para el futuro.

Una fuente de energía hasta ahora prácticamente desconocida está en los radicales libres, que no son más que fragmentos moleculares libres de carga eléctrica, que se forman durante una reacción exotérmica. Las regiones superiores de la atmósfera terrestre son una fuente prácticamente inagotable de estos radicales libres, los cuales son originados por la radiación solar. Los radicales libres son el resultado de un proceso en que absorben energía. Luego pueden suministrar esa energía para la propulsión.

Recientemente se han realizado varios trabajos de experimentación e investigación. La tendencia de esos trabajos es la de aislar, los radicales libres para aprovecharlos como combustibles. Han sido aislados los radicales libres del vapor de agua, del amoníaco, del hidrógeno y del nitrógeno.

El empuje específico de los combustibles basados en los radicales libres resulta muy superior al de los elementos normales. Así, por ejemplo, en el caso del hidrógeno, si se fabrica un combustible con hidrógeno bajo la forma de radical libre, se obtiene un combustible cuyo empuje específico es cinco a seis veces superior al de los convencionales. De este modo, un cohete, propulsado con combustibles basados en los radicales libres, tendrá un alcance de unas treinta veces el del tipo común. No obstante estas ventajas de los radicales libres, en cuanto a concentración de energía, no han salido del campo teórico, debido a que es necesaria la solución de otros problemas muy complicados, tales como producción grande y barata, almacenamiento, control y estabilidad.

Empleando el radical de amoníaco con el hidrógeno líquido, se eleva a 7 u 8 veces el alcance de los cohetes comunes. La propulsión iónica es sin duda el medio más adecuado para impulsar las naves espaciales. En este procedimiento, la fuente de iones apropiados es el cesio.

Los iones de este elemento, acelerados en una superficie incandescente de tungsteno, y colocados bajo la acción de un potencial de unos 30.000 voltios, pueden alcanzar una velocidad de unos 220.000 m/seg., que es la requerida para que el impulso específico resulte elevado.

El berilio es un elemento que posee un elevado poder calorífico por unidad de peso, pero es muy tóxico, y se lo encuentra en la naturaleza en cantidades relativamente pequeñas. Por otro lado, el litio, que es un metal alcalino, y el boro, metaloide, permiten combinaciones con el hidrógeno, llamadas híbridos; estos son las bases esenciales de una gran parte de los supercombustibles empleados en la cohetería moderna. El boro no quema a temperaturas inferiores a los 700° C.

Los hídridos, tales como el de caborano, el pentaborano y el diborano, están destinados a reemplazar al carbono en sus combinaciones con el hidrógeno. El diborano es un gas tóxico, muy inestable en presencia de humedad o del aire. Los procesos tecnológicos requeridos para obtener combustibles basados en boro son en general complicados. En la práctica, se logra estabilizar los hídridos y eliminar su toxicidad, alcalinizándolos.

En Estados Unidos, el pentaborano alcalinizado es conocido bajo el nombre de Hi-Cal2 y Hef2, y el de caborano por Hi-Cal3 y Hef3. Estos combustibles son empleados en el desarrollo del avión cohete X-15.

Los combustibles que emplean borano en su composición química poseen un gran impulso específico, pero tienen una limitación. En efecto, sólo pueden usarse en los casos en que se dispone de aire.

Fuente Consultada: Historia de la Astronáutica – Ediciones Riego S.A.

Telescopio Espacial Hubble Observacion del Universo Historia

Observación del Universo – El Telescopio Espacial Hubble
Historia del Proyecto y Su Reparación

Los astrónomos saben desde hace décadas que desde fuera de la atmósfera podrían obtener una visión del universo mucho más clara que desde la Tierra.

El centelleo de las estrellas en el cielo nocturno está provocado por perturbaciones atmosféricas que deforman las ondas de luz que llegan hasta nosotros.

Mirar las estrellas desde el suelo es como observar el vuelo de las aves desde el fondo de una piscina.

En 1962, la Academia Nacional de Ciencias de los EE.UU. recomendó la construcción de un gran telescopio espacial, y en 1965 y 1969 otros organismos similares se adhirieron a la propuesta.(Ver: Biografia de Hubble Edwin)

La puesta en órbita de satélites de observación del espacio en 1968 y 1972 acrecentó el interés por el proyecto, pero hasta que no se inventó el transbordador espacial no se dispuso de un medio para poner en órbita un telescopio verdaderamente grande.

La Agencia Espacial Europea se incorporó al proyecto en 1975, en 1977 se obtuvieron los fondos necesarios, y en 1985 el telescopio estaba ya listo.

El proyecto del telescopio espacial fue diseñado para proporcionar las imágenes más claras y de mayor alcance que los astrónomos han visto nunca.

Flotando por encima de los efectos enmascaradores de la atmósfera, puede observar los cielos utilizando rayos infrarrojos y ultravioletas, además del espectro visible de la luz.

Puede captar objetos demasiado lejanos o demasiado imprecisos para verlos desde la Tierra, tan distantes que la luz que emiten tarda miles de millones de años en llegar hasta nosotros.

El telescopio espacial Hubble puede explorar el pasado, contemplar acontecimientos que sucedieron hace 14.000 millones de años, cuando el universo era joven.

Podría distinguir objetos con una precisión 25 veces mayor que la que se disfruta desde la Tierra, y explorar el universo captando diez veces más detalles que los advertidos hasta ahora.

Sin embargo, este ambicioso proyecto, debido a un defecto en el espejo principal, se ha visto obligado por el momento a renunciar a sus objetivos cosmológicos más importantes, si bien está realizando una gran labor en el campo astrofísico.

Esta situación, en cualquier caso, se considera momentánea, ya que se prepara para febrero de 1994 una reparación en órbita del aparato, a cargo de una tripulación del transbordador de la NASA.

reparacion del telescopio hubble

MISIÓN: En 2009, un equipo de astronautas renueva el telescopio Hubble reemplazando cámara, equipo informático e instrumentales.

Recuperado, el Hubble estará en funciones hasta 2014, cuando está previsto su relevo definitivo.

Mientras tanto, logra imágenes y registros del espacio exterior de excepcional calidad, que han permitido grandes hallazgos científicos. Desde su puesta en órbita en 1990, ha transmitido más de 750.000 imágenes y millones de datos.

Leer Mas Abajo: La Reparación del Telescopio Hubble en 2009

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(Fuente: Atlas de lo Extraordinario – Construcciones Fabulosas Tomo II)

Estamos, por definición, en el mismo centro de la región observable. Conocemos casi íntimamente nuestro vecindario inmediato.

Al aumentar la distancia, nuestros conocimientos se debilitan, lo hacen rápidamente. Por último llegamos a la oscura frontera: el límite máximo de nuestros telescopios.

Allí medimos sombras y buscamos, entre los fantasmales errores de medida, mojones que apenas son más sustanciales. Edwin P Hubble.

La idea era simple. El astrofísico Lyman Spitzer, de Princeton, lo había pensado ya en 1947: pongamos un telescopio encima de la atmósfera y la visión del cosmos será muchísimo más clara.

Esto se ha hecho de manera limitada en las décadas de 1970 y 1980, con observatorios como el satélite Explorador Internacional de Ultravioletas (IUE), el Observatorio de Rayos X Einstein y el Satélite de Astronomía de Infrarrojos.

Ocurrió a lo grande el 24 de abril de 1990, cuando el Telescopio Espacial Hubble (TEH), preparado a lo largo de tres décadas a un coste de 1.500 millones de dólares, despegó del Centro Espacial Kennedy a bordo de la lanzadera Discovery.

Se esperaba del telescopio, que da una vuelta alrededor de la Tierra cada noventa y cinco minutos, que detectara objetos demasiado poco luminosos para verse desde la Tierra, hiciera observaciones con luz ultravioleta (que absorbe la atmósfera y por lo tanto no es posible observar desde tierra) y, en conjunto, proporcionara imágenes diez veces mejores que las obtenibles mediante telescopios instalados en tierra.

Las esperanzas quedaron defraudadas cuando resultó que el espejo principal de 94,5 pulgadas, descrito en un artículo publicado poco después del lanzamiento como el «reflector astronómico más perfecto que se ha hecho nunca», tenía graves e innecesarios defectos.

También los giróscopos eran defectuosos, lo mismo que los paneles solares, que temblaban un poco cuando el telescopio atravesaba la frontera entre el día y la noche.

Se ha polemizado sobre si el problema de los paneles solares es peor que el problema del espejo en forma de «donut», pero el espejo ha merecido mayor atención por un sencillo motivo: el defecto ha sido fácil de percibir.

El problema es la aberración esférica, lo que significa que el espejo es incapaz de enfocar los rayos de luz hacia un único punto porque está demasiado ahuecado, en algo así como 1/50 de un cabello humano; un error lo bastante grande, si se compara con la longitud de onda de la luz, como para proyectar el 85 por 100 de la luz de una estrella en forma de halo borroso, con lo que sólo resta el 15 por 100 para la imagen central.

El defecto incapacita seriamente a dos de los instrumentos del telescopio: la Cámara Planetaria y de Campo Amplio (WF/PC) y la Cámara para Objetos Débiles.

Lo peor de todo es que, de haberse prestado atención a las comprobaciones de los espejos primarios y secundarios, se habría detectado la discrepancia.

¡Ay!, el telescopio se lanzó en condiciones defectuosas, con la consecuencia de que su visión ha quedado seriamente comprometida y las imágenes eran borrosas y decepcionantes.

Sin embargo, incluso antes de diciembre de 1993, cuando los astronautas salieron al espacio e hicieron una serie de importantes arreglos para corregir la miopía del telescopio, los técnicos informáticos y otros científicos pudieron ajustar los datos teniendo en cuenta la gran aberración. De este modo, al incorrecto y muy difamado Telescopio Espacial Hubble se debe un impresionante número de progresos, entre los que se cuentan:

* la resolución de Plutón y Caronte en objetos separados. La existencia de la luna de Plutón se había deducido, pero verdaderamente nunca se había visto como objeto celeste diferenciado;

* el descubrimiento de chorros, ondas, un frente de choque y una estructura desconocida, que tiene el aspecto de una escala, dentro de la nebulosa que rodea la masiva estrella Eta Carinae, que era la más luminosa del firmamento en 1843;

* el descubrimiento de un anillo elíptico en expansión, compuesto de detritos resplandecientes, alrededor de la supernova 1987A;

* el descubrimiento de una X de polvo más allá del núcleo de la M51, la galaxia del Torbellino. Se cree que indica la localización de un agujero negro cuya masa equivale a millones de soles. El TEH ha descubierto asimismo pruebas de la existencia de agujeros negros en los centros de otras dos galaxias, M32 y M87;

* el descubrimiento, totalmente inesperado, de un cúmulo globular joven en la curiosa galaxia NGC 1275 de Perseus, una sorpresa porque se creía que todos los cúmulos globulares eran viejos;

* imágenes de una distante galaxia que emite ondas de radio, tan joven que la mayor parte de sus estrellas sólo tienen 500 millones de años, alrededor de un 1/10 de la edad del Sol;

* el descubrimiento de una de las estrellas más calientes que se han encontrado nunca, una enana blanca con 200.0000 C, en el corazón de la nebulosa NGC 2440 de la Vía Láctea;

* el descubrimiento en la peculiar galaxia Arp 220 de seis núcleos increíblemente grandes y luminosos donde se forman de estrellas que se cree que son el resultado de la colisión de dos galaxias espirales;

* una detallada fotografía de la Lente Gravitatoria G2237 + 0305. Las lentes gravitatorias fueron anunciadas en primer lugar por Einstein, quien predijo que a grandes distancias las estrellas podrían actuar como lentes, curvando y enfocando la luz de estrellas más lejanas. Si las circunstancias eran las debidas, pensaba Einstein, la luz podría formar un anillo perfecto. Fritz Zwicky dijo que esto no era probable que ocurriera con estrellas, pero que era posible con galaxias. Zwicky tenía razón, pero esta concreta lente gravitatoria es conocida, sin embargo, como la Cruz de Einstein. La fotografía de la página 297 muestra una galaxia situada a 400 millones de años luz de distancia envuelta por las cuatro imágenes de un cuásar más lejano;

* finalmente, el TEH ha permitido a los astrónomos partir de cero en la búsqueda de una nueva y mejorada constante de Hubble al apuntar a un concreto tipo de supernova como la candela estándar. Estas explosiones de las supernovas, que ocurren al estallar una de las estrellas de las parejas de enanas blancas, alcanzan todas el mismo brillo máximo. Además, son visibles a distancias literalmente 1.000 veces mayores de lo que es posible detectar las variables cefeidas. Como indicador distante pueden ser sumamemente útiles; pero sólo si al menos es posible determinar con precisión su brillo absoluto.

La mejor manera de hacerlo sería descubrir variables cefeidas en la misma galaxia donde se han detectado esta clase de supernovas. Las variables cefeidas tienen una utilidad insuperable, puesto que, una vez determinado su ritmo de pulsión, se conoce su brillo absoluto. Entonces, comparando el brillo absoluto con el brillo aparente, los científicos pueden calcular su distancia.

De modo que el TEH se apuntó hacia IC 4182, una poco luminosa galaxia espiral situada a 16 millones de años luz que en 1937 era el emplazamiento de ese preciso tipo de supernova. Y por supuesto se detectaron cefeidas, lo que permitió a los científicos determinar la distancia, y por lo tanto la luminosidad absoluta de la explosión.

En esta lente gravitatoria, que a veces se conoce por la Cruz de Einstein, la luz procedente de un cuásar situado a 8.000 millones de años luz de distancia ha sido curvada por la gravedad de una galaxia mucho más próxima. La luz del cuásar, repetida cuatro veces, rodea la luz de la galaxia como los pétalos de una flor. (imagen a la izquierda: Cruz de Einstein)

Utilizando esta información, un grupo de científicos, entre los que estaban Abhijit Saha, Allan Sandage y Gustav Tammann, anunciaron que la nueva constante mejorada de Hubble se sitúa entre 30 y 60 km/sec/mpc, siendo la cifra más probable la situada en el centro: 45, lo que hace que el universo tenga unos 15.000 millones de años.

Innecesario es decir que la cifra no ha sido unánimemente aceptada. Algunos científicos señalan que la cifra podría inducir a error, pues la IC 4182 puede estar repleta de polvo, lo que haría que sus cefeidas parecieran más oscuras, y por lo tanto más alejadas de lo que en realidad están. El consenso no se ha alcanzado y la edad del universo sigue sin saberse.

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EL TELESCOPIO HUBLE EN LA ACTUALIDAD

El Telescopio espacial Hubble está situado en los bordes exteriores de la atmósfera, en órbita circular alrededor alrededor de la Tierra a 593 kilómetros sobre el nivel del mar, que tarda en recorrer entre 96 y 97 minutos. Fue puesto en órbita el 24 de abril de 1990 como un proyecto conjunto de la NASA y de la ESA. El telescopio puede obtener resoluciones ópticas mayores de 0,1 segundo de arco. Tiene un peso en torno a 11.000 kilos, es de forma cilíndrica y tiene una longitud de 13,2 m y un diámetro máximo de 4,2 metros.

El telescopio es reflector y dispone de dos espejos, teniendo el principal 2,4 metros de diámetro. Para la exploración del cielo incorpora varios espectrómetros y tres cámaras, una de campo estrecho para fotografiar zonas pequeñas del espacio (de brillo débil por su lejanía), otra de campo ancho para obtener imágenes de planetas y una tercera infrarroja. Mediante dos paneles solares genera electricidad que alimenta las cámaras, los cuatro motores empleados para orientar y estabilizar el telescopio y el equipos de refrigeración de la cámara infrarroja y el espectrómetro que trabajan a -180 ºC.

Desde su lanzamiento, el telescopio ha recibido varias visitas de los astronautas para corregir diversos errores de funcionamiento e instalar equipo adicional. Debido al rozamiento con la atmósfera (muy tenue a esa altura), el telescopio va perdiendo peso muy lentamente, ganando velocidad, de modo que cada vez que es visitado, el transbordador espacial ha de empujarlo a una órbita ligeramente más alta.

La ventaja de disponer de un telescopio más allá de la atmósfera radica principalmente en que ésta absorbe ciertas longitudes de onda de la radiación electromagnética que incide sobre la Tierra, especialmente en el infrarrojo lo que oscurece las imágenes obtenidas, disminuyendo su calidad y limitando el alcance, o resolución, de los telescopios terrestres. Además, éstos se ven afectados también por factores meteorológicos (presencia de nubes) y la contaminación lumínica ocasionada por los grandes asentamientos urbanos, lo que reduce las posibilidades de ubicación de telescopios terrestres.

Desde que fue puesto en órbita en 1990 para eludir la distorsión de la atmósfera – históricamente, el problema de todos los telescopios terrestres -, el Hubble ha permitido a los científicos ver el Universo con una claridad jamás lograda. Con sus observaciones, los astrónomos confirmaron la existencia de los agujeros negros, aclararon ideas sobre el nacimiento del Universo en una gran explosión, el Big Bang, ocurrida hace unos 13.700 millones de años, y revelaron nuevas galaxias y sistemas en los rincones más recónditos del cosmos. El Hubble también ayudó a los científicos a establecer que el sistema solar es mucho más joven que el Universo.

En principio se pensó traer el telescopio de vuelta a la Tierra cada cinco años para darle mantenimiento, y que además habría una misión de mantenimiento en el espacio en cada periodo. Posteriormente, viendo las complicaciones y riesgos que involucraba hecer regresar el instrumento a la Tierra y volver a lanzarlo, se decidió que habría una misión de mantenimiento en el espacio cada tres años, quedando la primera de ellas programada para diciembre de 1993. Cuando al poco tiempo de haber sido lanzado, se descubrió que el Hubble padecía de una aberración óptica debida a un error de construcción, los responsables empezaron a contar los días para esta primera misión de mantenimiento, con la esperanza de que pudiera corregirse el error en la óptica.

A partir de que en esa primera misión de mantenimiento se instaló un sistema para corregir la óptica del telescopio, sacrificando para ello un instrumento (el fotómetro rápido), el Hubble ha demostrado ser un instrumento sin igual, capaz de realizar observaciones que repercuten continuamente en nuestras ideas acerca del Universo.

El Hubble ha proporcionado imágenes dramáticas de la colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con el planeta Júpiter en 1994, así como la evidencia de la existencia de planetas orbitando otras estrellas. Algunas de las observaciones que han llevado al modelo actual del universo en expansión se obtuvieron con este telescopio. La teoría de que la mayoría de las galaxias alojan un agujero negro en su núcleo ha sido parcialmente confirmada por numerosas observaciones.

En diciembre de 1995, el telescopio fotografió el campo profundo del Hubble, una región del tamaño de una treinta millonésima parte del área del cielo que contiene varios miles de galaxias. Una imagen similar del hemisferio sur fue tomada en 1998 apreciándose notables similitudes entre ambas, lo que ha reforzado el principio que postula que la estructura del Universo es independiente de la dirección en la cual se mira.

Diecinueve años ininterrumpidos enviando imágenes e información sobre el cosmos —con el propósito de dilucidar cómo surgió prodigioso universo— lo habían do al borde del colapso: rumbo e desarmadero sideral y errante donde van a parar los artefactos científicos una vez que cumplieron su vida útil. Pero, finalmente, su suerte fue menos desoladora que el de otros instrumentales usados a sondear el espacio exterior: en mayo de 2009, los astronautas John msfeld y Drew Feustel, miembros la tripulación del transbordador Atlantis, instalaron durante una caminata espacial una nueva cámara y a nueva computadora en el telescopio, en lo que constituyó una puesta punto luego de un lapso de 7 años sin recibir ningún tipo de service.

Esta optimización de los recursos de NASA —que implicó, en primer lugar, capturar al portentoso telescopio ¡13,2 metros de largo y 11 toneladas e peso, y a continuación montarlo sobre una plataforma del transbordador para poder realizar así las tareas e reparación e instalación del instrumental de última generación— le otorgó al Hubble una sobrevida que debería culminar en 2014, año en que se calcula que será puesto en órbita su sucesor, el poderoso telescopio James Webb.(se postergó su envío al espacio para 2019)

El criterio imperante fue que, mientras se pueda, es mejor reparar que descartar. Durante la caminata, los astronautas reemplazaron una cámara Wide Field Planetary Camera-2, de una antigüedad de 16 años, y la sustituyeron por la Wide Field Camera-3. La nueva cámara fue diseñada para observar el universo en forma más profunda, con el propósito de buscar señales sobre los primeros sistemas de estrellas y analizar las características de los planetas más cercanos.

También, la labor técnica del dúo Grunsfeld-Feustel incluyó la instalación del Cosmic Origins, un espectrógrafo que permite estudiar la estructura del universo, detectar la luz de quásares (fuente astronómica de energía electromagnética) y estudiar la distribución de carbono y otros elementos químicos necesarios para el surgimiento de la vida.

 Asimismo, la misión del Atlantis reemplazó la computadora científica del telescopio que evidenciaba algunas fallas de funcionamiento, e instalaron un nuevo dispositivo que permite acoplarlo a futuros vehículos espaciales.

A partir de esta operación de rescate, el Hubble continuó enviando a los científicos de la Tierra el material para el que fue puesto en órbita hace ya más de dos décadas: minuciosas imágenes de galaxias, supernovas y nebulosas de apariencia sobrecogedo-ra, ahora potenciadas en su especiacularidad visual por un instrumental con mayor capacidad de resplución y sensibilidad para percibir lo que acontece en los rincones más apartados del cosmos. Tras su modernización, durante los meses siguientes el telescopio transmitió tomas de la nebulosa NGC 6302, conocida como Nebulosa Mariposa (porque su aspecto remeda el de ese insecto), y de la galaxia espiral NGC 6217, y hasta una vista de una zona pequeña del grupo globular Omega Centauri, donde se aglutinan unos 10 millones de estrellas.

Además, derivada de esa renovación tecnológica, científicos y neófitos pudieron observar con una nitidez asombrosa la denominada Montaña mística, una «artística» formación de gas y polvo estelar ubicada en la Nebulosa Carina, a unos 7.500 años luz de nuestro planeta. O incluso, con un detallismo inédito, apreciar nubes gaseosas erosionadas por un viento estelar en la Nebulosa Mariposa.

Orbitando alrededor de la Tierra, a 593 km sobre el nivel del mar, el Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) puesto en marcha en 1990.

En términos estrictamente operativos, el telescopio es dirigido por el Goddard Space Flight Center de la NASA, en Greenbelt (Maryland). Entre las imágenes captadas por la nueva cámara instalada en 2009, la labor del Hubble permitió que se pudiera observar el Quinteto de Stephan, así llamado porque la disposición azarosa de cinco galaxias de la constelación de Pegaso pareciera conformar un quinteto. En realidad, la galaxia azulada está a una distancia de tan sólo 40 millones de años de luz, mientras que las otras cuatro, de color rojizo, se encuentran próximas entre sí, a una distancia de unos 300 millones de años luz.

Ese cuarteto configura un agrupamiento físico real en el que las interacciones mutuas causan deformaciones en cada una de las galaxias individuales. La imagen resultante del Quinteto procede de la composición de varias imágenes individuales tomadas con filtros visibles e infrarrojos.

Fuente Consultada:
El Universo Para Curiosos Nancy Hathway

El Diario de National Geographic – Nº27 – El Telescopio Hibble

La Roca de las Edades: El Hubble -según la NASA-puede fotografiar desde Nueva York una luciérnaga posada en una flor en Sidney, Australia. .Pero el mayor desafío del súper telescopio es llegar a rozar el borde del Universo (tiene un  límite?}, y avanzar hasta el principio de los tiempos.

Hoy los observatorios convencionales levan alhombre unos 2,000 millones de años-luz: es decir, hasta un objeto ubicado a una distancia igual a la recorrida por la luz en 2.000 millones de años (velocidad de la luz: 300,000 kilómetros por segundo). Pero el Hubble puede multiplicar por seis o siete ese alcance: unos 14.000 millones de años luz.

Una especie de túnel del tiempo capaz de llevar al hombre hasta el instante del origen del Universo, sucedido unos 10.000 o 15.000 millones de años. Captada esa explosión fundacional el hombre podrá acercarse al al mas grande y acaso aterrador de los misterios: la Creación.

Un defecto de pulido en el espejo mayor desveló a los astrónomos durante tos tres primeros años de actividad del Hubble, Por fin, una misión de astronautas especializados en óptica distorsión de las imágenes.