Telescopio astronómico en la estratósfera – SOFIA

 

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, las personas exploran el universo de diferentes formas. Además de los conocidos telescopios construidos en tierra y los telescopios que operan en el espacio exterior, también hay un «telescopio astronómico aerotransportado» que navega en el aire. El Observatorio Infrarrojo Estratosférico (SOFIA) es el representante actual. Este Boeing 747 retirado de la aviación civil está equipado con telescopios infrarrojos. Desde que volamos en la estratosfera, el contenido de vapor de agua es solo un uno por ciento del de un terreno plano, por lo que es posible observar la luz infrarroja que no puede llegar al suelo debido a la absorción de vapor de agua. Apreciemos la aparición de los rayos infrarrojos del universo en la tierra.
Autor / Xu Shiying

Observatorio infrarrojo estratosférico

Generalmente, los telescopios astronómicos que conocemos se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: terrestres y espaciales. Estos dos métodos tienen sus propias ventajas y desventajas: el telescopio en tierra es más conveniente de operar y mantener, y el costo es más económico. Sin embargo, no toda la luz del universo puede llegar al suelo sin problemas. Algunas longitudes de onda de luz no pueden penetrar en la atmósfera, por lo que debe ser trasladada al espacio exterior y observada con telescopios espaciales. La mayor ventaja de estos telescopios espaciales, por supuesto, es que no tendrán la influencia de la atmósfera y pueden obtener imágenes más claras e incluso inobservables que las observaciones terrestres. Pero el costo de lanzar cualquier instrumento al espacio exterior es realmente elevado. Además de estos dos tipos, existe un telescopio relativamente raro: llamado telescopio airbone, que se coloca en un avión.

El Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) está organizado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Asociación de Investigación Espacial de Universidades (Asociación de Investigación Espacial de Universidades). Desarrollo conjunto del proyecto del telescopio espacial. Este telescopio es un espejo primario de 2,7 metros, montado en un Boeing 747SP que ha servido a Pan American Airlines y United Airlines.La aeronave vuela en la estratosfera atmosférica a una altura de unos 12.000 metros y realiza observaciones de ondas infrarrojas lejanas y submilimétricas. [1].

La razón por la cual la observación en la estratosfera (también conocida como estratosfera) es muy importante es para reducir las perturbaciones atmosféricas. La estabilidad de la atmósfera y la sequedad del clima son condiciones bastante críticas en las observaciones astronómicas. Muchos de los grandes telescopios astronómicos terrestres del mundo que aún se están sometiendo a investigaciones de vanguardia se construyen en su mayoría en esos lugares (como Hawai, Chile, etc.). En la altura de la estratosfera, el contenido de vapor de agua en la atmósfera es solo alrededor del uno por ciento del de la tierra plana, lo que puede reducir en gran medida la absorción de vapor de agua y, al mismo tiempo, también puede evitar el impacto de la contaminación del aire cercano al suelo y las perturbaciones atmosféricas troposféricas ( Figura 1).

Figura 1: El impacto de las perturbaciones atmosféricas en las observaciones astronómicas. Incluso con el mismo conjunto de equipos, diferentes condiciones de perturbación atmosférica pueden producir imágenes de calidad muy diferente. Fuente de la imagen: NSO / Nick [2]

El vehículo volador de SOFIA es el Boeing 747SP, uno de los grandes aviones de la serie Boeing 747. El significado de SP en el sufijo es «Actuación especial».Este avión tiene un fuselaje ligeramente más corto que otros aviones de la misma serie, pero tiene una resistencia superior. [3]. Por supuesto, no solo hay un telescopio en un espacio tan grande en un avión grande, el espacio fuera del telescopio permite al operador operarlo y monitorearlo directamente (ver Figura 2).Además, aunque el telescopio aerotransportado puede evitar eficazmente la influencia de la humedad, la propia aeronave y la vibración provocada por el fuerte viento en el vuelo afectarán la observación, por lo que existen otros equipos para minimizar estas vibraciones. [1].

Figura 2: Fotos internas de SOFIA. Además de los instrumentos telescópicos en el enorme espacio, el operador también puede monitorear, corregir y analizar datos directamente. Crédito de la imagen: Rachel Luna / The Sun, SCNG [4]

SOFIA ha estado navegando y observando desde 2010. Los principales objetivos de observación son las atmósferas planetarias, los cometas y la composición de la materia interestelar (Figura 3). Los resultados de investigación más conocidos incluyen la detección de átomos de oxígeno en Marte. En el pasado, esto tenía que hacerse mediante el lanzamiento de satélites espaciales.Con SOFIA, se pueden realizar observaciones en la tierra, y este estudio también ha revisado el contenido estimado original [5].

Figura 3: Imágenes de Júpiter tomadas en luz visible y SOFIA usando luz infrarroja. Fuente de la imagen: NASA / SOFIA / USRA / FORCAST Team / James De Buizer (imagen infrarroja), Anthony Wesley (imagen de luz visible) [1]

Telescopios aerotransportados y sus contribuciones

Aunque SOFIA es el único telescopio astronómico descargado que existe.Pero, de hecho, hay otras dos generaciones de personas mayores que se han jubilado antes de esto. [6]. Además de las ventajas del telescopio vacío, puede reducir eficazmente la influencia del vapor de agua. Otra característica es que no está restringido por el terreno y se puede mover a un lugar mejor para la observación. Ya en 1965, los astrónomos utilizaron el Observatorio Aerotransportado Galileo de la NASA, que tiene un calibre de solo unos 30 cm, para perseguir la sombra de la luna durante un eclipse solar, extendiendo enormemente el tiempo de observación y observando un eclipse solar completo. Fenómeno (ver Figura 4).

Figura 4: Observatorio Aerotransportado Galileo (Observatorio Aerotransportado Galileo) y sus fotos del eclipse solar tomadas en 1963. Fuente de imagen:[7]

En 1975, el sucesivo Observatorio Kuiper Airborne (KAO) de la NASA fue equipado con un telescopio con un espejo primario de aproximadamente 90 cm de diámetro. El descubrimiento más famoso de KAO fue el descubrimiento del sistema de anillos planetarios de Urano en 1977 [8]. De la ocultación de Urano de las estrellas detrás, se encontró evidencia de la existencia de al menos cinco anillos planetarios. Otras observaciones importantes de KAO incluyen observaciones atmosféricas de Plutón [9], Observación de moléculas orgánicas complejas en el espacio, etc. [6]. Finalmente llegó la tercera generación de SOFIA. En comparación con sus predecesores, SOFIA no solo ha aumentado el calibre del espejo principal, sino que también ha mejorado considerablemente el rendimiento de la aeronave (consulte la Figura 5).

Figura 5: Comparación de los tamaños de las tres generaciones de telescopios astronómicos aerotransportados y los vehículos voladores montados. Fuente de la imagen: NASA / SOFIA / L. Proudfit [6]

Además de los telescopios astronómicos aerotransportados que son transportados por aviones (basados ​​en aviones), también se pueden usar globos aerostáticos (basados ​​en globos).La investigación científica que utiliza globos aerostáticos para transportar instrumentos en realidad no es una minoría [10]Actualmente se está llevando a cabo un proyecto de globo aerostático con un telescopio astronómico. Este se llama ASTHROS (el nombre completo es Telescopio astrofísico estratosférico para observaciones de alta resolución espectral en longitudes de onda submilimétricas [11]) El telescopio del globo aerostático estará equipado con un espejo primario de 2,5 metros para la observación infrarroja a una altitud de hasta 40 kilómetros. Esta altura está cerca del límite superior de la estratosfera y puede tener la menor perturbación atmosférica bajo una navegación estable. Se espera que comience a navegar en diciembre de 2023.

Diferentes longitudes de onda de luz pueden darnos información diferente, y diferentes luces tienen diferentes propiedades y son adecuadas para diferentes métodos de observación. En la investigación astronómica, los tenemos en el espacio exterior, en el cielo y en la tierra. En otras áreas también hay subterráneos, hielo y bajo el mar. Cada lugar tiene diferentes dificultades que superar, y en el proceso de superar estas dificultades, también se pueden ver muchas ideas creativas. ¿Qué tipo de métodos de observación interesantes aparecerán en el futuro? ¡Esperemos y veremos!

Materiales de referencia:

  1. Centro de Ciencias SOFIA
  2. Descubre el COSMOS / Astronomical Seeing
  3. Wikipedia / Boeing 747SP
  4. Los Angeles Daily News / Inside SOFIA, el telescopio infrarrojo aéreo de la NASA
  5. Rezac et al., Primera detección de la línea de oxígeno atómico de 63 μm en la termosfera de Marte con GREAT / SOFIA, A&A (2015)
  6. Historia de la astronomía aerotransportada de la NASA en la NASA
  7. SP-4302 Aventuras en la investigación: una historia del Centro de investigación Ames 1940-1965
  8. ELLIOT, J., DUNHAM, E. y MINK, D. Los anillos de Urano. Nature 267, 328–330 (1977). Https://doi.org/10.1038/267328a0
  9. Elliot, JL; Dunham, EW; Bosh, AS et al. Atmósfera de Plutón. Ícaro, 77, Número 1, enero de 1989, páginas 148-170
  10. Categoría de Wikipedia: Experimentos transportados por globos
  11. JPL / ASTROS


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