La misión de la NASA que estudiará el cosmos con un globo estratosférico.


Esta ilustración muestra un globo a gran altitud que asciende a la atmósfera superior. Cuando están completamente inflados, estos globos tienen 150 metros de ancho, o aproximadamente del tamaño de un estadio de fútbol, ​​y alcanzan una altitud de 40 kilómetros.
Créditos: Laboratorio de Imagen Conceptual del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / Michael Lentz.

Transportado por un globo del tamaño de un estadio de fútbol, ​​ASTHROS utilizará un telescopio de última generación para observar longitudes de onda de luz que no son visibles desde el suelo.

Se ha comenzado a trabajar en una nueva y ambiciosa misión que llevará un telescopio de vanguardia de 2,5 metros a la estratosfera en un globo. Tentativamente planeado para lanzarse en diciembre de 2023 desde la Antártida, ASTHROS (abreviatura de Astrophysics Stratospheric Telescope para observaciones de alta resolución espectral en longitudes de onda submilimétricas) pasará unas tres semanas a la deriva en las corrientes de aire sobre el helado continente del sur y logrará varias primicias en el camino.

Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ASTHROS observa luz infrarroja lejana o luz con longitudes de onda mucho más largas de lo que es visible para el ojo humano. Para hacer eso, ASTHROS necesitará alcanzar una altitud de aproximadamente 40 kilómetros, cuatro veces más alto que el vuelo de los aviones comerciales. Aunque todavía está muy por debajo del límite del espacio (aproximadamente 100 kilómetros, sobre la superficie de la Tierra), será lo suficientemente alto como para observar longitudes de onda de luz bloqueadas por la atmósfera de la Tierra.

El equipo de la misión recientemente dio los últimos toques al diseño de la carga útil del observatorio, que incluye su telescopio (que captura la luz), su instrumento científico y subsistemas tales como los sistemas electrónicos y de enfriamiento. A principios de agosto, los ingenieros de JPL comenzarán la integración y las pruebas de esos subsistemas para verificar que funcionan como se esperaba.

Si bien los globos pueden parecer una tecnología anticuada, ofrecen ventajas únicas sobre las misiones terrestres o espaciales. El Programa Scientific Balloon de la NASA ha estado funcionando durante 30 años en la Instalación de Vuelo Wallops en Virginia. Lanza de 10 a 15 misiones al año desde ubicaciones en todo el mundo para apoyar experimentos en todas las disciplinas científicas de la NASA, así como con fines de desarrollo tecnológico y educación.

Las misiones de globos no solo tienen costos más bajos en comparación con las misiones espaciales, sino que también tienen tiempos más cortos entre la planificación temprana y la implementación, lo que significa que pueden aceptar los riesgos más altos asociados con el uso de tecnologías nuevas o de vanguardia. Estos riesgos pueden presentarse en forma de desafíos técnicos u operativos desconocidos que pueden afectar la producción científica de una misión. Al superar estos desafíos, las misiones en globo pueden preparar el escenario para futuras misiones y recoger los beneficios de estas nuevas tecnologías.

“Las misiones en globo como ASTHROS son de mayor riesgo que las misiones espaciales, pero producen altas recompensas a un costo modesto”, dijo el ingeniero de JPL, José Siles, gerente de proyecto de ASTHROS. “Con ASTHROS, nuestro objetivo es hacer observaciones astrofísicas que nunca antes se han intentado. La misión allanará el camino para futuras misiones espaciales al probar nuevas tecnologías y proporcionar habilidades para la próxima generación de ingenieros y científicos”.

Ojos infrarrojos en el cielo

ASTHROS llevará un instrumento para medir el movimiento y la velocidad del gas alrededor de las estrellas recién formadas. Durante el vuelo, la misión estudiará cuatro objetivos principales, incluidas dos regiones de formación estelar en la galaxia de la Vía Láctea. También detectará y mapeará por primera vez la presencia de dos tipos específicos de iones de nitrógeno (átomos que han perdido algunos electrones). Estos iones de nitrógeno pueden revelar lugares donde los vientos de estrellas masivas y explosiones de supernovas han reformado las nubes de gas dentro de estas regiones de formación estelar.

En un proceso conocido como retroalimentación estelar, tales explosiones violentas pueden, durante millones de años, dispersar el material circundante e impedir la formación de estrellas o detenerlo por completo. Pero la retroalimentación estelar también puede hacer que el material se agrupe, acelerando la formación de estrellas. Sin este proceso, todo el gas y el polvo disponibles en galaxias como la nuestra se habrían fusionado en estrellas hace mucho tiempo.

ASTHROS hará los primeros mapas detallados en 3D de la densidad, velocidad y movimiento del gas en estas regiones para ver cómo los gigantes recién nacidos influyen en su material placentario. Al hacerlo, el equipo espera obtener información sobre cómo funciona la retroalimentación estelar y proporcionar nueva información para refinar las simulaciones por ordenador de la evolución de las galaxias.


La nebulosa Carina, una región de formación estelar en la galaxia de la Vía Láctea, se encuentra entre los cuatro objetivos que los científicos planean observar con la misión de globos a gran altitud ASTHROS. ASTHROS estudiará la retroalimentación estelar en esta región, el proceso por el cual las estrellas influyen en la formación de más estrellas en su entorno.
Créditos: NASA, ESA, N. Smith (Universidad de California, Berkeley) et al., El equipo de Hubble Heritage (STScI / AURA).

Un tercer objetivo para ASTHROS será la galaxia Messier 83. Observar signos de retroalimentación estelar permitirá al equipo de ASTHROS obtener una visión más profunda de su efecto en diferentes tipos de galaxias. “Creo que se entiende que la retroalimentación estelar es el principal regulador de la formación de estrellas a lo largo de la historia del Universo”, dijo el científico del JPL Jorge Pineda, investigador principal de ASTHROS. “Las simulaciones por ordenador de la evolución de las galaxias aún no pueden replicar la realidad que vemos en el cosmos. El mapeo de nitrógeno que haremos con ASTHROS nunca se ha hecho antes, y será emocionante ver cómo esa información ayuda a hacer esos modelos más precisos”.

Finalmente, como su cuarto objetivo, ASTHROS observará TW Hydrae, una estrella joven rodeada por un amplio disco de polvo y gas donde se pueden estar formando planetas. Con sus capacidades únicas, ASTHROS medirá la masa total de este disco protoplanetario y mostrará cómo esta masa se distribuye por todas partes. Estas observaciones podrían revelar lugares donde el polvo se está aglomerando para formar planetas. Aprender más sobre los discos protoplanetarios podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo se forman los diferentes tipos de planetas en los sistemas solares jóvenes.

Un enfoque elevado

Para hacer todo esto, ASTHROS necesitará un gran globo: cuando esté completamente inflado con helio, tendrá aproximadamente 150 metros de ancho, o aproximadamente el tamaño de un estadio de fútbol. Una góndola debajo del globo transportará el instrumento y el telescopio liviano, que consiste en una antena parabólica de 2,5 metros, así como una serie de espejos, lentes y detectores diseñados y optimizados para capturar luz infrarroja lejana. Gracias al plato, ASTHROS empató para el telescopio más grande que jamás haya volado en un globo a gran altitud. Durante el vuelo, los científicos podrán controlar con precisión la dirección que apunta el telescopio y descargar los datos en tiempo real utilizando enlaces satelitales.


Este video time-lapse muestra el lanzamiento del Observatorio Estratosférico de Terahercios II (STO-2), una misión de astrofísica de la NASA, desde la Antártida en 2016. Tales misiones de globos a gran altitud brindan la oportunidad de observar longitudes de onda de luz que están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Debido a que los instrumentos de infrarrojo lejano deben mantenerse muy fríos, muchas misiones llevan helio líquido para enfriarlos. En cambio, ASTHROS dependerá de un refrigerador criogénico, que utiliza electricidad (suministrada por los paneles solares de ASTHROS) para mantener los detectores superconductores cerca de menos 268,5 grados Celsius, un poco por encima del cero absoluto, la temperatura más fría que puede alcanzar la materia. El crioenfriador pesa mucho menos que el gran contenedor de helio líquido que ASTHROS necesitaría para mantener su instrumento frío durante toda la misión. Eso significa que la carga útil es considerablemente más ligera y la vida útil de la misión ya no está limitada por la cantidad de helio líquido a bordo.

El equipo espera que el globo complete dos o tres vueltas alrededor del Polo Sur en aproximadamente 21 a 28 días, transportado por los vientos estratosféricos predominantes. Una vez que se complete la misión científica, los operadores enviarán comandos de terminación de vuelo que separarán la góndola, que estará conectada a un paracaídas, del globo. El paracaídas devolverá la góndola al suelo para que el telescopio pueda recuperarse y reacondicionarse para volar nuevamente.

“Lanzaremos ASTHROS al borde del espacio desde la parte más remota y dura de nuestro planeta”, dijo Siles. “Si te paras a pensarlo, es realmente un desafío, lo que lo hace tan emocionante al mismo tiempo”.

Una división de Caltech en Pasadena, JPL, administra la misión ASTHROS para la División de Astrofísica de la Dirección de Misión Científica de la NASA. JPL también está construyendo la carga útil de la misión. El Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins en Maryland está desarrollando la góndola y los sistemas de señalización. La unidad de antena de 2,5 metros está siendo construida por Media Lario S.r.l. en Lecco, Italia. El crioenfriador de carga útil fue desarrollado por Lockheed Martin bajo el Programa de Desarrollo de Tecnología de Crioenfriador Avanzado de la NASA. El programa Scientific Balloon de la NASA y su instalación de Columbia Science Balloon Facilitarán el globo y los servicios de lanzamiento. El lanzamiento de ASTHROS está programado desde la estación McMurdo en la Antártida, que es administrada por la National Science Foundation a través del Programa Antártico de los EE. UU. Otros socios clave incluyen la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Miami.