Luz ultravioleta desde el espacio

Tan solo un año después del final de la II Guerra Mundial, en 1946, se publicó el primer artículo relativo a observaciones astronómicas en el ultravioleta (UV). Fue justamente con los tristemente célebres cohetes V2 que utilizó el ejército alemán en los masivos bombardeos a Inglaterra en 1944. Con el colapso del ejército alemán, la armada de los Estados Unidos capturó más de 100 cohetes V2 para su estudio. Gracias a este desarrollo tecnológico fue posible colocar sensores especializados en alturas de casi un centenar de kilómetros, que permitieron estudiar las capas superiores de la atmósfera terrestre y, en el contexto de nuestro tema, ubicarlos más allá de la capa de ozono, esa molécula compuesta de tres átomos de oxígeno que impide el paso de los de rayos UV y que nos protege de recibir radiación dañina. Esta primera observación astronómica desde el espacio fue liderada por investigadores del Laboratorio de Investigación de la Naval de E.E. U.U. y tenía como objetivo obtener el primer espectro del Sol en un intervalo de longitudes de onda que hasta entonces no era accesible. Con un novedoso diseño optomecánico, el espectrómetro instalado en la cola del cohete V2 obtuvo múltiples espectros del Sol y marcó el inicio de lo que hoy se conoce como astronomía espacial, o astronomía desde el espacio. En años posteriores los cohetes V2 también fueron utilizados para tener acceso a luz más energética, a la cual la atmósfera terrestre también es opaca, como los rayos X.

Voyager 1& 2 (1977- )

Voyager 1& 2 (1977- )

Desde esos estudios pioneros, la investigación desde el espacio de la radiación UV de cuerpos celestes ha acumulado una larga historia. En buena medida favorecida por la carrera espacial entre la antigua Unión Soviética y los Estados Unidos y sus aliados, y sin duda motivada por la gran variedad de fenómenos que solo pueden ser estudiados en este tipo de luz, como el análisis del material caliente que circunda la luna Io de Júpiter, las auroras que se forman en los polos de Júpiter, investigaciones sobre la composición química que prevalece en el medio interestelar, de la liberación de energía en estrellas con hasta 100 veces más material que el Sol o sobre procesos físicos que tienen lugar en la formación de nuevas generaciones de estrellas.

Estos campos de estudio y muchos más promovieron la construcción de telescopios especializados que a la postre volarían en cohetes, globos sonda, en los transbordadores espaciales y en satélites. Entre las principales misiones podemos citar a la estación espacial Skylab (de la Agencia Espacial de los E.E. U.U.-NASA), el Orbiting Astronomical Observatory (OAO-NASA), el Satélite Copernicus, el Astronomical Neder-lands Satellite (ANS, de los países bajos), el International Ultraviolet Explorer (IUE-NASA, Agencia Espacial Europea y Reino Unido), las sondas Viajero 1 y 2 (NASA), el Telescopio Espacial Hubble (HST-NASA) y  el Galaxy Evolution Explorer (GALEX-NASA, Reino Unido).

Sus logros son variados e involucran todo tipo de objetos celestes, utilizando dos distintas técnicas de observación: la espectroscopia, que a través de un elemento dispersor (como un prisma) permite ver la distribución de luz en sus diferentes colores, y la fotometría, que permite obtener imágenes de la emisión UV global. Es importante destacar tres de las misiones más exitosas, no solo en el ámbito UV sino en general como proyectos espaciales.

Las sondas Viajero 1 y 2 fueron lanzadas desde Cabo Cañaveral en Florida E.E. U.U. hace más de 35 años. Contaban con instrumentos que permitían estudiar los diferentes colores de la radiación de los cuerpos celestes. Fueron programadas para cumplir con tres misiones específicas: la misión planetaria —que fue la principal—, la interplanetaria, y la interestelar. Muchos conocemos los logros en la primera. Los Viajeros proveyeron de las primeras y más exquisitas imágenes de los planetas, en particular de los planetas gigantes como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, y de sus satélites. Además, en fechas recientes (2012) se anunció el inicio de su tercera misión, la interestelar.

p-07bActualmente los Viajeros son los objetos creados por el hombre más alejados de la Tierra y se encuentran a una distancia aproximada de 20 mil millones de kilómetros, es decir, a más de 130 veces la distancia Tierra-Sol. Sin embargo, poco se sabe de lo que hicieron en su segunda misión. Durante el largo viaje entre los planetas estos instrumentos apuntaron sus once diferentes dispositivos a centenares de cuerpos celestes más allá de nuestro sistema solar. Un instrumento particular fue el espectrómetro UV que permitió hacer un sondeo de múltiples fuentes: estrellas de alta temperatura, estrellas frías (como el Sol) pero con mucha actividad magnética, como la que origina fenómenos como ráfagas, protuberancias en nuestro Sol. También se investigaron los remanentes difusos de las grandes explosiones que caracterizan la muerte de estrellas gigantes, la emisión UV de sistemas estelares en nuestra galaxia, la Vía Láctea, etcétera. Los Viajeros siguen aún operativos, aunque no con todos sus dispositivos. El Viajero 2 preserva en servicio su espectrómetro UV para analizar las propiedades del medio que circunda al sistema solar.

El Explorador Internacional Ultravioleta (IUE, por sus siglas en inglés) fue lanzado en 1978, tan solo unos meses después que los Viajeros y operó con un espejo de 40 cm de diámetro. La misión nace como una colaboración entre la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) y el Consejo para la Investigación en Ciencias e Ingeniería del Reino Unido. Fue programada para durar tres años con una potencial ampliación a cinco. El conjunto de instrumentos (cuatro cámaras en total) permitieron colectar valiosa información espectroscópica en dos de los segmentos en que se divide el intervalo UV: el lejano y el cercano UV. A lo largo de su “vida” IUE colectó un conjunto de más de 100 mil espectros de virtualmente todos los tipos de objetos celestes, desde imágenes espectroscópicas de la Luna hasta galaxias distantes. Hace nueve años (30 de septiembre de 1996) dejó de operar y concluyó con los 18 años y nueve meses de operación ininterrumpida.

La última misión completamente dedicada a investigaciones UV fue el Explorador Ultravioleta de Galaxias (GALEX), que fue lanzado desde la estación de la fuerza aérea en Cabo Cañaveral (Florida, E.E. U.U.) en abril 28 de 2003 y concluyó operaciones en junio de 2013 después de más 10 años de servicio. Este telescopio de 50 cm de diámetro obtuvo mapas y espectros en el lejano y cercano UV de la mayor cantidad de objetos celestes jamás observada. Su base de datos está conformada por cientos de millones de galaxias, su misión principal, y un número similar de estrellas de la Vía Láctea. Entre sus principales logros están las observaciones de galaxias hasta distancias cuando el Universo apenas tenía 20 por ciento de su edad actual. Estos valiosos datos han permitido explorar cómo se forman estrellas en diferentes etapas evolutivas del Universo. Desde un punto de vista más local, fue posible distinguir anillos de radiación UV en galaxias cercanas y hacer un censo de las denominadas asociaciones OB (enjambres de estrellas de gran masa muy jóvenes). Sin duda, debido al enorme número de fuentes detectadas, GALEX dejará un legado muy importante y brindará las bases para futuras misiones UV.

En la actualidad sólo existe una misión espacial en proceso de construcción que continuará con el legado que han dejado las misiones anteriores, desde los cohetes V2. El Observatorio Espacial Mundial (WSO, por sus siglas en Inglés) es una iniciativa conformada originalmente por un consorcio de varios países. A la fecha, la Agencia Espacial Rusa (ROSCOSMOS) y la Universidad Complutense de Madrid, España, son las instituciones líderes del proyecto. Este telescopio será muy similar a IUE pero con una capacidad colectora casi 2 mil veces mayor. Al igual que sus predecesores, abordará prácticamente todos los tópicos de la astrofísica contemporánea, con el agregado que pretende también estudiar las atmósferas de muchos de los casi 2 mil planetas que se han descubierto fuera de nuestro sistema solar. México, a través de investigadores del INAOE, muy probablemente participará en la construcción de algunos componentes de este satélite y en consecuencia en la ciencia de punta que este instrumento generará.

mchavez@inaoep.mx