Planck Surveyor es la tercera misión de medio tamaño (M3) del programa científico Horizon 2000 de la Agencia Espacial Europea. El lanzamiento se produjo a las 10:15 (hora Guyana Francesa) del 14 de mayo de 2009 desde el Puerto espacial de Kourou (Guayana Francesa) impulsado por un cohete Ariane 5 junto al Observatorio Espacial Herschel en configuración dual. Está diseñado para detectar las anisotropías en el fondo cósmico de microondas en todo el cielo, con una resolución y sensibilidad sin precedentes. Planck será una fuente valiosísima de datos con los que se comprobarán las teorías actuales sobre el universo primitivo y los orígenes de las estructuras cósmicas.
La misión Planck Surveyor era conocida inicialmente como COBRAS/SAMBA. COBRAS por Cosmic Background Anisotropy Satellite y SAMBA por Satellite for Measurement of Background Anisotropies. Posteriormente, los dos grupos de estudio se fundieron en una sola misión, que tras haber sido seleccionada y aprobada, fue renombrada en honor del científico alemán Max Planck (1858-1947), Premio Nobel de Física en 1918.
Tras el lanzamiento, la Planck Surveyor será la primera en separarse del conjunto de lanzamiento y se colocará en órbita heliocéntrica, en el segundo de los puntos de Lagrange (L2) situado a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. En este punto, el telescopio no sufrirá las interferencias de la Tierra o la Luna.
El Planck Surveyor está dotado de un espejo de 1,5 metros de diámetro.El telescopio será usado para captar radiaciones en dos bandas de frecuencia, una alta y otra baja, con los siguientes instrumentos:
- Low Frequency Instrument (LFI) es un aparato que consiste en 22 receptores que funcionan a -253 °C. Estos receptores deberán trabajar agrupados en cuatro canales de frecuencias, captando frecuencias entre los 30 y 100 Ghz. Las señales serán amplificadas y convertidas en un voltaje, que será enviado a un ordenador.
- High Frequency Instrument (HFI) es un aparato compuesto de 52 detectores, que trabajan convirtiendo radiación en calor. La cantidad de calor es medida por un pequeño termómetro eléctrico. La temperatura es anotada y convertida en un dato de ordenador. Este instrumento trabaja a -272,9 °C
Más de 40 institutos de investigación de Europa y Estados Unidos se unieron en esta misión para construir los instrumentos de la sonda.
El instrumento de medición de baja frecuencia fue construido con la participación de 22 institutos científicos, liderados por el Instituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (CNR) en Bolonia, Italia.
El instrumento de alta frecuencia fue elaborado por un consorcio de más de 20 instituciones científicas, lideradas por el Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS) en Orsay, Francia.
Los espejos de los telescopios primario y secundario fueron fabricados en fibra de carbono por un consorcio danés liderado por el Danish Space Research Institute, en Copenhague, Dinamarca.
La Planck Surveyor complementará los datos obtenidos por la WMAP, ya que ésta también se centró en medir fluctuaciones de la radiación de fondo de microondas, pero a una escala mucho mayor.
El 5 de julio de 2010, la misión Planck emitió su primera imagen de todo el cielo.
El Observatorio Espacial Herschel es una misión de la Agencia Espacial Europea. El lanzamiento se realizó el 14 de mayo de 2009 a bordo de un Ariane 5 junto con el observatorio Planck Surveyor, en previsión de que entren en órbita a 1,5 millones de km de la Tierra, en el segundo de los puntos de Lagrange del sistema Tierra-Sol.
La misión era denominada anteriormente Far Infrared and Submilimetre Telescope (FIRST), y será el primer observatorio espacial en cubrir completamente el infrarrojo lejano y longitudes de onda submilimétricas, y su telescopio tendrá el mayor espejo desplegado nunca en el espacio (3,5 m). Este observatorio estará especializado en la observación de objetos distantes, poco conocidos. Para el correcto funcionamiento de los instrumentos se deben mantener refrigerados por debajo de los 2 K (-271 °C)
El observatorio tiene aproximadamente 7 metros de longitud y pesará unas 3,25 t. La mayor parte del peso de la sonda será debido a los depósitos de helio usados para generar las temperaturas necesarias para los detectores de infrarrojos.
La misión fue nombrada en honor de William Herschel, descubridor del espectro infrarrojo.
Los objetivos de la misión son:
- Estudiar la formación de galaxias en el universo primitivo y su evolución.
- Investigar la creación de estrellas y su interacción con el medio interestelar.
- Observar la composición química de la atmósfera y la superficie de cometas, planetas y satélites.
- Examinar la química molecular del universo.
Dispone de los siguientes instrumentos:
- Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS)
- Spectral and Photometric Imaging REceiver (SPIRE)
- Instrumental heterodino para el infrarrojo lejano (HIFI)
PACS y SPIRE permitirán observar a Herschel en seis "colores" diferentes dentro del infrarrojo lejano. Ambos instrumentos pueden funcionar como espectrómetros de baja resolución. HIFI es un detector heterodino de un solo pixel que funciona como espectrómetro de muy alta resolución.
Todos los instrumentos se encuentran refrigerados por Helio líquido superfluido. Algunas partes de los instrumentos PACS y SPIRE se refrigeran con ³He para conseguir temperaturas (0,3 K) cercanas al cero absoluto. Cada instrumento se enfría por separado según sea usado para ahorrar refrigerante.
Los instrumentos PACS y SPIRE pueden observar como cámaras en modo paralelo para conseguir un mayor número de "colores" simultáneamente. Este modo de observación es apropiado para escaneos de grandes áreas con un pequeño gasto adicional de refrigerante.
PACS
PACS se compone en realidad de dos instrumentos independientes: una cámara y un espectrómetro de campo integral. Ambos funcionan en la banda de 55 a 210 μm. Solo se puede usar uno de los dos instrumentos a un mismo tiempo.
La cámara se compone de dos sensores fotométricos multipixel. Puede observar en dos frecuencias simultáneamente, centrada la primera en 75 ó 110 μm y la segunda en 150 μm. El primer sensor tiene 64 × 32 pixeles y el segundo dispone de 32 × 16 pixeles. El campo de visión es de 1,75 × 3,5 minutos de arco y la resolución de la cámara es, para ambos sensores, superior a la determinada por el límite de difracción del telescopio con lo que se consigue la máxima resolución posible a estas frecuencias.
El espectrómetro de campo integral tiene un campo de visión de 47 × 47 segundos de arco muestreado por 5 × 5 pixeles en la dimensión espacial. La resolución espectral ve desde unos 75 a unos 300 km/s con una cobertura de unos 1500 km/s. También dispone de dos sensores, bolómetros en este caso, que permiten observar en dos bandas simultáneamente.
SPIRE
SPIRE dispone de una cámara fotométrica que puede observar en tres frecuencias simultaneas, centradas en 250, 350 y 500 μm, y de un espectrómetro de transformada de Fourier. Todos los sensores son bolómetros refrigerados a 0,3 K con ³He.
La cámara puede observar en las tres bandas simultáneamente. Los detectores individuales de los sensores se alinean en una matriz hexagonal distribuida de tal forma que 10 de los detectores de cada uno de los 3 sensores se encuentran alineados. El sensor centrado en 500 μm dispone de 43 detectores, el centrado en 350 μm de 88 y el centrado en 250 μm de 139. El campo de visión es de 4 × 8 minutos de arco.
El espectrómetro puede observar en dos bandas, 194-324 μm y 316-672 μm, con 37 y 19 detectores respectivamente. La resolución espectral se puede ajustar a valores entre 300 y 24000 km/s con una cobertura que puede ir de unos 2500 a 200000 km/s dependiendo del sensor, la frecuencia y la configuración.
HIFI
HIFI es un espectrómetro de muy alta resolución que sólo puede observar un punto. El instrumento dispone de 7 mezcladores del sistema heterodino que se corresponden con distintos rangos de frecuencia. Los 2 de frecuencias más altas, de 1410 GHz a 1910 GHz (157 a 213 μm) son mezcladores HEB (Hot Electron Bolometer; bolómetros de electrones calientes en español) y los 5 de frecuencias más bajas de 480 GHz a 1250 GHz (240 a 625 μm) son mezcladores SIS (Superconductor Isolator Superconductor; superconductor aislante superconductor en español). El ancho de banda de la observación espectral es de 2,4 ó 4 GHz dependiendo del tipo de mezclador. De esta manera se obtienen resoluciones espectrales máximas desde 0,02 hasta 0,6 km/s en coberturas desde 625 hasta 2500 km/s, dependiendo de la frecuencia.
El rango de frecuencias de HIFI es muy similar al de SPIRE. SPIRE, al ser un bolómetro multipixel es muy sensible a la radiación continua y esta adaptado para hacer imágenes, sin embargo no es apropiado, en general, para la observación de líneas espectrales. Aunque HIFI solo tiene un pixel con su sensibilidad y resolución espectral es muy apropiado para este tipo de observaciones.
'Herschel' y 'Planck' inician su viaje por el espacio
El lanzamiento al espacio de los dos nuevos telescopios europeos Herschel y Planck ha sido perfecto. A las 15.12, hora peninsular de este jueves (las 10.15 en la Guyana francesa), se han encendido los motores del cohete Ariane-5 y ha comenzado su ascenso con el estruendo normal de los cohetes y sus llamaradas de color blanco, amarillo y naranja. Unos minutos después casi se ha perdido de la vista en un cielo salpicado de nubes, pero aún quedaba una humareda densa en la plataforma de lanzamiento de la base espacial de Kourou. Decenas de personas que han seguido en directo la partida de estas dos misiones científicas de la Agencia Europea del Espacio (ESA) han respirado con satisfacción, aunque han mantenido la calma tensa, sabiendo que la operación seguía pendiente de un hilo hasta que los dos satélites se separasen del cohete, ya en el espacio, para iniciar su viaje en solitario. Ese momento se ha producido a los 26 minutos del despegue para Herschel y 28 minutos después para Planck. Entonces sí que han roto los aplausos y ha reinado la satisfacción en las instalaciones de la base de Kourou.
Varias decenas de científicos e ingenieros que han presenciado en directo el lanzamiento desde el punto de observación Toucan (a cinco kilómetros escasos de la plataforma del cohete) han celebrado la ocasión, pero también la tensión se ha notado en sus caras. Jean Tauber, responsable científico de Planck en la ESA, mostraba una mezcla de emoción y agotamiento en los instantes posteriores al lanzamiento exitoso. "Es maravilloso, ¡y tan indoloro!", ha comentado. ¿Y ahora?. "Ahora empieza una fase difícil, pero bonita: el análisis de datos cuando empiecen a llegar. Lo más difícil realmente ha sido diseñar y construir los instrumentos que lleva el telescopio". Los responsables de Herschel han estado igualmente emocionados.
En la sala de control del lanzamiento, que ha seguido un curso perfecto según el plan de vuelo, o nominal, como se dice en el mundillo espacial, los abrazos y felicitaciones también se han producido media hora después de la partida del cohete, cuando se han recibido las primeras señales de los dos telescopios volando en solitario. Esa fase crítica de la operación se ha producido a unos 1.600 kilómetros de altura, y la última etapa del cohete iba a una velocidad de unos 10 kilómetros por segundo.
"Esto es el resultado de un trabajo fantástico de cientos de científicos e ingenieros, la mayoría europeos, pero también de EE UU y Canadá, participantes en estas misiones", ha declarado Jean Jaques Dordain, director general de la ESA. Herschel y Planck se han desarrollado en el marco del programa científico de la agencia europea y, por tanto, la participación de todos los países miembros (18) es obligatoria. Las aportaciones de España son importantes, tanto desde el punto de vista del sector industrial como de los investigadores. Decenas de españoles de universidades e instituciones, incluido el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han tomado parte activa y directa en el desarrollo de los instrumentos de Herschel y Planck, y en la preparación de la explotación de los datos científicos que empezarán a tomarse dentro de varias semanas, una vez que todos los equipos de los dos telescopios hayan pasado la compleja fase de comprobación en órbita.
Los dos telescopios han sido construidos por consorcios industriales liderados por Thales Alenia Space, en Cannes (Francia), como contratista principal de la ESA para esta misión doble.
Herschel y Planck se dirigen ahora, por separado, a su zona de trabajo en el cielo, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra (una centésima parte de la distancia de la Tierra al Sol) en sentido contrario a la estrella. Llegarán en mes y medio aproximadamente y se pondrán en órbita alrededor de un punto virtual de equilibrio gravitatorio denominado L2, muy apropiado para observar el cielo por estar alejado de las perturbaciones de la Tierra y sus anillos de radiación.
Estos dos telescopios, ha destacado Dordain, son dos joyas de la tecnología avanzada, entre otras cosas por sus sistemas de enfriamiento activo. Ambos van a observar los objetos y zonas más frías del universo y para ello los detectores deben estar enfriados hasta casi el cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero). Esto se logra en Herschel y Planck con varias tecnologías en fases sucesivas y el mayor enfriamiento exige helio líquido, que va embarcado en estos satélites.
La vida útil de Planck, un satélite de dos toneladas, es de 15 meses a contar desde que todos los instrumentos estén calibrados y listos para comenzar las observaciones astronómicas. Su objetivo es captar con un detalle nunca alcanzado hasta ahora las variaciones de temperatura en la primera luz observable del universo, 380.000 años después del Big Bang, luz que ahora permea todo el cosmos en el rango muy frío de microondas. La formación de las primeras estructuras del cosmos, la materia oscura y la energía oscura pueden empezar a desvelarse con los datos de esta misión científica. Incluso los cosmólogos esperan obtener datos que les den pistas sobre casi el origen mismo del universo y los procesos de los primeros instantes, y confirmar así o descartar sus teorías actuales al respecto. El nuevo telescopio lleva a bordo dos cámaras.
La misión científica de Herschel, de tres toneladas y media, debe durar al menos tres años. Su objetivo es ver como nunca se han podido ver hasta ahora las condiciones de nacimiento y evolución de galaxias lejanas para poder determinar exactamente su origen e historia inicial. También será único por su extraordinaria capacidad para ver las zonas de polvo y gas en que se forman estrellas. Es un telescopio de infrarrojo con un espejo de 3,5 metros (el mayor lanzado al espacio hasta ahora) y lleva tres instrumentos científicos diferentes.
Planck: medir la temperatura del universo para desvelar su origen
Descubrir cómo empezó el universo es un objetivo ambicioso que demanda una tecnología ambiciosa. Por eso Planck, el telescopio que la Agencia Europea del Espacio (ESA) ha lanzado el 14 de mayo para investigar el origen y evolución del cosmos, no podía ser una misión sencilla. Para cumplir su objetivo, Planck deberá medir la temperatura de todo el cielo varias veces y detectar variaciones de apenas millonésimas de grado. ¿Cómo se hace eso? Con algunos de los detectores más sofisticados jamás lanzados. En el aprovechamiento óptimo de estos detectores, y en general en el desarrollo de toda la misión, tiene un papel importante la Oficina de Ciencia de Planck, en el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC), en Madrid.
ESAC alberga los centros científicos de las misiones científicas de la Agencia Europea del Espacio. En el caso de la Oficina de Ciencia de Planck, está integrada por unos diez científicos e ingenieros. Durante estas últimas semanas hemos aprovechado los pequeños retrasos en el lanzamiento para seguir ensayando una y otra vez los procedimientos, para garantizar que todo saldría bien con Planck ya en órbita. Los ensayos extra siempre vienen bien, en especial con una misión de estructura tan complicada.
Los datos que tome Planck serán enviados, vía la antena de espacio profundo de la ESA en New Norcia (Australia) al Centro de Operaciones de la Misión en Darmstadt (Alemania), y desde ahí de nuevo partirán hacia los dos Centros de Procesado de Datos -uno para cada uno de los instrumentos de Planck-, en París y Trieste (Italia), más la propia Oficina de Ciencia de Planck en ESAC. La coordinación en cada uno de estos pasos depende de la Oficina de Ciencia de Planck, y no es un trabajo sencillo.
El lugar más frío del universo
Pero, dificultades de operación aparte, ¿cómo es Planck? El satélite Planck mide 4,2 metros de altura y tiene un diámetro máximo de 4,2 metros. El satélite tiene dos elementos principales: un módulo de servicio templado y un módulo de carga útil frío. Este último alberga los dos instrumentos científicos, llamados Instrumento de Baja Frecuencia (LFI, en inglés) e Instrumento de Alta Frecuencia (HFI), más el telescopio.
Un aspecto crítico para la misión es que los instrumentos deben mantenerse a una temperatura inimaginablemente fría: todos los detectores de Planck deberán estar a menos de 253º centígrados bajo cero, y algunos alcanzarán incluso la que posiblemente sea la temperatura más fría de un objeto en el espacio: apenas una décima de grado por encima del cero absoluto de temperatura, los 273º bajo cero. El resultado es que la diferencia de temperatura entre los módulos templado y frío del Planck llega a ser de 300 grados.
¿Por qué es tan importante que los detectores estén fríos? Para evitar que su propia emisión de calor tape la del cielo. La labor de Planck es detectar las irregularidades en la radiación cósmica del fondo de microondas, la primera luz que viajó libremente por el espacio después del Big Bang; esas irregularidades pueden proporcionar gran cantidad de información sobre el pasado del universo, sobre el tipo de materia que lo compone o incluso sobre su destino -entre otras cosas-. En la práctica, esas irregularidades se traducen en diminutas variaciones de temperatura, de apenas millonésimas de grado, en la radiación de fondo. Detectar algo así es comparable a medir desde la Tierra el calor producido por un conejo en la Luna. Así pues, dada la extrema sensibilidad exigida, bastaría que un detector se calentase una millonésima de grado para estropear la misión.
La más sofisticada
Ha habido otras misiones para estudiar la radiación de fondo de microondas, pero ninguna tan sofisticada como Planck, que podrá extraer 15 veces más información de la radiación cósmica de fondo que WMAP.
Unos 60 días después del lanzamiento, y tras unas pocas maniobras, Planck alcanzará su órbita operacional en torno a un punto en el espacio (el segundo punto de Lagrange, o L2), situado a 1,5 millones de kilómetros de distancia de la Tierra en dirección opuesta al Sol. Una vez en su destino, Planck tendrá una vida operacional mínima de 15 meses, durante los cuales completará dos barridos completos del cielo.
A lo largo de este tiempo, el papel de la Oficina de Ciencia de Planck, en ESAC, será crucial. Nuestro trabajo, además de coordinar los equipos de los instrumentos de Planck, consiste en preparar la "agenda de observación" del telescopio, colaborar en el procesado de los datos y dirigir el calibrado de los instrumentos. También se archivarán en ESAC los datos científicos obtenidos por Planck, de forma que toda la comunidad científica pueda acceder a ellos.
Ahora sólo falta tener los datos ya en la mano, para avanzar más en nuestra comprensión de cómo empezó todo.
GERARDO A. ROMERO LUNA
C.I:17.207.444
CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA
III PARCIAL
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