1. INTRODUCCIÓN.
  2. INSTRUMENTAL ELÉCTRICO Y DE COMUNICACIONES.
  3. INSTRUMENTAL CIENTÍFICO DEL HUBBLE.

INTRODUCCIÓN

El telescopio espacial Hubble constituye un verdadero observatorio multidisciplinario. Las aplicaciones científicas de su dotación instrumental cubren por ello una gran gama de aplicaciones. Las observaciones realizadas por medio del HST tendrán seguramente un profundo impacto sobre casi todos los campos de la astronomía moderna. Como es obvio, los resultados más interesantes serán aquellos que constituyan descubrimientos completamente inesperados.

Las imagenes de Júpiter y Saturno obtenidas por medio de las cámaras WF/PC II y FOC serán de calidad comparable a las de la sonda Voyager y nuestra visión de los planetas más externos, Urano y Neptuno, será comparable a las mejores imágenes que se han obtenído en Tierra de Júpiter y Saturno. Los accesorios cronográficos del FOC permitiran la detección directa de planetas extrasolares y nebulosas protoplanetarias. Las imágenes de galaxias cercanas, como la de Andrómeda, que obtenga el HST, mostrarán detalles comparables a las mejores visiones de las Nubes de Magallanes desde telescopios terrestres. Esto último permitirá realizar por primera vez un estudio sobre las poblaciones estelares de las galaxias más cercanas.

Al poder obtener espectros en el ultravioleta de mucha mayor calidad y de objetos mucho más débiles de lo que había sido posible hasta ahora, los espectrógrafos del FOS y del GHRS permitirán dar continuidad a la impresionante serie de descubrimientos llevados a cabo por el satélite IUE. Las observaciones de estrellas de nuestra propia galaxia sin duda abrirán la puerta a grandes avances en nuestra comprensión de las atmósferas y cromosferas de las estrellas y del viento estelar. El GHRS también podrá ser usado extensamente en el estudio del tenue gas presente en el espacio interestelar e intergaláctico.

El fotómetro de alta velocidad será utilizado, entre otras cosas, para intentar detectar variaciones extremadamente rápidas en la luz emitida por objetos compactos, como sistemas binarios con una estrella de neutrones y posibles agujeros negros. Sin duda será utilizado para estudiar el púlsar recién nacido de la explosión de la Supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes.

Otra tarea emocionante para el Hubble, que requerirá del uso de todos sus instrumentos científicos, es la de desvelar lo que ocurre dentro de ciertas galaxias que muestran una actividad violenta en su nucleo y dentro de los aún poco conocidos quásares. Una teoría extendida mantiene que las enormes emanaciones de energía observadas en estos cuerpos nace de la liberación de energía gravitacional por parte de una materia -estrellas y gases- atraída hacia los gigantescos agujeros negros escondídos en el centro de estas galaxias activas. La gran definición del HST hará posible comprobar estas ideas al proporcionar imágenes de regiones más cercanas a los hipotéticos agujeros negros.Será también posible estudiar las galaxias-huésped que se supone rodean a los quásares más brillantes y lejanos, para lo que puede ocultarse la imágen del quásar con los "dedos" del coronógrafo. Y aún otras predicciones de la teoría del agujero negro en acreción podrán ser comprobadas estudiando el espectro ultravioleta de los quásares por medio de los espectrógrafos FOS, GHRS y FOS.





INTRUMENTAL ELECTRICO Y DE COMUNICACIONES

El HUBBLE no está todo el tiempo observando; también es necesario que sobre él se realicen funciones de "mantenimiento interno del sistema". Estas funciones incluyen el posicionamiento del telescopio hacia un nuevo objetivo, su reposicionamiento para evitar el brillo del sol o de la luna, el control de las conmutaciones en los modos de transmisión de datos y de las antenas de comunicación, recepción de los comandos de la estación terrena de control,realización de operaciones de calibración, etc.

El HST es controlado por el Space Telescope and Science Institute (STScI) en la Universidad John Hopkins en Baltimore, Maryland. Hay unos 300 trabajadores en el Goddard Space Flight Center, que comanda al HST basandose en las decisiones del STScI.

Cada acción a realizar sobre el telescopio es traducida a una serie de comandos que son transmitidos a las computadoras del telescopio y son linkados varias veces al día para mantener su operatividad en perfectas condiciones.

Pueden ser almacenadas más de 24 horas de comandos en las computadoras de abordo. A su vez, los datos del Hubble pueden ser transmitidos por difusión directa hacia las estaciones terrenas con un régimen de 1MegaBit/seg o almacenados en cintas de abordo y transmitirse más tarde.

Uno de los instrumentos más delicados de la parte eléctrica del Hubble son los paneles solares, aportados en colaboración por la ESA. El rendimiento de estas placas solares, encargadas de convertir la luz solar en electricidad, disminuye con el tiempo debido a los efectos de la radiación, el bombardeo de micro meteoros y la fuerte variación de temperatura a la que serán sometidas al pasar repetidas veces de laluz solar a la sombra terrestre. Estos factores deterioran las conexiones eléctricas, restringientdo así la vida útil de los paneles a sólo cinco años. Por ello, estas placas solares se diseñaron pensando en facilitar su sustitución en órbita.





INSTRUMENTAL CIENTIFICO DEL HUBBLE

El telescopio espacial HUBBLE ha representado un salto historico para la astronomía óptica y ultravioleta.

La región del ultravioleta es una "mina de oro" para obtener valiosos datos astronómicos. Los más comunes elementos en el universo, a saber: hidrógeno, helio, carbón, nitrógeno, oxígeno y silicio tienen todos marcas espectrales en la banda del ultravioleta.

El HUBBLE es el único observatorio espacial que puede tener una vista de cualquier objeto en el cielo sea cual sea su posición siempre y cuando no sea escondido por el sol o la luna.

Los instrumentos científicos principales del HUBBLE son:
  1. WIDE FIELD/PLANETARY CAMERA 2: Cámara 2, planetaria y de campo ancho.
  2. CORRECTIVE OPTICS SPACE TELESCOPE AXIAL REPLACEMENT (COSTAR).
  3. FAINT OBJECT CAMERA (FOC) : Camara de objetos casi invisibles.
  4. FAINT OBJECT SPECTROGRAPH (FOS) : Espectrógrafo de objetos casi invisibles.
  5. GODDARD HIGH RESOLUTION SPECTROGRAPH (GHRS): Espectrógrafo de alta resolución.
  6. HIGH SPEED PHOTOMETER (HSP): Fotómetro de alta velocidad.
  7. FINE GUIDANCE SENSORS (FGS): Espectrógrafo de alta resolución.
  8. INSTRUMENTAL ÓPTICO


Cuando es posible dos instrumentos científicos son usados simultaneamente para observar regiones adyacentes del cielo. Existe la posibilidad de estar presente durante la observación, implementandose un determinado número de comandos en el control del Hubble, capaces de ejecutarse en tiempo real mientras se produce dicha observación; esto es posible siempre y cuando la estación de control tenga el software en condiciones operativas. De cualquier forma un control espontaneo no es posible.

Otro dato interesante del instrumental científico del Hubble es su consumo: Cada uno de los aparatos e instrumentos individualmente no consume más de 150 watios.


WIDE FIELD/PLANETARY CAMERA 2

(cámara 2 de campo ancho/planetaria).

Sustituyó a la Wide Field/Planetary Camera 1 (WF/PC1); dicho cambio tuvo lugar durante la misión de reparación y mantenimiento STS-61 en diciembre del 93, y fue desarrollada en 1985 por la Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California.

La WF/PC2 son realmente 4 cámaras en una, Sus espejos reflectores llevan incluida una aberración esférica para corregir la propia aberración esférica del espejo primario del observatorio, ya que el espejo primario del HUBBLE resultó 2 micras más plano de lo previsto en la zona de los bordes.

Este sistema es capaz de fotografiar hemisferios enteros de planetas en nuestro sistema solar. Además incorpora una gran variedad de filtros, prismas, rejillas y polarizadores.





CORRECTIVE OPTICS SPACE TELESCOPE AXIAL REPLACEMENT (COSTAR)

El COSTAR no es realmente un instrumento científico, sino un paquete óptico diseñado para corregir los efectos que produce la aberración en el espejo primario del HST, especialmente sobre los tres instrumentos científicos que lleva instalados: Faint Object Camera (FOC), Faint Object Spectrograph (FOS) y la Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS).
Fue instalado en diciembre del 93 durante la misión de servicio. STS-61.






FAINT OBJECT CAMERA (FOC)

(Cámara de objetos casi invisibles)

Esta cámara fue construida por la Agencia Espacial Europea (ESA), y es el único instrumento del Hubble que utiliza enteramente el potencial de resolución espacial del telescopio.

Puede operar en cuatro modos básicos:
  • Imagen directa a 2x
  • Imagen directa a 4x
  • Imagen directa a 12x
  • Modo espectrográfico de ranura larga.
  • Mientras que la WF/PC II suministra una imagen de una región "amplia" del cielo, sin aprovechar del todo la luz incidente, la FOC fue diseñada para explotar al máximo las capacidades extraordinarias del telescopio espacial, alcanzando la máxima resolución y sensibilidad posibles. Por otro lado la WF/PC II es más sensible en las regiones de onda más largas y la FOC, por contra, lo es en las regiones azul y ultravioleta del espectro. La FOC también incorpora un gran número de filtros, prismas y polarizadores, además de dos "dedos" coronográficos para bloquear la luz de las estrellas brillantes y poder así estudiar mejor su entorno.

    Por último decir que la FOC hace uso de dos detectores de luz independientes, consistentes en tuos intensificadores de tres etapas acoplados a cámaras de televisión. El sistema es tan sensible que es necesaria la presencia de numerosos filtros para evitar la saturación de los amplificadores.

    FOC ofrece diferentes relaciones focales: f/48, f/96 y f/288 sobre un formato de imagen estandar de televisión.

    Con la relación f/228 pueden conseguirse vistas de 3.6x3.6 segundos de arco con resoluciones, es decir tamaños de pixel, de 0.0072 segundos de arco.





    FAINT OBJECT SPECTROGRAPH (FOS)

    (Espectrografo de objetos casi invisibles).

    Permite el estudio frecuencial de las señales que provienen de objetos casi invisibles, lo que da pie a estudiar sus composiciones, temperaturas, velocidades radiales y rotacionales, campos magnéticos,etc. El rango espectral que permite el FOS es de 1150 Angstroms a 8000 Angstroms.

    El FOS utiliza dos grupos de 512 sensores de luz cada uno: El grupo "azul" es sensible de 1150 a 5500 Angstroms (del ultravioleta al amarillo), mientras que el grupo "rojo" es sensible de 1800 a 8000 Angstroms (algo mas del ultravioleta hasta el rojo).

    La luz entra al FOS a través de una de las 11 aperturas de tamaño 0.1 a 1.0 segundo de arco de diámetro.

    Uno de los principales objetos que permite estudiar este dispositivo con gran exactitud son las formaciones de gas presentes alrededor de las "gigantes rojas" de las casi imperceptibles galaxias alrededor de un quasar. Esto se puede hacer gracias a que el FOS puede bloquear la luz del centro del objeto que está observando.

    El FOS tiene dos modos de operación:

  • BAJA RESOLUCIÓN, donde pueden resolverse objetos muy pequeños pero con potencias relativamente altas.

  • ALTA RESOLUCIÓN, donde pueden resolverse objetos más grandes pero con menores potencias.





  • GODDARD HIGH RESOLUTION SPECTROGRAPH (GHRS)

    (Espectrógrafo de alta resolución).

    Su función principal es la de separar la luz en sus componentes espectrales para analizar las composicones, temperaturas, velocidades, y propiedades físicas de los objetos observados.

    Su funcionamiento se concentra exclusivamente en la banda de ultravioletas, teniendo la capacidad de resolver detalles espectrales extraordinariamente pequeños. Al igual que el FOS utiliza dos grupos de 512 sensores de cada uno, que son "ciegos" a la luz visible y por el contrario sí detectan la radiación ultravioleta.

    Las dos bandas principales de observación van de 1050 a 1700 Angstroms la primera y de 1150 a 3200 Angstroms la segunda.

    Para este instrumento tenemos tres modos de resolución: BAJO, MEDIO y ALTO.

  • BAJA RESOLUCION: Esta resolución supera la mejor que puede ofrecer el FOS. Puede resolver detalles en frecuencia de 0.6 Angstroms.

  • MEDIA RESOLUCION: En este modo podemos ver detalles en frecuencia de hasta 0.06 Angstroms, sin embargo, el objeto tiene que ser más brillante que en el modo de baja resolución para poder tener una adecuada relación señal/ruido.

  • ALTA RESOLUCION: Permite resoluciones de hasta 0.012 Angstroms, pero como es de suponer el objeto debe brillar por lo menos unas 100 veces más que en el modo de media resolución.




  • HIGH SPEED PHOTOMETER (HSP)

    (Fotómetro de alta velocidad).

    Como todos los fotómetros se usa para medir con precisión la intensidad de la luz que llega. El HSP es el más sencillo de la primera remesa de instrumentos científicos del telescopio espacial. Carece de partes móviles y consiste en cuatro tubos disectores de imagen para contar fotones, un fotomultiplicador y más de cincuenta combinaciones filtro/apertura en el plano focal. Los distintos filtros cubren la gama de 115 a 700 nm. El HSP también puede medir la polarización de la luz y es capaz de detectar fluctuarciones rápidas en la intensidad de la luz, al medir los instantes de llegada de cada fotón con un precisión de más de 20 microsegundos.





    FINE GUIDANCE SENSORS(FGS)

    (Sensores para el guiado de precisión).

    Este instrumento está formado por tres sensores, que se situan en el borde mismo del plano focal del telescopio y son dispositivos interferométricos muy avanzados. A lo largo de una observación, los FGS se fijan en estrellas de guiado previamente seleccionadas de entre las que aparecen en el campo del telescopio y su misión consiste en efectuar loas ajustes necesarios para mantener el telescopio apuntantdo al objetivo con una precisión de 0,007''. Dado que sólo se necesitan dos interferómetros FGS para orientar al satélite en un momento dado, el tercero queda libre para medir las posiciones relativas de otras estrellas del campo. Se cree poder alcanzar una precisión de 0,002'' con la ayuda de este tercer interferómetro.





    INSTRUMENTAL ÓPTICO



    El telescopio espacial, propiamente dicho, es un reflector de 2,4 m. de diámetro con una longitud focal efectiva de 57 metros (es decir, f/24), conseguida doblando la trayectoria de la luz por medio de una configuración de sus elementos ópticos conocida como "Configuración Cassegrain de Ritchey-Chrétein". Los dos espejos del telescopio están recubiertos por una capa reflectante de fluoruro de aluminio y magnesio capaz de reflejar longitudes de onda entre 115 nanómetro y 1 mm. Los espejos han sido esculpidos con tal precisión que la forma real no se aparta de la teórica en más de 5 millonésimas de centímetro en ningún punto. Esto, junto con una estabilidad de dirección de unos 0,01 segundos de arco debería permitir al HST alcanzar una resolución de 0,1’’ de arco.

    El gran espejo primario (2,4m) del HST. La precisión de su forma es superior a 5 millonésimas de centímetro.