Herschel

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, 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.¹ El lanzamiento de cohete Ariane 5, previsto para el 2007 se llevó a cabo el 14 de mayo de 2009, sobre la plataforma de lanzamiento en la Guayana Francesa.

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, pesa 3.300 kg dimensión de 9m x 4m x 4m.). Este observatorio estaba 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 pesó unas 3,25 t. La mayor parte del peso de la sonda se debía 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.

El observatorio siguió funcionando a pleno rendimiento hasta el 29 de abril de 2013, al quedarse sin el líquido refrigerante necesario para mantenerse frío.

Los objetivos de la misión eran:

• 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 o 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 simultáneas, 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 o 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 está 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.

El 3 de julio de 2009, Planck ha alcanzado el punto de Lagrange L2 y fue colocado en un curso llamado órbita Lissajous. Las imágenes tomadas por Herschel mostraron complejas redes de filamentos de polvo y gas en nuestra galaxia. Estas observaciones excepcionales en los astrónomos infrarrojos lejanos proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo la ola de turbulencia del gas en el medio interestelar y dan lugar a estructuras filamentosas presentes en las nubes moleculares frías. Herschel podría incluir la presencia de la molécula de agua esencial para la vida tal como la conocemos en las nubes que contienen estrellas en formación, y los discos que contienen planetas.

29 de abril 2013, después de haber agotado sus 2.300 litros de agua (helio), Herschel ha completado sus observaciones de la misión Universo frío. “Herschel ha superado nuestras expectativas, que nos proporciona una extraordinaria riqueza de datos que van a ocupar los astrónomos durante muchos años”, dijo el Prof. Alvaro Giménez, Director de Ciencia y Exploración Robótica de la ESA.
Herschel ha realizado más de 35.000 observaciones científicas. Estos registros se almacenan en el Centro Europeo de Astronomía Espacial de la ESA, cerca de Madrid, España. “Herschel nos ha dado una nueva visión del universo, que nos muestra las cosas que estaban ocultas, como nunca antes visto proceso de nacimiento de las estrellas y la formación de las galaxias, y que nos ayuda a detectar la presencia de agua durante todo el universo, en las nubes moleculares como las nuevas estrellas y sus discos protoplanetarios y cinturones cometas “, dice Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel de la ESA. En mayo de 2013, Herschel fue impulsado en una órbita estable desechos alrededor del Sol donde permanecerá para el largo plazo.

El Ariane-5 despega con los satélites Planck y Herschel a bordo.

El Observatorio espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha estudiado 132 de los 1.400 objetos que se conocen más allá de la órbita de Neptuno, a unos 4.500-7.500 millones de kilómetros del Sol

Entre estos objetos transneptunianos, o TNO por sus siglas en inglés (Trans-Neptunian Objects), se encuentran cuerpos notables como Plutón, Eris, Haumea o Makemake, por citar algunos ejemplos de la extensa población de mundos fríos que habitan esta remota región de nuestro Sistema Solar.

Los TNO son especialmente fríos, con temperaturas del orden de los -230°C, pero es precisamente esta característica lo que ha hecho posible observarlos con Herschel, un satélite equipado con detectores en las bandas del infrarrojo lejano y de las ondas submilimétricas. Este observatorio espacial europeo registró la emisión térmica de 132 objetos transneptunianos durante sus casi cuatro años de misión.

Se piensa que son algunos de los objetos más primitivos que quedan de la era en la que se formaron los planetas

Este estudio hizo posible determinar las dimensiones y los albedos —la fracción de la luz visible que refleja su superficie— de los TNO, propiedades que serían muy difíciles de obtener por otros medios. Este gráfico presenta una comparativa de algunos de los objetos observados por Herschel, organizados para poner de manifiesto estas dos características.

La variedad entre los objetos transneptunianos

Lo que más llama la atención es su gran diversidad. El tamaño de los TNO oscila entre los 50 y los 2.400 kilómetros de diámetro, siendo Plutón y Eris los de mayor tamaño. Dos de ellos tienen una forma marcadamente ovalada: Haumea (representado en color blanco) y Varuna (marrón). Algunos de ellos incluso tienen su propio sistema de lunas (no representadas en esta imagen).

El estudio del albedo permite sacar conclusiones sobre la composición de sus superficies. Un albedo bajo (representado en marrón) indica que la superficie está formada por materiales oscuros, como compuestos orgánicos, mientras que un albedo alto (blanco) sugiere que está cubierta de hielo puro.

 Se piensa que los TNO son algunos de los objetos más primitivos que quedan de la era en la que se formaron los planetas. Los resultados del programa llamado “TNOs are cool: A survey of the trans-Neptunian region” se están utilizando para poner a prueba los modelos que describen la formación y la evolución del sistema solar.