El arte de contar estrellas

Si es de noche, os invitamos a salir al balcón (si es que tenéis), dirigid vuestra vista al cielo, y empezar a contar. Si estás en una ciudad serán pocas las que puedas distinguir. Si estás en un pueblo, aparecerán sin duda más. Ahora, si estás lejos de toda fuente de luz artificial y echas una mirada al cielo nocturno, contemplarás posiblemente uno de los mayores espectáculos que nuestro planeta puede dar. Es en ese momento en el que te sugeriríamos que empezaras a contar estrellas. Seguro que nos mandarías a paseo, dando la tarea por imposible. Eso no impidió que algunos de los más celebres sabios de la antigua Grecia se pusieran a la tarea.

Actualmente se necesitan mapas de absolutamente todo. En cuanto al sistema solar, gracias a los vehículos espaciales tenemos mapas completos de Mercurio, Venus, la Luna, Marte, los asteroides Eros, Itokawa y Vesta, los satélites galileanos de Júpiter, los satélites principales de Saturno, además de tener cartografías parciales de varios asteroides, así como de varios satélites de Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. ¿Pero qué hay del cielo? Obviamente, para que los astrónomos sean capaces de encontrar un objeto celeste deben tener mapas del cosmos. Así, tenemos mapas del cielo en ondas de radio, microondas, infrarrojo, ultravioleta, rayos X y rayos Gamma. Solo falta un hueco que cubrir: la longitud de onda visible.¿Lo que nuestros ojos pueden ver es solo una pequeñísima porción de todo el espectro electromagnético, pero aún así esta es una sección muy importante del mismo. No solo nos permite ver las estrellas, sino que también podemos obtener información útil sobre ellas. Además, la posibilidad de colocar las estrellas en su posición correcta es tremendamente importante, ya que esto permite a los astrónomos guiarse por la bóveda celeste en busca del objetivo deseado, ya sea una estrella, una nebulosa, una galaxia, y así podríamos estar durante bastante rato.

El primero que compiló (que se sepa) un mapa de las estrellas fue Hiparco de Nicea, determinando la posición de alrededor de mil estrellas en el firmamento. A partir de este primer mapa empezaron a llegar otros más completos, siendo los realizados por los astrónomos musulmanes los más completos, a lo que hay que decir que buena parte de las estrellas que dan forma a las constelaciones conservan los nombres que recibieron en esta época. Tras la invención del telescopio, fue posible encontrar estrellas cada vez más débiles, lo que complicaba en gran medida la tarea. Cualquiera podría pensar que tras el comienzo de la era espacial estos mapas se han generado como churros, pero la verdad es que todo lo contrario. Hasta la fecha, solo ha existido una misión cuyo encargo fue el de realizar el primer gran censo del cielo.

La mítica misión HIPPARCOS, de la Agencia Europea del Espacio, fue lanzada en 1989, y estuvo funcionando hasta 1993. Como resultado de su magnífica misión, actualmente tenemos los más precisos catálogos de las 120.000 estrellas más brillantes y cercanas a la Tierra (el llamado Catálogo Hipparcos), y otro más tosco con alrededor de dos millones de estrellas (el Catálogo Tycho) realizado a partir del escáner estelar del observatorio. Estos catálogos, además de servir de ayuda para los astrónomos, sirvieron para crear toda una nueva generación de escáneres estelares para vehículos espaciales, introducida a partir de la década de 1990. El asunto ahora es que la tecnología mejora que es una barbaridad, y desde HIPPARCOS a esta parte, los medios de detección y análisis han avanzado de tal manera que estos catálogos, aunque revolucionarios en sus días, podría decirse que se han quedado hasta cierto punto obsoletos.

Antes de continuar, hay que detenerse para intentar explicar dos términos que van a ser recurrentes en el resto de la entrada. Uno es astrometría, el otro, paralaje. En resumidas cuentas, la astrometría es la rama de la astronomía encargada de cartografiar el cosmos en busca de todos los cuerpos celestes existentes, es decir, localizar cada cuerpo y determinar sus características. El paralaje es otra historia. Es

el único método existente para calcular la distancia de una estrella con respecto a la Tierra. Teniendo en cuenta que la Tierra rodea al Sol, sabemos que a medida que transcurre el año el aspecto de la bóveda celeste cambia. De esta manera, si podemos observar una estrella en verano, y otra vez en invierno, su posición en el cielo cambia, aunque realmente quien se mueve somos nosotros. Lo que ocurre es que entre una época y otra nuestro planeta está en lados opuestos de su órbita. El fenómeno que aprovechó Hiparco fue que mientras el fondo de estrellas parecía no variar, una estrella se desplazaba leve pero notoriamente a medida que la Tierra viaja por su órbita. A base de calcular este desplazamiento en contra del fondo estelar, fue capaz de calcular su distancia a nosotros. Desde el espacio el método es perfectamente aplicable. Cuanto mayor sea el paralaje, menor será la distancia de una estrella con respecto a nosotros. Este fenómeno podéis reproducirlo vosotros con algo tan sencillo como mantener un dedo delante de la cara y, alternativamente, cerrar un ojo u otro. Así, mientras lo que tengas al fondo no cambia su posición, el dedo parece que se ha movido, pero no es así. En resumidas cuentas, esto es.

En la década anterior, aparecieron dos proyectos con el propósito de ir más allá de HIPPARCOS. Uno de ellos provenía de la NASA. Adscrito al programa Explorer, respondía al acrónimo de FAME (Explorador de Cartografía Astrométrica de Todo el cielo). El segundo, de la ESA, bajo el nombre de GAIA (Interferómetro Astrométrico Global para Astrofísica) comprendía la colocación de varios observatorios idénticos para ampliar la visión y así obtener una precisión revolucionaria. Por desgracia, avatares económicos golpearon ambos programas: FAME fue cancelada en enero del 2002 por pasarse del presupuesto, mientras que GAIA, aunque se mantuvo, fue reducida enormemente porque el plan original era extremadamente ambicioso para el presupuesto del proyecto. Desde entonces, la gente de la misión ha trabajado duro para conseguir los objetivos originales del proyecto con un único observatorio, y si todo va bien, pronto le tendremos en el espacio.

El resultado final es uno de los artefactos espaciales más complejos fabricados hasta la fecha. Gaia es un observatorio de forma cilíndrica de 4 metros de altura y 3 metros de diámetro. Está formado por dos secciones, una encima de la otra. En la sección inferior se encuentra el módulo de servicio, donde se sitúan todos los sistemas principales de funcionamiento (ordenador y almacenamiento, sistema de control de actitud, propulsión, generación de energía, comunicaciones y control termal) mientras que en la zona superior está el módulo de equipo, con todo el complejo del instrumental científico. El módulo de servicio es una estructura cónica hexagonal de aluminio con paneles de plástico reforzado y fibra de carbono que concentra en su interior todos los sistemas de a bordo. Además, alrededor del borde inferior de este módulo se encuentra el gran escudo solar desplegable de 10 metros de diámetro elaborado mediante capas de material aislante multicapa, que contiene además parte de los paneles solares que proporcionan electricidad al observatorio. Esta configuración recuerda a la utilizada por el observatorio de microondas de la NASA WMAP. Comunica

con Tierra mediante un sistema sintonizado en banda-X, empleando principalmente una antena de conjunto de fase en forma de disco, direccionable electrónicamente, situada dentro del anillo de soporte a la última etapa del lanzador. Además de este dispone de un sistema de baja ganancia para recibir comandos del centro de control y para emitir cerca de la Tierra o en modo seguro. El ordenador se basa en el modelo ERC-32 y concentra en él todas las operaciones de a bordo en buses separados, uno para el control del módulo de servicio y otro para el módulo de equipo, mientras que la información adquirida por su sistema científico acaba en un grabador de estado sólido de 960 Gb., totalizando 240 módulos de SDRAM de 4 Gb. cada uno. Como ya hemos visto, la energía eléctrica se basa en paneles solares y baterías. En total Gaia dispone de hasta 12.8 metros cuadrados de superficie recolectora, de los cuales 7.3 están unidos a la parte trasera del módulo de servicio y los restantes 5.5 en el escudo solar desplegable en el mismo plano de los paneles solares fijos, y alimentan una batería de ion-litio. En principio, el vehículo estará estabilizado en sus tres ejes usando un par de escáneres estelares, tres sensores solares de adquisición, unidad de medición inercial, así como el sistema de micropropusión de gas frío, pero su método de trabajo provocará que Gaia rote sobre sí mismo una vez cada seis horas, completando cuatro al día. Para correcciones de rumbo y entrada en órbita en su zona de trabajo emplea ocho propulsores de combustible químico En cuanto al módulo de equipo, se encuentra dentro de una cubierta termal, y concentra dos sistemas telescópicos. Siguiendo el método empleado por HIPPARCOS, dispone de dos entradas ópticas separadas 106.5º. Cada entrada óptica alimenta un espejo rectangular de 1.45 x 0.5 metros, y después la luz se va desviando a través de un conjunto de telescopios secundarios hasta llegar a los dos últimos espejos en el que la luz de ambos telescopios se junta y acaba en el plano focal, proporcionando una longitud focal efectiva de 35 metros empleando hasta 10 espejos. En el plano focal se sitúa todo el sistema científico y los medios electrónicos para hacer un primer análisis y transmitir los datos al sistema de almacenamiento masivo, antes de su transmisión, además de eliminar el calor generado por los sensores. En total, el plano focal está poblado

por 106 CCD’s, de los cuales dos (WFS, Sensor de Onda Frontal) son empleados para monitorizar la estabilidad del ángulo básico de los dos telescopios y dos (BAM, Monitor de Ángulo Básico) para la calidad de los rendimientos ópticos, por lo que le quedan 102 para propósitos científicos. El plano focal de Gaia se le denomina la Cámara del millón de Pixels (1 Gigapixels), y se encuentra dividido en varias secciones. La primera es la de los Cartógrafos Estelares, totalizando dos columnas de siete CCD’s cada una, cada columna sirviendo a cada telescopio. Es en esta sección donde se detectan las estrellas y se rechazan las señales anómalas, además de permitir controlar el ratio de giro del observatorio. Una vez confirmadas las estrellas, estas pasan al Instrumento Astrométrico (ASTRO), que comprende nueve columnas, totalizando 62 CCD’s (el 63 es uno de los cuatro utilizados para mantener el alineamiento de los telescopios) en el campo astrométrico, con la labor de fijar la posición exacta (con una precisión impresionante) mediante el paralaje a base de observarlo hasta 70 veces durante todo el tiempo de su misión. Aquí se obtienen cinco parámetros astrométricos básicos: dos especificando la posición angular, dos especificando el movimiento propio y el último especificando la distancia de la estrella mediante el paralaje. Después pasa al campo Fotométrico, donde la estrella es analizada espectroscópicamente por primera vez. La primera columna corresponde al BP, Fotómetro Azul, la segunda al RP, Fotómetro Rojo. En esta sección las estrellas son clasificadas por color, luminosidad, temperatura, masa, edad y composición química, a través de espectros de baja resolución. Además de servir a este propósito, el análisis espectral permitirá corregir los desplazamientos cromáticos inducidos por las condiciones de cada estrella provocados por el paso por el campo astrométrico. Para obtener lecturas lo suficientemente claras, enfrente de los CCD’s del Campo Fotométrico se han montado un par (uno por telescopio) de prismas de silicio fundido para dispersar la luz adquirida antes del escaneo. Cuando abandona esta zona, acaba en la última, el Campo Espectroscópico, que comprende tres columnas de cuatro CCD’s cada columna, formando el RVS, Espectrómetro de Velocidad Radial. Aquí las estrellas son analizadas mediante espectros de alta resolución en una franja estrecha de infrarrojo cercano para hacer un estudio del desplazamiento Doppler de las líneas espectrales para añadir la tercera dimensión a las mediciones realizadas anteriormente. Todo el conjunto del módulo de equipo está colocado en una estructura fabricada en carburo de silicio, material prácticamente indeformable a causa de los cambios de temperatura para mantener así un entorno extremadamente estable y evitar pérdidas de alineamiento de los telescopios. A su vez, gran parte del plano focal también está elaborada en el mismo material, para evitar deformaciones y además mantener una masa ligera para todo el conjunto. Una vez a plena carga, Gaia dará un peso en báscula de 2.029 kg.

El lanzamiento se realizará desde el CSG de Kourou, Guayana Francesa, desde la sección rusa del Centro de lanzamiento, a bordo de un Soyuz-STB con una etapa superior Fregat-MT. Recordemos que el lanzador Soyuz es el cohete más veterano actualmente en servicio, y es el único cualificado actualmente para enviar astronautas al espacio. Si no hay contratiempos, el 19 de diciembre comenzará el viaje.

El destino de Gaia es una órbita tipo Lissajous en torno al punto lagrangiano L2, a 1.5 millones de kilómetros más allá de la Tierra. Desde allí disfrutará de una región libre de eclipses (ocupada por varios vehículos en los últimos años) y visión continua de la Tierra. Después de aproximadamente un mes de viaje, este curioso vehículo alcanzará su órbita de trabajo. Una vez certificado para operar, el objetivo principal es realizar un mapa extremadamente preciso de aproximadamente mil millones de estrellas en tres dimensiones, es decir, el 1% de todas las estrellas de la Vía Láctea. Pero no se quedará allí. A través de sus mediciones podrán realizarse otro tipo de observaciones: desde su posición privilegiada será capaz de detectar y analizar los movimientos de un montón nuevo de asteroides que se encuentran entre el Sol y la Tierra, una zona no investigada en esos aspectos, lo que permitirá encontrar peligrosos asteroides NEO’s. Los asteroides troyanos también podrán ser parte de su especialidad. También los cometas entrarán en su

campo de visión, no solo detectándolos y calculando sus trayectorias, sino que su capacidad de observar todo lo que está alrededor del sistema solar en 500 años luz a la redonda se podrá completar un estudio acerca de qué estrellas han pasado relativamente cerca de nosotros y provocado que varios de estos cuerpos originarios de la nube de Oort viajen hacia el interior del sistema solar. Pero la guinda del pastel será sin duda la capacidad de encontrar sistemas extrasolares. Como podrá observar casi continuamente amplias secciones del cielo, será capaz de detectar ciertos “bamboleos” de una estrella provocados por los planetas que los rodean. Este método es el primero que se empleó para detectar exoplanetas, y se le llama rastreo por velocidad radial, y será completado por el RVS. Actualmente hay aproximadamente unos 700 exoplanetas encontrados, aunque muchos se concentran en una zona muy pequeña del espacio, que es la que ha estado analizando el cazador de planetas Kepler de la NASA. A base de hacer un reconocimiento general por los alrededores podrá encontrar una enorme cantidad de nuevos planetas extrasolares de todos los tipos y tamaños, ampliando enormemente nuestros conocimientos sobre la formación y evolución del cosmos. Su misión primaria durará cinco años.

Se espera que en un día de trabajo Gaia genere aproximadamente 50 gigabytes de información. Toda esta información será analizada y comprimida a bordo, y transmitida a las antenas de seguimiento de la ESA en New Norcia (Australia) y Cebreros, cada día durante aproximadamente 8 horas. La combinación de su potente transmisor y su antena de alta ganancia electrónicamente direccionable permitirá un ratio de descarga de 5 megabits por segundo. Toda la información que genere este potentísimo observatorio (más de un millón de gigabytes) será completamente procesado y archivado en el Centro de Astronomía Espacial de la ESA (ESAC) situado en Villanueva de la Cañada, donde también está guardada la información de anteriores observatorios como ISO, XMM-Newton o Herschel. El resultado final de esta misión se espera que se publique en el año 2020.

La tarea es enorme, de proporciones cósmicas, pero en fin, ya se hizo antes, y se hará en poco tiempo. La astronomía está de enhorabuena. Quién sabe qué cosas nuevas nos permitirá descubrir Gaia. Lo que es seguro es que intentaremos estar aquí para relatarlo.