Mapas, mapas. Son necesarios para saber a dónde vamos, o dónde está un lugar en concreto. Este concepto no sólo es válido en Tierra, también allí arriba porque, ¿cómo apuntarían los telescopios, entonces? Sí, y es hora de compilar uno nuevo.
¿Por qué la NASA se dispone a elevar un nuevo telescopio infrarrojo de cartografía? ¿Los mapas de WISE no sirven para nada? Preguntas válidas, no cabe duda, preguntas que tienen su respuesta. Sí, los mapas actuales siguen siendo válidos, y nuestra protagonista de hoy pretende crear uno muy distinto a todo lo que ya tenemos.
Da lo mismo que sea en nuestro sistema solar, o esté tan lejos como el mismo Big Bang. Todos los objetos emiten, o reflejan, la luz. Es de sobra conocido. Y esta luz sirve no sólo para encontrarlos, también para saber cómo son. Esta técnica la usamos en las superficies planetarias y lunares, en atmósferas, así como en estrellas, nebulosas, supernovas, galaxias, incluso en el espacio aparentemente vacío. Y nos informa de lo que existe por allí. Lo que no hemos hecho, hasta ahora, es compilar un mapa de TODA la bóveda celeste de esta manera. Es hora de rectificarlo.
Perteneciente a la familia de misiones MIDEX del programa Explorer de la NASA, el observatorio SPHEREx (Espectro-Fotómetro para la Historia del Universo, Época de la Reionización y Explorador de Hielos) es un satélite de diseño simple pero de potentes prestaciones, más que capaz de cumplir con su misión de manera sumamente eficaz. Una misión más que anticipada.
Desarrollada por la firma BAE Systems (anteriormente Ball Aerospace) se ha dado con un diseño de lo más peculiar. A primer golpe de vista bien parece un megáfono que apunta al techo, pero uno de 2.6 metros de alto y 3.2 tanto de ancho como de fondo. Como misiones anteriores (véase WISE o IXPE) emplea la plataforma común BCP-100 de la serie BCP-Small, pequeña pero fiable, y con todo lo necesario para funcionar. A ver, no vamos a presumir que conocemos el satélite hasta el última tornillo (ya nos gustaría) pero sí lo suficiente como para que os hagáis una idea. Por ejemplo, es típico de los satélites de órbita terrestre cuenten con sistemas de comunicaciones duales, y SPHEREx no es una excepción. Equipa un sistema de banda-S para recepción de comandos y transmisión de telemetría, contando con dos antenas omnidireccionales y una tercera ubicada en la parte inferior de la plataforma, de mayor ganancia. Para transmitir datos científicos, sin embargo, se recurre a un sistema de alto rendimiento que usa banda-Ka, conectado a dos antenas tipo cuerno, también alojadas en la parte inferior. Es indicativo del gran volumen de datos que generará. Más a simple vista se ve que usará el Sol como fuente de energía, con un único panel solar rectangular de 2.67 x 1.02 metros (en cuyos extremos se sitúan las antenas omnidireccionales) que alimenta los sistemas de a bordo y carga la batería del satélite. Y, naturalmente, está estabilizado en sus tres ejes, usando lo básico: unidad de medición inercial, escáneres estelares, ruedas de reacción más sistemas de des compensación magnética... Y un sistema termal más bien pasivo. Para cumplir su misión cuenta con un único telescopio. Es compacto pero diseñado para un alto rendimiento. Es de tipo reflector, anastigmático de tres espejos de aluminio, con un espejo primario de veinte centímetros de apertura (f/3). Se ha diseñado para carecer de partes móviles, de modo que la discriminación se realiza mediante un divisor de haz dicrótico y los filtros empleados. Como otros instrumentos, muchos planetarios, esta configuración permite un diseño compacto y simple, si bien dobla la cantidad de planos focales, que en realidad no es un problema. Así, el divisor dicrótico resulta opaco a las longitudes de onda infrarroja hasta los 2.6 micrones, siendo transparente a las más largas hasta los 5.3 micrones. Cada plano focal se ha optimizado para sus rangos de visión, si bien son virtualmente idénticos. Herencia del telescopio James Webb, cada plano focal cuenta con tres detectores de mercurio-cadmio-telurio de gran formato (2048 x 2048 píxels cada uno) en una configuración de uno por tres. Lo importante se sitúa, sin embargo, sobre cada detector. Para la verdadera discriminación de longitudes de onda se emplea la tecnología de los filtros lineales variables, en esencia una placa en la que se sitúan los distintos filtros. Una tecnología adaptada de instrumentación planetaria como el sistema Ralph/LEISA a bordo de New Horizons, entre otras. Esto significará que SPHEREx realizará espectroscopia de imágenes a la hora de compilar sus mapas del cosmos. Cada uno de los filtros registra diecisiete longitudes de onda, por lo que en total será capaz de registrar un total de ciento dos bandas espectrales de forma simultánea (0.75-2.44 micrones un plano focal; 2.40-5.01 micrones el segundo), a diferencia de las cuatro de su antecesor WISE. Esto lo convierte en un explorador hiperespectral del cielo. Pero para que este sistema rinda, se necesita, por obligación, una forma de refrigerar el sistema. Como toda misión infrarroja, las señales procedentes de la Tierra, del Sol, y del mismo satélite, pueden abrumar a los detectores, dejándolos inservibles. Si bien misiones anteriores empleaban métodos activos con criostatos rellenos de helio líquido superfluido, o criorefrigeradores mecánicos, el sistema de SPHEREx es totalmente pasivo. Para empezar, el telescopio (que no apunta en la vertical, sino que esta levemente inclinado para poder cubrir toda la bóveda celeste) se asienta sobre una serie de puntales que lo alejan de la parte superior del bus. Como segunda medida se ha incorporado lo que en el proyecto llama radiadores de ranura en V, que se trata, en realidad, de tres series de espejos, unos sobre otros, dando la impresión que parecen paraguas invertidos. Se ubican entre la carcasa del telescopio y los puntales. Y para terminar, los escudos de fotones. De forma cónica, cada uno tiene un grosor de 19 mm, y en virtud de los espacios entre ellos, el calor que sacan los radiadores los escudos lo redirigen hacia el espacio. Su tamaño total es de 1.7 metros de alto y 3.2 de ancho. Se ha usado aluminio en ellos, con un núcleo en panal de abeja y láminas sólidas exteriores, y el cono más exterior pintado de blanco para reflejar la luz y el calor del Sol. Todo este sistema sirve para reducir la temperatura de los planos focales hasta los -210°C. Una vez en configuración de lanzamiento, el observatorio desplaza una masa de 502 kg.
SPHEREx es la carga útil principal de un lanzamiento dual, puesto que la misión solar PUNCH y sus cuatro minisatélites compartirán cofia. Y el responsable del vuelo será el Falcon 9, desde la base de Vandenberg en California, usando una primera etapa, la B1088, que solamente ha volado dos veces con anterioridad. El despegue está fijado para el día 27 y, una vez completado el proceso, el observatorio orbitará nuestro planeta en una trayectoria polar, sincrónica solar sobre el terminador terrestre a una altitud de 650 km.
En cuanto se haya establecido contacto con SPHEREx y esté en una actitud estable, comenzarán los treinta días de la verificación, el enfriamiento de los detectores y la expulsión de la cubierta de la apertura del telescopio. Se calibrará todo antes de iniciar una tarea primaria que durará veinticinco meses.
SPHEREx se ha diseñado para ser capaz de, a lo largo de su misión, compilar hasta cuatro mapas de todo el cielo, así como dos exploraciones profundas de los polos y de la eclíptica. Como otras misiones semejantes, aprovechará su propia órbita, más el movimiento de la Tierra alrededor del Sol para compilarlos, pero también empleará movimientos propios para captar en profundidad cada uno de los objetos que entren en su campo de visión. Así, por ejemplo, cuando la galaxia de Andrómeda aparezca, SPHEREx maniobrará con sus ruedas de reacción para barrer, de un extremo al otro, la galaxia y así cubrirla por completo a lo largo de todo su espectro. Con este método y con su configuración, resulta obvio que generará en solo una órbita gran cantidad de datos: en total, serán seiscientas exposiciones al día, es decir, hasta tres mil seiscientas imágenes por detector. Por ello, cuenta con potentes algoritmos de compresión y reducción de datos de a bordo para, de este modo, reducir el volumen de información a transmitir.
Aparte de la tarea de compilar mapas de la bóveda celeste que se puedan usar para otras misiones, SPHEREx cuenta con tres objetivos que busca responder. El primero es de naturaleza cosmológica: restringir la física detrás del suceso denominado Inflación Cósmica midiendo sus huellas en la distribución tridimensional de las galaxias, su materia. La Inflación ocurrió apenas un parpadeo después del Big Bang, y supuso la expansión, repentina y masiva, del cosmos. Al observar el infrarrojo, rastreará estas señales hasta donde pueda, y como, debido a la expansión cósmica, muchas galaxias están tan lejanas que los cálculos de distancia sólo se pueden hacer en esta longitud de onda, creará de este modo un mapa en 3D de la distribución de las galaxias, lo que permitirá localizar las señales de la Inflación. El segundo podríamos calificarlo de arqueología cósmica: rastrear la historia de la producción de luz galáctica usando mediciones profundas multibanda a gran escala. Básicamente, trazará una historia de la evolución de las galaxias partiendo de la luz que emiten. Porque SPHEREx es también un fotómetro, medirá la cantidad de luz que cada galaxia emite o, para ser más concretos, ha emitido para cuando nos ha llegado. Misiones anteriores lo han hecho, pero con una pequeña muestra representativa y extrapolando los resultados globalmente. SPHEREx lo hará a escala global, permitiendo encontrar, así, fuentes de luz perdidas o, para ser más exactos, escondidas, delatando galaxias lejanas o estrellas situadas en los límites de sus galaxias. El tercer y último objetivo versa sobre nuestra búsqueda actual de los ingredientes básicos de la vida: investigará la abundancia y la composición del agua helada y otros hielos biogénicos en paz primeras fases de la formación de discos estelares y protoplanetarios. Una primera búsqueda lo hizo en forma de gases en las nubes de formación hasta que, al no ver nada, se centraron en las partículas de polvo heladas, y ahí sí que sí, aunque en menor cantidad de lo esperado. Con los mapas de SPHEREx se espera encontrar y cuantificar todo ingrediente para la formación planetaria, en especial esperando descubrir lugares en los que podrían formarse planetas similares a la Tierra, y en los que podría formarse la vida. Así, por toda la Vía Láctea. Al final de su tarea principal, se espera fusionar cada uno de los mapas para formar un enorme catálogo de fuentes en alta resolución, alta exactitud, gran profundidad, y abierto a cualquiera. Incluso sus datos tendrán aplicación al sistema solar, puesto que se prevé que miles y miles de asteroides pasen por su campo de visión, muchos de ellos nunca explorados espectroscópica mente hablando.
Misión pequeña, tarea colosal. Ya estamos esperando las coloridas imágenes que nos entregará, y la información tan fascinante que generará. Sólo nos queda decir: A por ello.