ISO, observatorio espacial de rayos infrarrojos

Pr¨¢cticamente todas las ramas de la f¨ªsica moderna necesitan instrumentos para poder medir. Ninguna ley es aceptada bas¨¢ndose exclusivamente en hip¨®tesis, es precisa la comprobaci¨®n experimental.En el caso de la astrofisica, los instrumentos utilizados hasta hace unos pocos a?os adolec¨ªan de tres limitaciones fundamentales: las mediciones se realizaban en un solo hemisferio celeste, por razones de localizaci¨®n geogr¨¢fica en la Tierra; dichas mediciones depend¨ªan del ritmo diurno y nocturno, as¨ª como de las condiciones climatol¨®gicas, y aunque hubiera podido imaginarse un detector sensible a todas las radiaciones del espectro, la atm¨®sfera filtrar¨ªa amplias partes del mismo.

La energ¨ªa emitida por las estrellas, galaxias, nebulosas, cu¨¢sares, etc¨¦tera, es recibida por nuestros instrumentos en forma de energ¨ªa electromagn¨¦tica. Seg¨²n la moderna teor¨ªa cu¨¢ntica, los fotones, portadores de esta energ¨ªa, transportan una cantidad discreta de la misma que es proporcional a la frecuencia de la radiaci¨®n electromagn¨¦tica, siendo la constante de proporcionalidad h, o constante de Planck.

Toda la investigaci¨®n astrof¨ªsica est¨¢ basada en el estudio de estas radiaciones que llegan a la Tierra en todas las frecuencias del espectro. Sin embargo, la atm¨®sfera es un filtro que no deja pasar a muchas de estas frecuencias; as¨ª, por ejemplo, en la banda de ondas milim¨¦tricas y del infrarrojo, el vapor de agua y el anh¨ªdrido carb¨®nico no dejan pasar parte de dichas radiaciones. Hay unas cuantas ventanas relativamente estrechas y con grados de transparencia variables en las ondas m¨¢s cortas del infrarrojo, pero en general la absorci¨®n atmosf¨¦rica y la emisi¨®n t¨¦rmica de la misma imponen unas limitaciones muy severas para las medidas astron¨®micas en el rango de los rayos infrarrojos.

Con instrumentos instalados en aviones o globos que vuelan a gran altura se mejoran sensiblemente las observaciones, pero a¨²n las mediciones est¨¢n afectadas por la d¨¦bil atm¨®sfera remanente, y no es posible sacar el m¨¢ximo rendimiento de los detectores infrarrojos ultrasensibles de la nueva generaci¨®n. Est¨¢ claro, por tanto, que hay que instalar estos instrumentos en plataformas espaciales.

T¨¦cnicas para enfriar los instrumentos

Se dice que los a?os ochenta y noventa ser¨¢n las d¨¦cadas de la astronom¨ªa espacial infrarroja, pero, ?por qu¨¦ no fueron los a?os setenta, y s¨ª lo fueron de la astronom¨ªa espacial ultravioleta, rayos X y rayos gamina? La raz¨®n de ello es una simple dificultad tecnol¨®gica: en cualquiera de los rangos del espectro antes mencionado, los detectores pueden estar a temperaturas parecidas a las del ambiente de la superficie de la Tierra, excepto en el rango de rayos infrarrojos, donde para conseguir sensibilidades similares a las conseguidas con los instrumentos ¨®pticos o ultravioletas se requiere enfriar los instrumentos a temperaturas inferiores a 10? Kelvin (-263? cent¨ªgrados); de esta forma se pueden detectar niveles cercanos a los l¨ªmites de la radiaci¨®n de fondo zodiacal, solar difusa y del polvo interestelar.El enfriar los instrumentos a temperaturas tan bajas requiere unas t¨¦cnicas criog¨¦nicas muy sofisticadas, adem¨¢s de unos equipos voluminosos y pesados.

En los a?os ochenta se han dado los primeros pasos para resolver estos problemas t¨¦cnicos, y as¨ª, en 1983 fue lanzado el IRAS (Infrared Astronomy Satellite), patr¨®cinado por EE UU, Reino Unido y Holanda, cuya misi¨®n consist¨ªa en detectar el mayor n¨²mero posible de fuentes celestes de rayos infrarrojos y analizar con m¨¢s detalle las ya conocidas. La vida de dicho sat¨¦lite estaba limitada por la p¨¦rdida del l¨ªquido criog¨¦nico, helio l¨ªquido, que pod¨ªa durar unos ocho meses, pero, aun con esta corta vida, fue muy fruct¨ªfero, y entre otros muchos descubrimientos, hizo uno muy espectacular que le permiti¨® ser durante unos d¨ªas la vedette en toda la Prensa mundial: el descubrimiento del primer sistema planetario distinto del nuestro en la estrella Vega..

Los proyectos actuales en este campo

Despu¨¦s de este ¨¦xito, las grandes instituciones espaciales se han lanzado a proyectar sus propios instrumentos: as¨ª, el segundo laboratorio espacial tendr¨¢ su peque?o telescopio enfriado por helio l¨ªquido para estudiar regiones gal¨¢cticas; los alemanes occidentales est¨¢n desarrollando su GIRL (German Infrared Laboratory), que realizar¨¢ estudios fotom¨¦tricos y espectrom¨¦tricos en un laboratorio espacial, etc¨¦tera. De todos estos proyectos futuros cabe destacar el ISO (Infrared Space Observatory), que ser¨¢ un observatorio espacial desde donde los astr¨®nomos interesados podr¨¢n hacer observaciones de una forma similar a como las hacen en la actualidad desde un observatorio terrestre en el rango del espectro visible, o desde el observatoro espacial IUE en el rango del espectro ultravioleta.El lanzamiento de este observatorio est¨¢ previsto all¨¢ por el a?o 1992, mediante un cohete Ariane, y hasta entonces queda un largo camino por recorrer totalmente previsto por la Agencia Europea del Espacio (AEE), responsable del mismo. Est¨¢ concebido como una plataforma espacial, con todos los servicios propios de este tipo de artefactos: estructuras soporte, sistema de energ¨ªa, sistema de telemedida y telemando, sistema de control de ¨®rbita y asentamiento, y los dos sistemas m¨¢s importantes y sofisticados de este proyecto, como son el instrumento cient¨ªfico y el control t¨¦rmico.

El instrumento cient¨ªfico constar¨¢ de un telescopio Cassegrain (Ritchey-Chr¨¦tien) de 60 cent¨ªmetros de di¨¢metro, con una focal F=15.; el campo de visi¨®n ser¨¢ de unos 40 minutos, con una calidad de imagen de cinco micrones en el l¨ªmite de difracci¨®n; los espejos estar¨¢n enfriados a 10? Kelvin. Las partes fundamentales del sistema de control t¨¦rmico del instrumento ser¨¢n una pantalla reflectante para reflejar la mayor cantidad posible de energ¨ªa del Sol, y un criostato.

De este equipo, el criostato es posiblemente el m¨¢s cr¨ªtico del proyecto. ?l s¨®lo pesar¨¢ alrededor de una tonelada, de las casi dos toneladas que pesar¨¢ todo el sat¨¦lite (1.800 kilogramos), y tendr¨¢ dos compartimientos o botellas De ward, uno de 750 litros de hidr¨®geno l¨ªquido y otro de 750 litros de helio l¨ªquido superfluido, con los que se pretende conseguir una vida operacional de un a?o y medio por lo menos.

Las posibilidades de la astronom¨ªa infrarroja

?Qu¨¦ puede hacer la astronom¨ªa infrarroja que no pueda lograrse en los otros rangos? Mucho, y en casi todas las ¨¢reas; para el estudio de la composici¨®n qu¨ªmica de los planetas asteroides y cometas es esencial, ya que estos cuerpos son relativamente fr¨ªos y radian la mayor parte de su energ¨ªa en el infrarrojo; si existen mol¨¦culas org¨¢nicas o prebi¨®ticas, tendr¨¢n que descubrirse en este rango. Para determinar la naturaleza y f¨ªsica de las estrellas fr¨ªas es particularmente importante, ya que estas estrellas est¨¢n oscurecidas por polvo.Durante mucho tiempo se han elaborado teor¨ªas sobre la formaci¨®n de estrellas, pero se ha requerido la astronom¨ªa infrarroja y la radioastronom¨ªa para que estas teor¨ªas pudieran empezar a confrontarse con la realidad experimental y, como suele suceder en todos los campos experimentales, se han generado nuevas ideas que han dado lugar a la b¨²squeda de objetos fascinantes, tales como nubes moleculares, fuentes maser y nidos de estrellas en formaci¨®n.

El polvo y materia interestalar requiere tambi¨¦n de este campo de la astrof¨ªsica para poder determinar sus propiedades f¨ªsicas y qu¨ªmicas. Pero donde quiz¨¢ es absolutamente imprescindible la observaci¨®n infrarroja es en la cosmolog¨ªa, por dos razones: Primero, porque los objetos luminosos m¨¢s activos conocidos en el universo radian la mayor parte de su energ¨ªa en este rango, y segundo, porque en cualquier objeto luminoso observado a distancias c¨®smicas, la frecuencia de su energ¨ªa radiada tiene, por efecto Doppler, -un desplazamiento hacia el rojo e infrarrojo.

Podr¨ªa muy bien ser que se descubrieran galaxias infrarrojas que sirvieran como candelas est¨¢ndares para determinar distancias que nos permitieran ver si realmente el universo tiene la amplitud admitida actualmente, si hay evidencia de cambios evolutivos en el contenido gal¨¢ctico en ¨¦pocas c¨®smicas e intentar finalmente la b¨²squeda de protogalaxias, algo as¨ª como entrar en la m¨¢quina del tiempo para ver en el pasado la evoluci¨®n de nuestro universo.Andr¨¦s Ripoll es director de la estaci¨®n de seguimiento de sat¨¦lites de la Agencia Espacial Europea situada en Villafranca del Castillo (Madrid).