Airbus Defence and Space

El ojo de Gaia

Una cámara de mil millones de píxeles

La cámara digital más grande jamás construida para una misión espacial cuenta con 106 detectores electrónicos distintos, cuidadosamente ensamblados. Esta matriz de mil millones de píxeles constituirá el ‘ojo’ de alta sensibilidad de Gaia, la misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) para cartografiar la Vía Láctea.

Airbus Defence and Space ultima en su centro de Toulouse los instrumentos científicos del satélite Gaia, que a partir de 2013 cartografiará más de mil millones de estrellas de la Vía Láctea. Además de elaborar un mapa tridimensional de la galaxia, la misión también servirá para verificar, con mayor precisión que nunca, la teoría de la relatividad general de Einstein.

A mediados de septiembre, Vincent Poinsignon vio años de trabajo culminados. Tenía delante la mayor cámara digital fabricada hasta la fecha, con mil millones de píxeles. Esta máquina, asegura, sería capaz de haber medido desde la Tierra un lunar en la cara de Neil Armstrong según bajaba por la escalerilla del módulo lunar para poner un pie por primera vez en el suelo de la Luna. La cámara ya está integrada en el módulo de carga útil del satélite Gaia, fabricado por Airbus Defence and Space para la Agencia Espacial Europea (ESA), y se ensaya en las salas limpias del centro de Airbus Defence and Space en Toulouse, donde Vincent es responsable del proyecto. A finales de 2013 se pondrá en órbita desde la Guayana Francesa, convirtiéndose en el mejor ojo que jamás haya mirado a la Vía Láctea.

Cuando esté en órbita, Gaia empezará a medir con precisión las características de mil millones de estrellas, que servirán para elaborar el mapa tridimensional de la galaxia

“La precisión de Gaia será entre 100 y 1000 veces mayor que la de su predecesor Hipparcos, en términos astrométricos”, explica Vincent. En agosto de 1989, la ESA lanzó Hipparcos, el primer satélite consagrado a la astrometría, la parte de la astronomía que se dedica a medir la posición, la distancia a la Tierra y el movimiento propio de los astros. Hasta su jubilación, en 1993, elaboró la ficha de 120.000 estrellas, con una precisión 200 veces mayor que cualquier otra medición anterior. Ahora, el ojo de halcón de Gaia hace que Hipparcos parezca un topo ciego. Cuando esté en órbita alrededor del Sol, Gaia empezará a medir con precisión las características de mil millones de estrellas, que servirán para elaborar el mapa tridimensional de la galaxia. Si Hipparcos era capaz de medir el diámetro de un cabello humano a una distancia de 20 kilómetros, Gaia lo podría hacer a 1000 kilómetros. Esta sensibilidad le permitirá detectar más de 250.000 objetos del Sistema Solar (principalmente asteroides), 15.000 planetas extrasolares, 50.000 enanas marrones y alrededor de 20.000 supernovas.

 

Un diamante en el espacio

Los ojos de Gaia son tan prodigiosos que su desarrollo se ha extendido durante varios años y ha implicado el trabajo en equipo de más de 500 personas en Airbus Defence and Space, explica Vincent Poinsignon, que ya fue responsable de Mars Express, la primera misión europea al planeta rojo. Gaia está formado por dos telescopios que, combinados, son suficientemente potentes como para detectar estrellas 400.000 veces más tenues que el límite visible por el ojo humano. La débil luz de cada astro llegará al plano focal del satélite, compartido por los dos telescopios y formado por 106 detectores CCD (del inglés, dispositivo de carga acoplada), una versión avanzada de los sensores de las cámaras digitales convencionales.

El mosaico está ensamblado en las instalaciones de Airbus Defence and Space en Toulouse

El ingrediente clave de la estructura de soporte de los CCD, y del resto del satélite, es el carburo de silicio, un material con propiedades cerámicas, desarrollado originalmente como sustituto de los diamantes, que es tremendamente ligero y resistente a las deformaciones por cambios de temperatura.

Airbus Defence and Space ya ha utilizado este material en otros satélites, como para el gran telescopio Herschel, lanzado en 2009. Realizado íntegramente en carburo de silicio, el espejo de este observatorio espacial, de 3,5 metros de longitud, solo pesó 270 kilogramos, frente a los 1.500 que hubiera pesado con la tecnología estándar. Ahora, el carburo de silicio permitirá a Gaia trabajar a una temperatura de 110 grados bajo cero, para aumentar la sensibilidad de sus sensores. Un parasol desplegable de unos diez metros de longitud mantendrá a sus instrumentos siempre a la sombra, protegidos del calor del Sol. “El sistema de micropropulsión y la antena son ejemplos de las novedades de Gaia. También el uso generalizado del carburo de silicio, no solo para los espejos de los telescopios, sino para muchas partes del módulo de carga útil”, señala entusiasmado Timo Prusti, científico encargado de la misión Gaia en la ESA.

La misión de la antena, como subraya Timo, es trascendental. El satélite detectará y medirá las características de cientos de estrellas por segundo, de manera prácticamente ininterrumpida durante cinco años. Estudiará cada estrella unas 70 veces, con una precisión tal que “desde la Tierra podría cortar la Luna en 180 millones de rebanadas”, según Timo. Cada día, la antena de Gaia tendrá que enviar 50 gigabytes de datos a la Tierra, a través de 1,5 millones de kilómetros. Al final de la misión, los científicos habrán acumulado un petabyte de datos, el equivalente a la información almacenada en 200.000 DVD.

 

La relatividad, a escena

La misión Gaia fue propuesta en 1993 por el astrónomo sueco Lennart Lindegren, de la Universidad de Lund. Su idea saldrá al espacio 20 años después de ser concebida en su cabeza. Lennart, uno de los mayores expertos en astrometría del mundo, recuerda que Gaia servirá para verificar con mayor precisión que nunca la teoría de la relatividad general de Einstein, que predice cómo la masa curva el espacio-tiempo. Hasta los rayos de luz se curvan al pasar cerca de un objeto masivo, como el Sol. “Gaia medirá este efecto con una precisión de unos pocos órdenes de magnitud más que hasta la fecha y también observará la deflexión de los rayos de luz que provocan Júpiter, la Tierra y otros planetas”, recalca. “Esperamos que todas estas medidas concuerden con la teoría de la relatividad general de Einstein y, por lo tanto, confirmen la actual comprensión de la estructura espacio-tiempo, pero es parte del método científico poner a prueba constantemente las teorías aceptadas de la manera más rigurosa posible. Y Gaia hará exámenes muy estrictos”, apunta Lennart.

Los mil millones de estrellas que medirá Gaia apenas representan el 1% de las que existen en la galaxia

A comienzos del siglo XVII, el astrónomo italiano Galileo Galilei intentó convencer a los cardenales de la Inquisición de que el Universo está “escrito en el lenguaje de las matemáticas y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas, sin las cuales es humanamente imposible comprender una sola palabra de él”. Sin estos caracteres, proclamaba Galileo, “uno gira vanamente en un oscuro laberinto”. Cuatro siglos después, Gaia se prepara para iluminar ese oscuro laberinto con las luminosas matemáticas de la astrometría, aunque quedará mucho trabajo por hacer. Los mil millones de estrellas que medirá el satélite apenas representan el 1% de las que existen en la galaxia. El 99% restante tendrá que esperar a los sucesores de Hipparcos y Gaia.

 

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