LUVOIR: un telescopio espacial gigante para estudiar el Universo

Por Daniel Marín, el 27 agosto, 2019. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Cosmología • NASA ✎ 90

¿Te imaginas poder ver directamente otra Tierra situada a varios años luz? El proyecto de telescopio espacial gigante LUVOIR es el sueño de cualquier astrónomo. Qué digo, es el sueño de cualquier persona aficionada a la ciencia o simplemente cualquiera con un poco de curiosidad sobre lo que hay fuera de nuestro minúsculo e insignificante planeta. LUVOIR es una propuesta de telescopio espacial que, de ser aprobado, despegaría en 2039 como la próxima misión Flagship —o sea, de alto presupuesto— de la división de astrofísica de la NASA tras el telescopio James Webb. El telescopio espacial Hubble (HST) ha revolucionado prácticamente todas las ramas de la astrofísica desde que fue lanzado en 1990 a pesar de tener un espejo primario de tan solo 2,4 metros. Pero, desgraciadamente, llegará el día —esperemos que sea más tarde que pronto— en el que el Hubble dejará de funcionar. En 2021 debe despegar —crucemos los dedos— el telescopio James Webb (JWST). Con un espejo-origami de 6,5 metros, promete ver más allá —literalmente— que el Hubble. No obstante, el JWST pero no es exactamente el sucesor del HST.

Telescopio espacial LUVOIR-A (LUVOIR).

El JWST observará en el infrarrojo medio, mientras que el Hubble ve el cielo en el ultravioleta, el visible y el infrarrojo cercano. El futuro telescopio WFIRST, con un espejo primario similar al Hubble, también observará el visible, pero se centrará sobre todo en el estudio de la energía y materia oscuras. Por lo tanto, hace falta un telescopio espacial que sea un digno heredero del Hubble y, sobre todo, que también pueda observar en el ultravioleta, una región del espectro que no podemos estudiar desde la superficie terrestre por culpa de nuestra atmósfera. La respuesta es el telescopio LUVOIR (Large UV/Optical/InfraRed Surveyor) uno de los candidatos a ser el gran telescopio espacial de la NASA para los años 40 del siglo XXI.

Versión LUVOIR-A, de 15 metros (LUVOIR).
Versión LUVOIR-B, de 8 metros(LUVOIR).
Comparativa de los dos diseños (LUVOIR).
LUVOIR-A y B (LUVOIR).
Ópticas de LUVOIR-A y B (LUVOIR).
LUVOIR comparado con el Hubble y el James Webb (LUVOIR).

Sin embargo, LUVOIR no está solo. Compite con otras tres propuestas de grandes telescopios espaciales: HabEx, Lynx y OST. Y, desgraciadamente, solo puede quedar uno puesto que el presupuesto de la división astrofísica de la NASA es muy limitado. Los investigadores de estos proyectos deben afinar sus propuestas si quieren que la NASA les seleccione como misión candidata a ser lanzada a finales de los años treinta. Como consecuencia, el equipo de LUVOIR ha presentado hoy su informe final para defender su propuesta. La principal novedad es que, contra todo pronóstico, el equipo de LUVOIR no se ha decidido y sigue presentando dos opciones para el telescopio en función del presupuesto disponible. La versión más grande, denominada LUVOIR-A, usaría un espejo segmentado de 15 metros de diámetro (!) y la otra, LUVOIR-B, de 8 metros. El espejo de LUVOIR-A tendría 120 segmentos hexagonales (!!), mientras que el de LUVOIR-B ‘solo’ dispondría de 55. Ambos diseños emplean la tecnología del James Webb, con espejos segmentados plegables y varias capas de material aislante para mantener una temperatura estable en los instrumentos (a diferencia del James Webb, que requiere una temperatura cercana al cero absoluto, los sensores de LUVOIR funcionarán a una temperatura alrededor de 0 ºC). Como ya es habitual en los telescopios espaciales, LUVOIR estaría situado en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol, en una órbita de halo a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta.

Así vería LUVOIR-A el sistema solar a una distancia de 41 años luz (LUVOIR).
Diferencia de los distintos espejos (LUVOIR).
LUVOIR-A (LUVOIR).
LUVOIR-B (LUVOIR).

La elección de tamaños no es casual. LUVOIR-A ha sido diseñado teniendo en cuenta el tamaño y masa máxima que podrá lanzar el futuro cohete SLS Block 2 de la NASA, dotado de una cofia de 8,4 metros de diámetro. El LUVOIR-B, por contra, cabe en una cofia de 5 metros de diámetro, el tamaño máximo disponible actualmente. LUVOIR-A tendría una masa de entre 28 y 37 toneladas, mientras que LUVOIR-B llegaría a tener entre 15 y 21 toneladas. Eso significa que LUVOIR-A solo podría ser lanzado por un cohete que, como mínimo, fuese tan potente como el SLS Block 1B de la NASA. La única alternativa posible al SLS a la hora de lanzar cualquiera de las dos versiones de LUVOIR sería la Starship de SpaceX en su versión de carga. Por otro lado, el New Glenn de Blue Origin sí que podrá lanzar el LUVOIR-B, la versión más pequeño, aunque no el LUVOIR-A.

El SLS y LUVOIR en configuración de lanzamiento dentro de la cofia (LUVOIR).
La Starship podría lanzar el LUVOIR (LUVOIR).
Posibles lanzadores del LUVOIR (LUVOIR).

Dependiendo de si el diseño final es LUVOIR-A o B, este telescopio espacial podría descubrir entre 576 y 648 exoplanetas no habitables y entre 28 y 54 exotierras candidatas a ser estudiadas en detalle en busca de biomarcadores. Es importante resaltar que, gracias a su brutal sensibilidad, LUVOIR será capaz de ver directamente planetas potencialmente habitables alrededor de otras estrellas y obtener espectros de sus hipotéticas atmósferas mediante el uso del coronógrafo/espectrógrafo ECLIPS. Gracias al amplio rango de longitudes de onda observadas, LUVOIR podrá buscar la presencia de oxígeno y/o ozono en la atmósfera de las exotierras. También será capaz de buscar otros biomarcadores como agua, metano o dióxido de carbono. Al fin y al cabo, la Tierra solamente ha tenido la composición atmosférica actual hace poco tiempo en proporción a su historia. Durante muchos eones nuestro planeta fue más bien un punto naranja pálido en vez de un punto azul pálido.

Simulación del espectro de la atmósfera terrestre visto por LUVOIR (LUVOIR).
Exoplanetas que podrá estudiar LUVOIR directamente (LUVOIR).
Evolución del espectro de la atmósfera terrestre (LUVOIR).
La luz zodiacal del sistema solar vista a años luz de distancia (LUVOIR).
LUVOIR verá algunos exoplanetas como puntos, pero esta imagen artística de la variedad exoplanetaria mola mucho (M. Vargic).

LUVOIR también buscará y estudiará exoplanetas mediante el método del tránsito —en estos mundos podrá obtener espectros de transmisión de sus atmósferas—, el método de la velocidad radial y mediante astrometría. Y no solo exoplanetas. Los mundos de nuestro sistema solar se podrán ver con un detalle exquisito, especialmente con LUVOIR-A. Desde auroras en Marte hasta el estudio de los objetos transneptunianos, pasando por las atmósferas de los planetas gigantes o los chorros de Encélado y, quizá, Europa. LUVOIR será un gran ojo que nos mantendrá alerta de los cambios en nuestro sistema solar y estudiará en detalle cientos de cuerpos menores de toda clase.

Plutón visto por LUVOIR (LUVOIR).
Neptuno visto por LUVOIR (LUVOIR).
LUVOIR observando el sistema solar (LUVOIR).

Por supuesto, LUVOIR será una plataforma astrofísica generalista y también estudiará todo tipo de fenómenos y objetos celestes: regiones de formación estelar, galaxias, expansión del universo, materia y energía oscuras, etc. Para ello usará otros tres instrumentos además del coronógrafo ECLIPS: la cámara HDI, el espectrógrafo LUMOS y el espectropolarímetro POLLUX (POLLUX es una contribución europea liderada por Francia que solo serviría para la versión más grande, LUVOIR-A).

Sensibilidad y rango espectral de LUVOIR comparado con otros telescopios (LUVOIR).
Capacidad de LUVOIR para ver galaxias débiles y lejanas (LUVOIR).
Una galaxia cercana vista por LUVOIR (LUVOIR).
Instrumentos de LUVOIR (LUVOIR).

El proyecto LUVOIR es tan impresionante que lo complicado es no aprobarlo, pero también se trata de un proyecto tan caro, complejo y costoso que no lo va a tener nada fácil para salir adelante. LUVOIR-A saldría entre 13 y 16 mil millones de dólares, mientras que LUVOIR-B costaría entre 8 y 10 mil millones. Sin duda, muchísimo dinero. En cualquier caso, e incluso si es aprobado, habría que esperar hasta 2039 para verlo en el espacio. ¿Seremos capaces de aguantar tanto tiempo?

Referencias:

  • https://asd.gsfc.nasa.gov/luvoir/resources/docs/LUVOIR_FinalReport_2019-08-26.pdf


90 Comentarios

    1. Como he comentado antes en otra respuesta, precisamente porque ha habido tanto retraso y sobrecoste con el JWST, si finalmente funciona como se espera, ya sabremos lo que hay, y como hacerlo, por lo que los riesgos de desarrollo, de este LUVOIR, serán mucho menores.

      Si el JWST, ha costado tanto, es precisamente porque íbamos prácticamente 100% a ciegas, y había muchas cosas que había que diseñar/desarrollar de cero.

      Y entre otros el principal problema del JWST fue un presupuesto inicial, que no tenía en cuenta ni de lejos, los desafíos técnicos y todo lo que había que desarrollar de cero para hacerlo posible.

      El otro problema fue y ha sido, una supervisión por parte de la NASA, al contratista (NorthropGurmman), entre mala y pésima, que es lo mismo que le ocurre a la NASA también con el SLS, ya que el contratista es también una de las 3 empresas realmente grandes del sector AeroEspacial y Defensa, de EEUU, (LockheedMartin, NorthropGurmman, Boeing), en el caso del SLS hablamos de Boeing.

      Porque en proyectos en los que intervienen alguna o varias de esas 3 compañías, sorprendentemente, la buena supervisión en la NASA, salta por la ventana, (Modo Sarcasmo Encendido), ¿Porqué será? (Modo Sarcasmo Apagado).

      Salu2

  1. Creo que debemos empezar a mirar más lejos:
    Telescopios que se terminan de ensamblar en el espacio. Imaginen un telescopio hecho por segmentos. Sin optimizar mucho la idea podría ser por ejemplo dividir en 4 partes o más el espejo principal. No hacer piezas demasiado pequeñas inicialmente, ya que no tenemos experiencia en en conseguir trabajar con precisión en el espacio (supongo). El cuerpo (electrónica y sensores) podría estar en un único módulo. Con lo que se necesitarían 5 lanzamientos a GEO para enviar las piezas, más un sexto para enviar robots de ensamblaje en GEO. Una vez montado el telescopio, habría que propulsar el telescopio hacia su órbita definitiva. Al ser GEO no debería costar mucha energía. Esta parte es la que no sé cómo se podría hacer, en los 10 segundos en los que me lo he planteado.
    Si haces piezas suficientemente grandes, de la lente principal, reduces las posibles pérdidas de precisión una vez montado en el espacio. Lo que no sería tan fácil actualmente sería montar cada uno de los segmentos de la lente principal del JWST en el espacio. Si tienes un telescopio modular que no tiene problemas con la gravedad, las posibles pérdidas de precisión por el montaje final en el espacio, debería ser insignificante.
    El tener telescopios en el espacio tiene una parte positiva : los pesos de las lentes no son un inconveniente por la gravedad y no hay distorsión de la atmósfera. La parte negativa es que se necesita ‘combustible’ para moverlo. Y recargarlo ahora mismo, no tenemos nada. Que es cuestión de pensar y con nuevos cohetes en desarrollo para poder recargar de combustible un JWST.
    Hacer un telescopio modular tendría la ventaja respecto a interferometría de los telescopios espaciales de que es mucho más fácil de gestionar. Sólo se mueve finalmente una vez montado el telescopio entero, y no necesitas precisión en posicionamiento de los diferentes telescopios que forman la red. A nivel técnico debería ser más sencillo.
    He dicho 4 partes de … 16m, por ejemplo, pero nadie impide que fueran 40 o 400 partes del espejo primario, una vez se tenga confianza y algo de práctica en cómo gestionar su desarrollo.

    1. Además de que debería ser más fácil la gestión de dilataciones de los componentes del telescopio en el espacio. Con un panel protector mucho más grande que el usado por el JW, por ejemplo.

      Me gustaría incidir en que el trabajo de precisión de composición de las lentes u otras partes del telescopio se realizarían en tierra, como hasta ahora, pero las agrupaciones en partes del telescopio que se unirán más tarde en el espacio. Allí posiblemente se podría perder algo de precisión cuando se juntan los diferentes módulos en el espacio, pero se ganaría tanto en potencia que sería insignificante la pérdida de precisión.

  2. Quizás antes de hacer telescopios grandes, deberían aprender a hacer telescopios baratos. Quizás deberían dedicar miles de millones de $ a investigar la forma de reducir costes de producción. Sinceramente, con el JWST, no sé hasta qué punto desarrollar el Levoir puede ser tan interesante.

    Cómo podemos saber que los presupuestos no están hinchados y que finalmente el dinero del desarrollo del telescopio no va a manos de directivos y políticos? o se van a ingenieros y científicos?

    Si es un telescopio que ha de ser tan caro por lo complejo, deberían simplificarlo. Lo siento, pero es que no entiendo por qué ha de ser más caro que el JWST.

    En informática, hacer un algoritmo que te lleva a resolver algo, la primera vez que lo haces te puede llevar muchos meses. Una vez que sabes cómo hacer las cosas, repetirlo, son días. Es como si tasase hacer lo mismo, la primera vez que las siguientes. Siempre hay cosas nuevas, pero … lo veo injustificable. Necesitamos un Space-X de los telescopios espaciales.

    Quizás lo más acuciante científicamente ahora es aprender a saber si el precio de un trabajo es una tomadura de pelo o no.

    1. Perdón, es luvoir.

      Las empresas detrás del James Webb son :
      – Northrop Grumman
      – Ball Aerospace

      Ball Aerospace ha estado involucrada en todos los siguientes telescopios:
      – Kepler
      – Hubble Telescope
      – Spitzer
      Entre otros.

      Si hay monopolio de empresas, pueden pedir el dinero que les dé la gana.Hablamos de empresas con organizaciones lineales – jerárquicas que existen desde hace muchas décadas, y tienen una organización obsoleta y poco eficiente. Es por ello que cuando sale un Space-X, si tiene la oportunidad de nacer, convierten en obsoletos e ineficientes a la competencia. Es sólo cuando el gobierno pone medios para favorecer realmente la competencia, que ocurren estos milagros de reducción de costes.

  3. Excelente lo de “nuestro minúsculo e insignificante planeta” 😛

    Siento las malas noticias pero este telescopio NO va estar en el espacio antes del 2060, eso si es aprobado (99.99% que NO).

    Saludos

    1. O sea, los que proponen este telescopio dicen que de aprobarse sería lanzado en 2039 y llega el comentarista de la bola de cristal y nos dice que no lo esperemos (en caso de aprobarse) antes de 2060… Por supuesto, sin dar ningún argumento para sostener tal afirmación.

      Bueno, pues a mí me vale. Total, en 2060 tendré 94 años y pienso durar hasta los 100 al menos.

  4. Ojalá ver al LUVOIR-A hacerse realidad, menudas capacidades!!! Pero es demasiado dinero, no lo veremos. Con suerte el LUVOIR-B y lo dudo también.

  5. Un gran proyecto con un plazo y costes que me parecen desproporcionados. Para los que vivan para disfrutarlas, dará imágenes maravillosas.

    Los telescopios espaciales, básicamente, se siguen haciendo como el primer telescopio reflector de Newton, puliendo pesados espejos con procedimientos lentos y costosos. Digo yo que las condiciones de ingravidez y vacío deben de ofrecer oportunidades para hacerlos de otras maneras, con menos peso y que no necesite trabajos de mucha precisión en tierra.

    Se me ocurre una, que supongo que se le habrá ocurrido a alguien más:
    Una lámina reflectante y conductora extremadamente delgada, deformada mediante campos eléctricos, con ajuste fino, por diferencias de voltaje puntuales respecto a una estructura rígida, hasta formar una parábola casi perfecta, con óptica adaptable en cualquier momento.

    1. Lo que decías de la fabricación de elementos en el espacio, me gustó mucho en su momento, cuando lo sugerías. Quizás no sería ideal montarlo todo en el espacio, pero sí subirlo por grandes partes que se pudieran acoplar finalmente en el espacio, sin perder precisión. Subir secciones del espejo por partes y ensamblar las grandes partes en el espacio, sería lo suyo.

      https://youtu.be/7mG2edIR3a4

      Es absurdo 1 año para enfriar un espejo. Me pregunto si convendría aprender a hacer cosas más grandes, aunque con menos precisión, sin saber del tema, con el fin de conseguir tiempos mejores de producción y puesta en marcha.

    1. Creo que sí, pero el problema imagino que será que necesitamos muchos telescopios volando, para intentar solventar el problema de la falta de luz captada. Con 1 volando, creo que no sería suficiente. De todas maneras, no te fíes mucho de lo que digo, porque no conozco la materia.

  6. La aspiradora de presupuesto Northrop Grumman despues de mas de 20 años de espera y errores de diseño y de gerencia, no ha podido lanzar el telescopio James Webb y ¿le van a asignar otro proyecto aun mas ambicioso?

  7. Aunque soy bastante nuevo por aquí me gustaría proponerle el tema de un artículo al gran Daniel Marín: “¿Porqué son tan caros los telescopios espaciales?” No entiendo como estos telescopios tienen precios tan desorbitados con la experiencia acumulada que tiene la NASA con telescopios parecidos como el James Webb. Por hacer una comparativa, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, una máquina de ¡27 km de longitud! costó menos de 3000 millones de euros… no sé, es que me indignan estos costes tan enormes que limitan tanto la ciencia espacial.

  8. Me parece algo colosal,extraordinario,ver el sistema solar exterior con esa resolucion…ya no solo Pluton,tambien a Eris,Haumea…exoplanetas terrestres…ojala lo hagan,la ciencia lo necesita.

  9. La óptica adaptativa, está haciendo estragos, un 16 metros, 27 metros, puede parecer impresionante en el espacio, pero hoy por hoy con un procesado, y lo mencionado, ya se está superando al hubble
    Ocurre lo mismo, con el Webb si los 8000 millones de euros de coste, se hubieran invertido en el antiguo owl de 100 metros, por la octava parte… Ahora estaríamos en otro nivel

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