El Telescopio Espacial Hubble está Cayendo Lentamente.

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El telescopio espacial Hubble, como se muestra en la última y última misión de servicio.
 Crédito: NASA.

Desde 1990, el Telescopio Espacial Hubble ha redefinido cómo vemos nuestro Universo. Desde cientos de millas sobre la superficie de la Tierra, orbita el globo cada 97 minutos. Múltiples misiones de servicio, incluida la última en 2009, han corregido su óptica, mejorado sus cámaras, reemplazado partes desgastadas y transportado a órbitas más altas. Sin embargo, con el desmantelamiento del transbordador espacial, el telescopio que cambió el mundo  ahora está mirando hacia su inevitable final de vida. Incluso si los sensores de guía fina nunca fallasen; incluso si las ruedas de reacción permaneciesen operativas; incluso si el equipo de comunicaciones nunca mueriese, Hubble estará en problemas. Actualmente está cayendo hacia la Tierra, y no hay planes en marcha para detener su descomposición orbital.

Cuando una nave espacial vuelve a entrar en la atmósfera de la Tierra, casi siempre se divide inevitablemente en muchas piezas. Si la desorbitación no se realiza de manera controlada, los escombros podrían caer sobre áreas pobladas, causando daños catastróficos.
Créditos: NASA / ESA / BILL MOEDE Y JESSE CARPENTER

Actualmente, el Hubble está orbitando la Tierra a una altitud media de 353 millas, o 568 kilómetros. Por lo general, definimos el límite entre la atmósfera de la Tierra y el espacio exterior a 60 millas (unos 100 kilómetros), pero en realidad la situación es mucho más complicada. La atmósfera nunca termina realmente, pero simplemente se vuelve más y más difusa a medida que avanzas, con átomos y moléculas que se unen gravitacionalmente a la Tierra y se extienden a altitudes de hasta 10,000 km (6,200 millas). Más allá de ese punto, la atmósfera de la Tierra es indistinguible del viento solar, y ambos consisten en átomos tenues, calientes y partículas ionizadas.

Las capas de la atmósfera de la Tierra, como se muestra aquí a escala, se elevan mucho más alto que el límite típicamente definido del espacio. Todos los objetos en órbita terrestre baja están sujetos a la resistencia atmosférica en algún nivel.
Crédito: Usuario de Wikimedia Commons: Kelvinsong.

Aunque la gran mayoría de nuestra atmósfera (en masa) está contenida en las capas más bajas, la troposfera contiene el 75% de la atmósfera de la Tierra, la estratosfera contiene otro 20% y la mesosfera contiene casi todo el 5% restante. Más allá de eso, el arrastre atmosférico disminuye significativamente y son posibles órbitas a largo plazo. Desde el espacio, esas tres capas más bajas son las únicas que son ópticamente visibles, con la mayoría de los satélites en órbita terrestre baja ubicados sobre ellas: en la termosfera. Arriba en estas altitudes increíbles, una molécula atmosférica típica (de oxígeno, por ejemplo) podría viajar por un kilómetro o más antes de chocar con otra.

La troposfera (naranja), la estratosfera (blanco) y la mesosfera (azul) son donde se encuentran la abrumadora mayoría de las moléculas en la atmósfera de la Tierra. 
Pero más allá de eso, el aire todavía está presente, lo que hace que los satélites desciendan y finalmente se desorbiten si se dejan solos.
Crédito: NASA / Tripulación de la Expedición 22.

Pero el telescopio espacial Hubble es mucho más grande que una molécula de oxígeno y también se mueve mucho más rápido que uno. Moviéndose a aproximadamente 5 millas (8 kilómetros) por segundo, colisiona con estas moléculas de aire a gran altitud de forma continua, y cada colisión lo despoja de una pequeña e imperceptible velocidad. En el transcurso de una hora, un día o incluso un mes, los cambios no se notan. Sin embargo, dale suficiente tiempo, y esos cambios se suman formando una cantidad grande. La pérdida de altitud y velocidad significa que, muy lentamente, el Hubble comenzará a acercarse en espiral a la Tierra.

Lo que es una lástima, porque la ciencia que no solo hemos obtenido, sino que seguimos obteniendo de Hubble, es diferente a cualquier otra cosa en la historia humana. A medida que el observatorio cae a altitudes más bajas, las colisiones con moléculas de aire se vuelven más frecuentes, acelerando el proceso. Además, es un efecto desigual, ya que el Hubble pasa la mitad de cada 97 minutos a la luz del Sol y la mitad en la oscuridad, lo que hará que el telescopio espacial Hubble, altamente asimétrico, comience a caer. Si no hacemos nada, estas fuerzas de arrastre se sumarán hasta que el Hubble se convierta en una bola de fuego en la atmósfera, desintegrándose en una multitud de partes y experimentando lo que se conoce como una «entrada incontrolada». El telescopio es demasiado grande para simplemente quemarse, y los escombros ardientes podrían literalmente aterrizar en cualquier lugar.

Un reingreso incontrolado, como se ilustra aquí, podría causar que grandes y masivos trozos aterricen más o menos en cualquier parte de la Tierra. Los objetos pesados ​​y sólidos, como el espejo primario del Hubble, podrían causar fácilmente cantidades significativas de daño o incluso matar, dependiendo de dónde aterricen esos trozos.
Crédito: ESA.

Durante las misiones de servicio anteriores, Hubble ha sido «impulsado» a órbitas más altas, para mantenerlo por más tiempo. Sin un vehículo de servicio reutilizable y con tripulación como el transbordador, sin embargo, esto ya no es factible. A menos que desarrollemos alguna tecnología nueva e invirtamos fuertemente en la capacitación necesaria para completar una misión segura, el período de Hubble como el mayor observatorio óptico de la humanidad llegará a su fin sin ceremonias. Se podría enviar una misión sin tripulación para programar robóticamente una reentrada controlada, donde los componentes sobrevivientes aterrizarían en el océano, pero esto solo acortará su vida útil.

Esta imagen muestra a los astronautas de la Misión 4 practicando la prestación de servicio en un modelo de Hubble bajo el agua en el Laboratorio de Flotabilidad Neutral en Houston bajo la atenta mirada de ingenieros de la NASA y buzos de seguridad.
Crédito: NASA.

Si mantenemos el statu quo, es concebible que los componentes en Hubble duren las próximas décadas. Pero su órbita no lo hará. Como Michael Massimino, uno de los astronautas que prestó servicio al Hubble a bordo del transbordador espacial por última vez en 2009, relató:

Su órbita decaerá. El telescopio estará bien, pero su órbita lo acercará cada vez más a la Tierra. Ahí es cuando se acabó el juego.

Esa misión final, por lo tanto, incluyó un mecanismo de acoplamiento que se instaló en el telescopio: el sistema Soft Capture and Rendezvous (Sistema de Captura Suave y Acoplamiento).  Cualquier cohete bien equipado podría llevarlo a una órbita más alta de manera segura.

El mecanismo de captura suave instalado en el Hubble (ilustración) utiliza una interfaz de Sistema de Acoplamiento de bajo Impacto (LIDS) y objetivos de navegación relativos asociados para futuras operaciones de encuentro, captura y acoplamiento. La interfaz LIDS del sistema está diseñada para ser compatible con los sistemas de encuentro y acoplamiento que se usarán en el vehículo de transporte espacial de próxima generación.
Crédito: NASA

Pero el tiempo es esencial para desarrollar la tecnología que puede salvarlo y prolongar su vida útil, o sacarlo de la órbita de manera segura. Si continúa en su camino actual, es probable que llegue a la Tierra de manera descontrolada a mediados de 2030 a más tardar, y posiblemente en poco más de una década, dependiendo de una serie de factores impredecibles. El único aparato planificado capaz de dar servicio o impulsar al Hubble, el Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA , ya ha visto su primer vuelo planificado retrasado . Si las cosas se deslizan lo suficiente, es posible que no tengamos otra opción que desorbitar.

A menos que el Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA esté listo a tiempo, y la administración espacial decida invertir los recursos en el servicio y potenciamiento del Hubble una vez más, una desorbitación será la única forma de prevenir un desastre potencial incontrolado.
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA.

La verdad es que, más que cualquier otro observatorio en la historia, el telescopio espacial Hubble ha cambiado la forma en que vemos el Universo. Aunque se han construido otros observatorios terrestres y espaciales que volarán y sobrepasarán al Hubble en varios frentes, para algunas clases de observación, sigue siendo la mejor herramienta que la humanidad haya creado. Pero por la naturaleza misma de su órbita, no solo su vida útil es limitada, sino que su desaparición será horrible y potencialmente peligrosa si no hacemos nada. Guardarlo para un uso posterior es un proyecto a largo plazo que requiere planificación ahora. El Hubble está cayendo, y si no tomamos las medidas para atraparlo pronto, será demasiado tarde.

Fuente: Start With a Bang / Forbes.

Artículo original: «The Hubble Space Telescope Is Falling«. Ethan Siegel. Oct 18, 2017.

Material relacionado:

Es natural preguntarse, cómo se mantiene la Estación Espacial Internacional en órbita, dado que su altura es menor que la del Telescopio espacial Hubble y entonces se encuentra sometida a mayor resistencia atmosférica que él. El siguiente artículo lo presenta:

El siguiente video lo explica:

En el siguiente video el astronauta Jeff Williams demuestra la aceleración experimentada dentro de la cabina durante un impulso aplicado a la Estación Espacial Internacional el 24 de Enero de 2010. La ISS se repropulsa periódicamente para mantener su órbita y prepararla para la visita de naves espaciales, como fue para el transbordador espacial (año 2010) y los vehículos Progress, (hoy también de los cargueros Cygnus y Dragon):

Curiosidades:

La caída de la Estación Espacial Skylab.

Skylab, la primera estación espacial de Estados Unidos, se lanzó el 14 de Mayo de 1973 a bordo del último cohete Saturno V y cayó a la Tierra el 11 de Julio de 1979.
Crédito: NASA.

Skylab , fue la primera estación espacial de Estados Unidos y el primer laboratorio de investigación tripulado en el espacio, puesta en órbita el 14 de Mayo de 1973, por el último cohete Saturno V. Con un peso de 77 toneladas fue el objeto más pesado puesto en órbita.

Antes de abandonar la estación el 8 de febrero de 1974, la tripulación Skylab-4 la impulsó a una órbita más alta de 269 por 283 millas, con la esperanza de que Skylab permaneciera en el espacio hasta 1983. Para entonces, el Transbordador espacial estaría volando y la NASA esperaba que los astronautas pudieran unir un cohete a la estación para impulsarla a una órbita más alta o desorbitarla de manera segura sobre el Océano Pacífico. 

Pero los retrasos en el programa del Shuttle y una actividad solar superior a la esperada que resultó en un aumento de la resistencia atmosférica en la estación finalmente frustraron esos planes. Se hizo evidente que Skylab volvería a entrar a mediados de 1979, lo que obligaría a la NASA a diseñar planes para controlar su punto de entrada tanto como fuera posible modificando la actitud de la estación para ajustar el arrastre atmosférico.

El siguiente artículo presenta la historia del Skylab:

El tanque de oxígeno de la estación espacial Skylab que cayó sobre Australia Occidental (Western Australia, WA) en 1979. Pauline y Geoff Grewar lo encontraron intacto 14 años después, en 1993 a cientos de kilómetros de la ciudad de Esperance, cuando sobrevolaban su propiedad en una avioneta. Más información.
Crédito: Geoff Grewar.

Los restos encontrados del Skylab en la localidad de Esperance en Australia Occidental, se encuentran expuestos en el Museo de la ciudad. El siguiente video lo muestra:

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