El 21 de agosto de 1972, la NASA puso en órbita el satélite Copérnico. Fue el telescopio más pesado y complejo de su época y que sentó las bases de otros observatorios que se lanzarían en las décadas posteriores. Es un vistazo a la historia que resulta muy interesante por su importancia…
El satélite Copérnico era multionda
Originalmente denominado como Orbiting Astronomical Observatory (OAO), el satélite se convirtió en OAO 3 cuando alcanzó la órbita de la Tierra. Su nombre se cambió a Copérnico con motivo del 500º aniversario del nacimiento de Nicolás Copérnico (1473-1543). El astrónomo polaco formuló el modelo heliocéntrico del Sistema Solar, con el Sol en el centro en lugar de la Tierra. Algo que rompía con 1300 años de tradición y que desencadenó una revolución científica. Copérnico incorporaba el telescopio ultravioleta más grande de la época.
También llevaba cuatro instrumentos de rayos X coalineados. Fue el primer observatorio de la NASA dedicado al estudio en múltiples longitudes de onda del espectro electromagnético. Por lo que es un ancestro de satélites en operación como el Neil Gehrels Swift Observatory, que estudia el firmamento en el espectro visible, ultravioleta y de rayos X. Aprender a apuntar a una estrella, con un telescopio que orbita la Tierra, y mantenerlo en esa posición, durante el tiempo necesario para capturar su luz, fue más complicado de lo que se esperaba.
En aquel momento, los satélites diseñados para estudiar el Sol tenían una ventaja importante. Se centraban en el objeto más brillante del Sistema Solar. Copérnico incorporó una unidad de referencia inercial nueva (IRU), desarrollada por el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts). Los giroscopios que incorporaba facilitaban el proceso de encontrar sus objetivos. Otros sistemas se encargaban de que el satélite no lo perdiese de vista. La importancia del IRU quedaría clara en el primer año y medio de funcionamiento del telescopio.
La importancia de las observaciones ultravioletas
En un estudio sobre sus primeros 500 días, un ingeniero resumía las operaciones de vuelo de Copérnico en una frase: eran aburridas. IRU hacía que todo fuese mucho más sencillo. En las primeras etapas de la NASA, los astrónomos enfatizaban la necesidad de realizar estudios en ultravioleta. Era algo imposible de llevar a cabo desde la superficie, así que se convirtió en el foco del programa OAO. De los cuatro satélites lanzados, uno falló tras tres días en el espacio. Otro nunca llegó a alcanzar la órbita. OAO 2 se lanzó en 1968 y se convirtió en Stargazer.
Stargazer dio años de observaciones, incluyendo espectros estelares de baja resolución. Desplegaban las longitudes de onda como un arcoiris para desvelar las huellas ultravioletas de ciertas moléculas y átomos. Copérnico profundizó en ello, capturando el espectro, con hasta 200 veces más detalle, en algunas longitudes de onda. La misión obtuvo el espectro en alta resolución de muchas estrellas. Durante muchos años, proporcionaba la información en las longitudes de onda más cortas. Así lo resumía Nancy Grace Roman.
Fue la primera directora de astronomía de la Oficina de Ciencia Espacial de la NASA, y formaba parte del programa Copérnico. Durante la misión, Roman se convirtió en una de las impulsoras del proyecto del Gran Telescopio Espacial (Large Space Telescope). Hoy en día lo conocemos como el telescopio Hubble. Además, da nombre al telescopio Nancy Grace Roman, que será lanzado en los próximos años. El instrumento principal de Copérnico era el Princeton Experiment Package que capturaba el espectro ultravioleta con un espejo de 0,8 metros.
El salto a los rayos X
Es decir, apenas la tercera parte del tamaño del espejo principal del telescopio Hubble. El instrumento proporcionó mucha información sobre el gas interestelar y el flujo de material ionizado de las estrellas más cálidas. Su primer objetivo fue una estrella llamada Zeta Ophiuchi. Está parcialmente oculta por una nube interestelar. Mostraba una fuerte absorción de moléculas de hidrógeno. Las mediciones de docenas de estrellas permitieron confirmar una teoría. Predecía que la mayoría del hidrógeno en las nubes de gas existía de esta manera.
Lyman Spitzer Jr., en 1946 comenzó a especular con las observaciones que se podrían realizar con un telescopio espacial grande. Fue otro de los artífices del desarrollo del telescopio Hubble. El telescopio Spitzer, que funcionó de 2003 a 2020, y exploró (entre otras cosas) las nubes frías donde se forman las estrellas, recibió su nombre en su honor. En el momento en el que se planteaba qué instrumentos incorporar en Copérnico, solo se sabía de un objeto que emitiese en la longitud de onda de rayos X. Se trataba del Sol.
El panorama cambió en 1962. Con nuevos detectores de rayos X, en un cohete suborbital, un equipo de investigadores encontró la primera fuente de rayos X más allá del Sistema Solar, a la que llamaron Scorpius X-1. En vuelos posteriores se encontraron otras fuentes cósmicas, como Cygnus X-1. Durante mucho se sospechó, y ahora se sabe, que alberga un agujero negro de masa estelar. Tras este hallazgo, Riccardo Giaconni propuso el primer satélite dedicado a estudiar el firmamento en rayos X. Se lanzó en 1970 y funcionó durante tres años…
Las observaciones de Copérnico
El satélite Uhuru, como se denominó, encontró más de 300 fuentes. Mostró que muchas eran estrellas de neutrones, o agujeros negros, alimentadas por el gas procedente de sus compañeros estelares. También descubrió rayos X procedentes del gas caliente en los cúmulos de galaxias. Giaconni propuso otros satélites de rayos X más potentes. Es el caso del observatorio Einstein, que funcionó entre 1978 y 1981. También el del telescopio de rayos X más destacado en el presente, y que sigue en marcha: el observatorio de rayos X Chandra, lanzado en 1999.
Los tres telescopios de Copérnico se encontraron con dificultades importantes. Los detectores de longitudes de onda más largas se encontraban con un nivel de radiación de fondo inesperadamente alto. Resultó proceder de una enorme nube, con forma de cometa, de átomos de hidrógeno que rodea a la Tierra y que se conoce como la geocorona. Dispersa la luz ultravioleta larga. Los instrumentos posteriores incorporaron un filtro para absorber la radiación ultravioleta pero dejar que los rayos X sí puedan seguir adelante.
En junio de 1973, se identificó un problema con un obturador en los telescopios de rayos X. Se utilizada para, periódicamente, bloquear los rayos X e impedir que llegasen al detector. Así, se podía analizar cómo cambiaba la radiación de fondo, por las partículas cargadas, en diferentes puntos de la órbita. Su funcionamiento se había vuelto errático. Ante la posibilidad de que pudiese quedar cerrado permanentemente, se decidió dejar de usarlo. Sin embargo, se llegó a transmitir un último comando… y el obturador quedó cerrado.
El legado de Copérnico
Había un cuarto detector, que no estaba acoplado al telescopio, que siguió funcionando durante la misión. Este contador de rayos X medía la radiación, de 1 a 3 angstroms, en una región amplia, de 2,5 por 3,5 grados. Aproximadamente 40 veces el tamaño aparente de la luna llena. El experimento de rayos X descubrió varios púlsares de larga duración, incluyendo X Persei. Los púlsares son, generalmente, estrellas de neutrones en rotación, que emiten un haz de radiación en nuestra dirección cada vez que completan una rotación.
Pueden llegar a completar decenas de miles de rotación por segundo. Curiosamente, el púlsar X Persei es mucho más tranquilo, tardando 14 minutos en completar una rotación. Copérnico realizó estudios de larga duración de púlsares y otras fuentes brillantes. Observó Nova Cygni 1975. Fue una explosión en una enana blanca de un sistema binario cercano. También detectó caídas en la absorción de rayos X de Cygnus X-1. Probablemente debidos a zonas densas de gas que se alejaban de la estrella. También midió rayos X de la galaxia Centauro A, a 12 millones de años-luz.
El satélite Copérnico realizó observaciones en ultravioleta y rayos X durante ocho años y medio. Fue retirado en 1981 y todavía orbita a nuestro planeta. Pasó a un segundo plano con la llegada de observatorios más avanzados, especialmente el observatorio Einstein y el International Ultraviolet Explorer que se lanzó en 1978 y funcionó durante casi 19 años. Copérnico aparece en más de 650 estudios científicos. Sus instrumentos analizaron 450 objetos únicos, definidos por más de 160 investigadores en EE. UU. y otros trece países…
Referencias: NASA
