Usted puede piensa en la nasa Telescopio espacial James Webb (JWST) como ofreciendo la mejor vista jamás vista. Desde la perspectiva del gran telescopio espacial a aproximadamente 1 millón de kilómetros detrás de la Tierra, nos trajo imágenes increíbles de galaxias arremolinadas, nebulosas resplandeciente con estrellas recién nacidas, y algunas de las más galaxias antiguas En el universo.

Estas imágenes, esta vista, son todas cortesía de los espejos de berilio de JWST y sensores e instrumentos finamente ajustados, todos enfocados en visualizar el cosmos en luz infrarroja. Y podría haber sido muy diferente.

Si retrocedemos 40 años atrás, la astronomía infrarroja estaba en su infancia y la idea de una misión insignia de la NASA dedicada a la fotografía infrarroja era todo menos impensable. Pero el 25 de enero de 1983, el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS), el primer telescopio espacial infrarrojo, lanzado desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, lo cambió todo.

«De alguna manera explotó el campo de la astronomía infrarroja», miguel wernercientífico del proyecto del Telescopio Espacial Infrarrojo Spitzer y ex científico jefe de astronomía y física en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, dice Contrarrestar. «IRAS fue verdaderamente el primer observatorio infrarrojo dedicado en el espacio».

Hay una línea directa, técnica y espiritualmente, de IRAS a JWST. Lo que comenzó casi como un pase Hail Mary en 1983, se convirtió en una misión insignia financiada por la NASA en la década de 2020. Y todo comenzó a fines de la década de 1960.

El práctico fruto de la astronomía infrarroja temprana

A fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, los «infrarrojos [astronomy] todavía era un campo incipiente”, dijo el profesor de física de Caltech. Tomas Soifer relata Contrarrestar. «La gente podría construir un nuevo tipo de detector, ponerlo en un telescopio, apuntarlo a cualquier cosa y hacer descubrimientos fantásticos».

Los investigadores de Caltech habían dirigido el Levantamiento del cielo a dos micrasquien publicó el primer catálogo de fuentes infrarrojas en el cielo en 1969, por ejemplo, y detectó por primera vez estrellas completamente ocluidas en capullos de polvo estelar, dice Soifer.

«Antes de eso, prácticamente toda la astronomía se había hecho en el visible [light] con placas fotográficas”, dice.

Pero la astronomía infrarroja es difícil de hacer en tierra. La porción infrarroja del espectro incluye luz de longitudes de onda más largas que el arco iris de longitudes de onda visibles para el ojo humano, y la luz infrarroja es energía térmica (calor). Buscar fuentes de calor tenues en los confines del universo con un telescopio terrestre, bueno, «es como hacer astronomía visible en pleno día», dice Soifer: posible, pero no ideal.

Entonces, cuando la NASA emitió convocatorias de propuestas para nuevas misiones a principios de la década de 1970, Soifer y un grupo de otros astrónomos se ofrecieron a realizar un estudio infrarrojo del cielo, desde el espacio. La NASA aceptó la propuesta y se comenzó a trabajar en lo que se convertiría en IRAS.

Un nuevo diseño para órbita infrarroja

IRAS fue una colaboración entre la NASA e investigadores e ingenieros del Reino Unido y los Países Bajos y comenzó oficialmente en 1976, según Soifer.

«Pensamos que íbamos a lanzar en 1981», dice, pero «hubo importantes dificultades técnicas». Esto incluyó descubrir cómo enfriar el satélite IRAS por debajo de -452.47 Fahrenheit para que el satélite no se ciegue con su propio calor radiante. Finalmente, decidieron incrustar el satélite en un criostato lleno de helio líquido, pero luego tuvieron que encontrar una manera de retener el líquido, pero dejar que se drene con el tiempo, según Soifer.

También hubo un trabajo importante por hacer en el desarrollo de los detectores de infrarrojos para IRAS, la adaptación de los espejos de berilio de los sistemas de misiles de la Fuerza Aérea de los EE. UU. para su uso en el satélite, y luego se completaron los problemas de solución de problemas que surgieron durante las pruebas en la cámara de vacío del satélite IRAS.

“Un capacitor falló durante esta prueba y el análisis de la falla reveló que el problema con el capacitor era un problema sistémico en un lote de capacitores distribuidos por todo el satélite”, dijo Soifer. «¿Qué haces? ¿Lo desarmas y reemplazas todos los capacitores? ¿O simplemente sigues adelante y esperas que funcione?»

El equipo avanzó, pero no sin demora, lo que significaba que era el 25 de enero de 1983, antes de que IRAS se sentara en la plataforma de lanzamiento. Los nervios estaban un poco desgastados.

«Había un temor real de que el satélite, cuando se lanzara, fallara», dice Soifer.

Temíamos que nunca despegara. Una serie de tormentas inusuales que barrieron California continuaron retrasando la fecha de lanzamiento hasta que un breve despeje en el clima permitió que el lanzamiento siguiera adelante.

“Y luego, poco después, vino otra tormenta”, dice Soifer. “Entonces los cielos se abrieron, milagrosamente para el lanzamiento de IRAS. Y luego, sorprendentemente, para sorpresa de todos, funcionó a las mil maravillas.

Ojos infrarrojos abiertos

A diferencia del telescopio espacial Hubble, que requirió modificaciones en órbita a su óptica defectuosa antes de que pudiera producir imágenes utilizables, IRAS se puso a trabajar casi inmediatamente después de alcanzar la órbita terrestre.

«Tuvo que hacerlo porque se enfrió con helio líquido, que es consumible», dice Werner. «Así que no podía permitirse el lujo de perder mucho tiempo».

Este helio líquido tendrá una duración de 10 meses, tiempo durante el cual IRAS ha identificado aproximadamente 350.000 recursos luz infrarroja en el cielo y descubrió seis cometas, entre muchos otros descubrimientos, incluido el de «galaxias luminosas infrarrojas que irradian del 90 al 95% de su energía en el infrarrojo», dice Werner.

IRAS también descubrió discos de polvo y escombros alrededor de otras estrellas típicas, «y lo interpretamos como los restos de la formación de un sistema planetario alrededor de esa estrella», dice Soifer. «Los discos de escombros fueron uno de los primeros descubrimientos que creo que realmente entusiasmó a la comunidad astronómica». Esto incluyó discos de escombros en Beta Pictoris y Epsilon Eridani, que ahora se sabe que tienen exoplanetas; Vega, que tiene un candidato a exoplaneta; y Fomalhaut, que devolvió evidencia planetaria ambigua a lo largo del tiempo.

Pero en cierto modo, el mayor descubrimiento de IRAS fue el descubrimiento de que realmente había algo, mucho de hecho, para ser visto en el infrarrojo, suponiendo que pudieras sacar algo de la atmósfera para observarlo.

«El legado más importante fue que las longitudes de onda infrarrojas definitivamente valieron la pena la inversión masiva», dice Soifer. «Si IRAS no hubiera funcionado, entonces técnicamente hubiera sido como, ‘bueno, eso es una causa perdida'».

El legado de IRAS

IRAS no era una causa perdida. En cambio, fue un pionero, y casi de inmediato.

La Agencia Espacial Europea también estaba decidiendo las próximas misiones a realizar, y en una reunión en 1983, una propuesta bastante cercana a IRAS denominada Observador espacial infrarrojoy (ISO) fue discutido.

“Sucedió, literalmente, casi el día, o el día después de que se cubrió IRAS”, dijo Soifer. «Y uno de los líderes que presionó para esta misión de ISO llegó a esta reunión mostrando los datos justo después de que se rompiera la cubierta de IRAS que mostraban que realmente había objetos en el cielo que IRAS estaba viendo».

Lanzado en 1995, el ISO descubriría vapor de agua en los confines del universo y signos de formación de estrellas en galaxias distantes.

Luego, en 2003, la NASA lanzó el Telescopio Espacial Spitzer, del cual Werner fue el científico del proyecto. El Telescopio Spitzer luego observó la primera luz directa de un exoplaneta, un enorme anillo oculto alrededor de Saturno y la presencia de moléculas de carbono similares a pelotas de fútbol conocidas como «Bucky Balls» en el espacio, entre muchas otras. descubrimientos.

“IRAS sentó las bases para ISO y Spitzer, tanto técnica como científicamente”, dice Werner.

ISO y Spitzer utilizaron tecnología de detección de infrarrojos pionera durante el desarrollo de IRAS, mientras que Spitzer, como IRAS, utilizó un espejo de berilio. El berilio es liviano y conservará su forma a través de grandes cambios de temperatura, según Soifer, razón por la cual la NASA usó el material para el ahora icónico espejo primario de panal dorado de JWST.

JWST no depende de una cantidad limitada de helio líquido para mantenerse fresco como Spitzer, ISO o IRAS, sino que depende del enfriamiento radiativo y vuela a un millón de millas del calor de la Tierra para mantener sus sensores fríos. Pero JWST comparte otro elemento de la herencia de IRAS: el compromiso de compartir datos de forma pública y rápida.

«Nuestro plan, y creo que este fue uno de los verdaderos avances, era procesar los datos y ponerlos a disposición rápidamente de la comunidad científica en general», dice Soifer, señalando que su función dentro del equipo de IRAS era desarrollar el proyecto. Sistema de datos. «En mi opinión, éramos un proyecto muy revolucionario».

“La base de datos IRAS fue el primer archivo real hecho público para la investigación de la comunidad”, en lugar de quedar en manos del equipo que desarrolló el proyecto de investigación, agrega Werner. Esto presagió cómo los investigadores de blogs están extrayendo los resultados de JWST, quienes los procesan y los comparten en Twitter casi al mismo ritmo que se transmiten desde el telescopio espacial.

Es un gran salto para dar en 40 años, desde el práctico fruto del descubrimiento científico que apunta un telescopio infrarrojo en prácticamente cualquier dirección hasta la maravilla de la ingeniería de JWST que mira más profundamente en la oscuridad del cosmos. Pero es un salto que comenzó con IRAS, cuyo legado significa que la astronomía infrarroja no está aquí para quedarse, sino que podría ser la fuente de algunos de los descubrimientos más innovadores de los próximos 20 años.

«Sabemos que la mitad de la energía generada por las estrellas o por acumulación gravitacional durante la vida del universo ahora nos llega en el infrarrojo», dice Werner. «Entonces, sin infrarrojos, nos falta la mitad de la energía que se ha creado durante la vida del universo».