Es posible instalar un espejo enorme en una montaña. ¿Por qué plegar un telescopio dentro de un cohete y enviarlo donde resulta mucho más difícil repararlo?
Los telescopios espaciales se sitúan sobre la atmósfera para recoger luz que esta absorbe, evitar sus distorsiones y reducir el fondo térmico atmosférico. La ventaja decisiva depende de la observación. Un telescopio infrarrojo también necesita una refrigeración cuidadosamente diseñada.
Un espejo mayor no recupera la luz ausente
Imagina observar una misma estrella en luz visible y en rayos X. Gran parte de la luz visible atraviesa la atmósfera. Los rayos X cósmicos apenas llegan a la superficie. Un espejo terrestre mayor no recoge fotones que el aire ya absorbió.
Las regiones del espectro que llegan fácilmente a la superficie se llaman ventanas atmosféricas. La luz visible, parte del rango de radio y ciertas bandas infrarrojas ofrecen estas ventanas. En otras regiones, las moléculas interceptan la señal. NASA explica el papel del vapor de agua, el dióxido de carbono y el ozono en esta absorción selectiva.
Por eso, «desde la Tierra no se ve el infrarrojo» es demasiado categórico. Una parte sí llega, especialmente a lugares altos y secos; grandes regiones permanecen bloqueadas. Para observar rayos X y muchas longitudes de onda ultravioletas, hay que elevar el instrumento sobre las capas absorbentes.
El aire también distorsiona y emite
Incluso la luz transmitida puede llegar con su frente de onda deformado. Las capas de aire en movimiento tienen distintas temperaturas e índices de refracción. La luz sigue caminos ligeramente diferentes y la imagen estelar tiembla y se ensancha. Es turbulencia atmosférica, un fenómeno distinto de la absorción. Hubble evita esta borrosidad al estar sobre la atmósfera, como explica la guía de ESA.
Hay un tercer obstáculo: la atmósfera cálida emite su propia radiación infrarroja. La señal celeste tenue debe distinguirse de ese fondo. Los espejos e instrumentos también emiten: viajar al espacio no los enfría automáticamente lo suficiente. NASA distingue opacidad, distorsión y fondo infrarrojo brillante entre las razones para situar Webb en el espacio.
Compara qué sucede con la señal en el esquema. Luz ausente, luz distorsionada y fondo adicional exigen soluciones diferentes.
Tres obstáculos distintos entre la fuente y el detector
- Señal del espacioRayos XQué hace la atmósferaAbsorbeEfecto en un instrumento terrestre
La señal cósmica apenas llega a la superficie.
- Señal del espacioLuz visibleQué hace la atmósferaTransmite en gran parte, pero distorsionaEfecto en un instrumento terrestre
La luz llega; la turbulencia difumina los detalles.
- Señal del espacioLuz infrarrojaQué hace la atmósferaTransmite selectivamente y emite radiación propiaEfecto en un instrumento terrestre
Algunas ventanas están abiertas; en otras regiones la señal se absorbe o queda oculta por el fondo.
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¿Por qué la óptica adaptativa no sustituye a los telescopios espaciales?
La óptica adaptativa mide la deformación del frente de onda mediante una estrella de referencia o una baliza láser y cambia rápidamente la forma de un espejo. En condiciones adecuadas puede corregir muy bien la distorsión atmosférica. Así, los telescopios terrestres siguen siendo potentes compañeros de los espaciales.
Esta corrección no recupera fotones absorbidos por moléculas ni elimina todo el fondo térmico. Su resultado depende del rango, las condiciones y el diseño. «Un telescopio terrestre siempre tiene menos nitidez» resulta tan engañoso como «la óptica adaptativa hace innecesarios los lanzamientos».
Hubble y Webb tienen ojos distintos
Hubble es especialmente útil en el ultravioleta y el visible, y también abarca parte del infrarrojo cercano. Webb trabaja principalmente en infrarrojo. Sus capacidades se solapan, pero Webb no sustituye la visión ultravioleta de Hubble. NASA los compara como observatorios complementarios.
La diferencia tiene sentido físico. La luz visible y ultravioleta ayuda a estudiar estrellas y gas calientes. El infrarrojo revela otras características: emisión de objetos más fríos, formación estelar tras ciertas cortinas de polvo y luz de galaxias lejanas estirada por la expansión cósmica. Vimos este último efecto en el artículo sobre mirar al pasado.
También cambia la ubicación. Hubble gira alrededor de la Tierra en una órbita baja. Webb acompaña a la Tierra alrededor del Sol y describe una órbita de halo cerca del punto L2 del sistema Sol–Tierra, aproximadamente a 1,5 millones de km de nuestro planeta. No permanece inmóvil en ese punto ni se oculta en la sombra terrestre. Esa órbita permite mantener el Sol, la Tierra y la Luna al mismo lado de su parasol.
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¿Qué significan los rangos y las temperaturas?
El resumen de NASA da un rango conjunto aproximado de 0,1–2,5 µm para Hubble y 0,6–28 µm para Webb. Un micrómetro, µm, es una millonésima de metro. Son límites redondeados del conjunto de instrumentos, no una promesa de igual sensibilidad en cada longitud de onda. El solapamiento de 0,6–2,5 µm ayuda a entender por qué uno no es simplemente una versión nueva del otro.
Un parasol de varias capas protege el lado frío de Webb para evitar que su propio calor oculte las señales infrarrojas débiles. Un refrigerador criogénico enfría además los detectores del instrumento de infrarrojo medio MIRI a menos de 7 K, aproximadamente −266 °C. Es la temperatura de unos detectores concretos, no de todo el observatorio: otras partes funcionan más calientes. NASA explica el diseño y su finalidad en la página del refrigerador criogénico.
Elegir el telescopio según la señal
Haz una predicción: ¿permitiría una óptica adaptativa perfecta observar rayos X cósmicos desde el suelo a través de la atmósfera?
No. Corrige el frente de onda de la luz que llega; no elimina la absorción. El instrumento necesita acceder a la señal sobre la atmósfera. Para una fuente tenue en el infrarrojo medio se añade otro requisito: un instrumento suficientemente frío y un fondo bajo.
El lanzamiento abre determinados rangos y ofrece condiciones de medida más limpias. Un observatorio terrestre, a su vez, puede ofrecer un gran espejo y mantenimiento accesible. La primera pregunta es qué luz queremos medir y qué impide que llegue al detector. Ante la próxima pareja de imágenes de Hubble y Webb, consulta sus filtros: las diferencias pueden revelar el propio objeto, además de la calidad de la cámara.