El blog de Antares: Gaia

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Aunque conocido sobre todo por estudiar las estrellas y cartografiar la Vía Láctea en tres dimensiones, el satélite Gaia de la ESA tiene mucho más que ofrecer. Por ejemplo, nos permite comprender mejor los asteroides que pueblan el Sistema Solar. Y ahora, por primera vez, no solo nos ofrece información crucial para comprender mejor los asteroides ya descubiertos, sino que ha empezado a buscar asteroides hasta ahora desconocidos para los astrónomos.

Asteroide Gaia-606 el 26 de octubre de 2016. (Foto: Observatoire de Haute-Provence & IMCCE)

Desde que comenzaran sus operaciones científicas en 2014, Gaia ha desempeñado un importante papel en nuestra comprensión de los objetos del Sistema Solar. Aunque su principal objetivo no era ese, sino cartografiar unos mil millones de estrellas —aproximadamente el 1% de las que pueblan nuestra Galaxia—, este ha sido un fabuloso ‘efecto secundario’ de su labor. Gracias a las observaciones de asteroides conocidos por parte de Gaia, contamos con datos para caracterizar las órbitas y las propiedades físicas de estos cuerpos rocosos con una precisión sin precedentes.

“Todos los asteroides estudiados hasta el momento ya eran conocidos por la comunidad astronómica”, explica Paolo Tanga, científico planetario del Observatorio de la Costa Azul, Francia, y responsable de procesar las observaciones del Sistema Solar.

Estos asteroides se detectan, en forma de puntos, entre los datos de Gaia de una determinada imagen para, poco después, no aparecer en una imagen posterior. Esto sugiere que se trata de objetos moviéndose a gran velocidad en los alrededores de estrellas más distantes.

Una vez identificados, los objetos observados en los datos de Gaia se comparan con las órbitas de asteroides conocidos para saber de qué asteroide se trata exactamente. En palabras de Tanga, ahora están detectando por primera vez “objetos en movimiento que no coinciden con ninguna estrella ni asteroide catalogado”.

Detecciones de asteroides por parte de Gaia

El proceso de identificación de asteroides en los datos de Gaia comienza con el software Initial Data Processing (IDT), cuyo código ha sido desarrollado principalmente en la Universidad de Barcelona y que se ejecuta en el Centro de Procesamiento de Datos de ESAC, en España.

Este software compara distintas mediciones realizadas en un área concreta y muestra objetos detectados que no aparecían en observaciones previas de esa área. Es probable que no se trate de estrellas, sino de objetos que se mueven por delante del campo de visión de Gaia en el Sistema Solar. Una vez detectados, sus características se someten a un proceso de software en el Centro Nacional de Estudios Espaciales francés (CNES) en Toulouse, dedicado a este tipo de objetos. Así, los datos de origen se cotejan con todos los cuerpos menores del Sistema Solar y, si no se encuentran coincidencias, se tratará de un asteroide completamente nuevo o de un asteroide detectado previamente, pero cuya órbita no se había caracterizado hasta el momento.

Aunque los ensayos han demostrado que Gaia tiene gran valor para identificar asteroides, hasta ahora existían importantes obstáculos que imposibilitaban su descubrimiento. Por ejemplo, hay áreas del cielo tan densamente pobladas que el software IDT tiene muchas dificultades para comparar las observaciones de una determinada estrella. Si el software falla, se acaba procesando un gran número de falsas coincidencias entre los objetos del Sistema Solar, contaminando los datos con falsos asteroides y dificultando enormemente la detección de otros nuevos.

“Al principio nos frustraba ver la gran cantidad de errores de coincidencia en los datos” —reconoce Benoit Carry, del Observatorio de la Costa Azul, Francia, y responsable de seleccionar los candidatos a alertas de Gaia—. No obstante, hemos datos con formas de filtrar estos errores... ¡Y funcionan! Gaia ya ha encontrado un asteroide apenas observado hasta el momento”.

El asteroide en cuestión, bautizado inicialmente con el nombre de Gaia-606, fue descubierto en octubre de 2016, cuando los datos de Gaia mostraron una tenue fuente de movimiento. De inmediato, los astrónomos se pusieron manos a la obra y consiguieron predecir la nueva posición del asteroide visto desde la Tierra a lo largo de varios días. A continuación, desde el Observatorio de Haute-Provence, Francia, William Thuillot y sus colegas Vincent Robert y Nicolas Thouvenin (Observatorio de París/IMCCE) pudieron orientar un telescopio hacia las posiciones predichas y demostrar que realmente se trataba de un asteroide cuya órbita no coincidía con ningún objeto del Sistema Solar previamente catalogado.

Sin embargo, pese a no figurar en catálogo alguno, al estudiar detalladamente la nueva órbita se vio que ya existía alguna observación aislada del objeto en cuestión. Esto no es algo inusual en el caso de nuevos descubrimientos, dado que, tal y como ha sucedido con el asteroide Gaia-606 (ahora rebautizado 2016 UV56), objetos aparentemente nuevos luego resultan ser objetos ya detectados, pero cuyas observaciones anteriores no habían permitido cartografiar sus órbitas.

“En realidad se trata de un asteroide que aún no aparece en ningún catálogo, ¡así que es un descubrimiento fantástico! —señala Thuillot—. Aunque no podemos afirmar que sea el primer descubrimiento como tal de un asteroide por parte de Gaia, hemos estado muy cerca de ello y esto nos demuestra que estamos a punto de descubrir un objeto nunca antes visto gracias a Gaia”.

Gaia-606 se localizó en el cinturón de asteroides principal, algo que no sorprende, teniendo en cuenta el gran número de asteroides que alberga. Aun así, Gaia también ofrece datos de partes del firmamento no muy observadas en los estudios existentes realizados desde la Tierra, por lo que bien podría detectar asteroides en lugares a donde otros no llegan. Uno de estos lugares sería una región cercana al Sol, vista desde nuestro planeta. Las observaciones terrestres se llevan a cabo durante la noche, cuando el ángulo entre cualquier fuente y el Sol es bastante amplio, mientras que Gaia es capaz de realizar sus observaciones a cualquier hora, pudiendo ver así objetos mucho más cercanos al Sol. De esta forma, Gaia podría observar asteroides girando dentro de la órbita de la Tierra: los asteroides Atira, de los cuales hasta ahora solo se conocen 16.

Gaia también tiene potencial para llevar a cabo descubrimientos a latitudes eclípticas elevadas. Y no es que los estudios terrestres de objetos del Sistema Solar no sean capaces de llegar hasta allí, sino que no suelen hacerlo. La gran mayoría de asteroides se encuentran en el plano de la eclíptica, por lo que es donde la mayoría de estudios concentran sus esfuerzos. Sin embargo, Gaia no se limita a ese plano y observa todo el firmamento, pudiendo así descubrir nuevos asteroides en áreas menos densamente pobladas y que otros estudios ignoran.

“Aunque la principal finalidad de Gaia dentro de las ciencias aplicadas al Sistema Solar sigue siendo caracterizar el movimiento y las propiedades físicas de los asteroides conocidos, ha demostrado que también puede detectar nuevos asteroides, añadiéndolos a su creciente catálogo de objetos del Sistema Solar”, concluye Tanga.

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El observatorio, que fue lanzado el pasado diciembre, está siendo sometido a todas las pruebas previas a su entrada en operación

El nuevo gran telescopio Gaia lleva un mes en su lugar de operación en el espacio, a un millón y medio de kilómetros de la Tierra, y los expertos de la Agencia Europea del Espacio (ESA) están haciéndole todas las pruebas previas a su entrada en operación científica. Los aparatos de a bordo, incluido el reloj atómico, la antena para enviar datos a la Tierra y los propulsores funcionan correctamente, pero se ha detectado un problema porque en algunas imágenes se aprecia un exceso de iluminación que entra en los detectores, lo que podría comprometer la capacidad del observatorio de hacer determinadas medidas de las estrellas más tenues, según explica el equipo de la misión en su blog.

Ilustración del telescopio espacial 'Gaia' de la Agencia Europea del Espacio. / ESA

El Gaia, con un coste de 800 millones de euros, fue lanzado al espacio el pasado 19 de diciembre desde la base europea en Kourou (Guayana francesa). Se trata de una ambiciosa misión de astronomía diseñada para cartografiar mil millones de estrellas en la Vía Láctea y hacer un mapa tridimensional de la galaxia con datos de alta precisión de las propiedades de cada astro observado, su posición y desplazamiento. El observatorio está situado en órbita de Lagrange 2, un punto virtual en el espacio de equilibrio gravitatorio de la Tierra y el Sol. Uno de los componentes fundamentales del telescopio es una gran pantalla de 10 metros de diámetro que protege sus sensibles componentes de la luz y el calor solar.

Los expertos sospechan que el problema de la luz que han detectado en las pruebas se origina precisamente en ese gran parasol: la luz solar se difracta en el borde de manera que entra en el plano focal del telescopio. Pero ya tienen un plan para evitarlo y resolver el problema. Se trata de variar ligeramente la inclinación del parasol, pasando de los 45 grados actuales respecto al Sol a 42 grados. Con esto se puede evitar esa entrada de luz, pero los técnicos advierten que tardarán todavía una semanas en poner en marcha su plan y probar si funciona como esperan ya que tienen que hacer ajustes previos en los sistemas de control del telescopio para no generar falsas alarmas en su software.

Está previsto que el minucioso proceso de pruebas y calibración de los instrumentos científicos del Gaia dure varios meses antes de que empiece su labor científica. Es una misión de cinco años operacionales, como mínimo, y generará un archivo astronómico de más de un millón de gigabytes, equivalente a unos 200.000 DVD de datos.

ELPAIS.es

Camuflado entre un sinfín de estrellas, el diminuto punto blanco marcado en rojo en estas dos imágenes es el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea, visto desde el Telescopio VLT del Observatorio Europeo Austral en Chile.

Gaia se lanzó el 19 de diciembre de 2013 desde el Puerto Espacial de la ESA en la Guayana Francesa, y actualmente se encuentra a 1.5 millones de kilómetros de nuestro planeta, en órbita a un punto virtual del espacio conocido como L2. Desde este puesto de observación privilegiado, Gaia escaneará de forma continua el firmamento durante cinco años para cartografiar mil millones de estrellas en la Vía Láctea.

Según informa la ESA en un comunicado, las observaciones de Gaia permitirán elaborar un mapa de la posición y el desplazamiento tridimensional de las estrellas con una precisión sin precedentes, lo que nos ayudará a comprender mejor el origen y la evolución de nuestra Galaxia.

Pero para ello, Gaia necesita determinar la ubicación de las estrellas con un grado de precisión extraordinario - el equivalente al que sería necesario para detectar desde la Tierra una moneda de Euro posada sobre la superficie de la Luna. Sin embargo, para que esto funcione también hace falta conocer con precisión la posición del satélite en el Sistema Solar.

Afortunadamente es posible - aunque no fácil - observar a Gaia con un telescopio desde la superficie de la Tierra, ya que su gran parasol y las estructuras como los paneles solares o la antena reflejan luz difusa. A esta gran distancia, el brillo de Gaia es un millón de veces más débil que el límite observable por el ojo humano.

Una red de pequeños y medianos telescopios está monitorizando a Gaia a diario para determinar su posición en el firmamento. Estos datos se envían al Centro de Operaciones Espaciales de la ESA para reconstruir la órbita del satélite, lo que permite determinar su posición con una precisión de 150 metros, y su desplazamiento con un margen de 2.5 mm/s.

Estas dos imágenes, tomadas en un intervalo de 6,5 minutos el pasado día 23 de enero, son el resultado de una estrecha colaboración entre la ESA y el Observatorio Austral Europeo para observar a Gaia.

ELMUNDO.es

La misión de la ESA para estudiar mil millones de estrellas, Gaia, ya puede ver con claridad. Esta imagen de calibración nos muestra un denso cúmulo de estrellas en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de nuestra Vía Láctea.

Cuando Gaia comience sus observaciones rutinarias generará una gran cantidad de datos. Para trabajar con eficacia, sólo enviará a Tierra pequeños ‘recortes’ centrados en cada una de las estrellas que figuran entre sus objetivos.

Esta imagen de calibración fue tomada durante las actividades de puesta en servicio de la misión para ‘afinar’ el comportamiento de los instrumentos. Es una de las primeras imágenes propiamente dichas tomada por Gaia, pero irónicamente también será una de las últimas.

Gaia se lanzó el pasado día 19 de diciembre de 2013 y actualmente se encuentra en órbita alrededor de un punto virtual conocido como L2, situado a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra.

El objetivo principal de Gaia es confeccionar el mapa más preciso de la Vía Láctea, midiendo con precisión la posición y el desplazamiento de un 1% de su población de estrellas, que se estima en unos 100 mil millones. Sus resultados nos ayudarán a comprender mejor el origen y la evolución de nuestra Galaxia.

Gaia escaneará el firmamento de forma repetitiva, observando cada una de estas mil millones de estrellas una media de 70 veces a lo largo de los cinco años que durará su misión. Además de determinar su posición y desplazamiento, Gaia también estudiará las propiedades físicas fundamentales de cada estrella, como su brillo, temperatura o composición química.

Funcionamiento de la cámara de mil millones de píxeles de Gaia

Para ello el satélite rota lentamente sobre sí mismo, barriendo el firmamento con sus dos telescopios que focalizan sus haces independientes sobre una única cámara digital – la más grande jamás lanzada al espacio, con casi mil millones de píxeles.

Pero primero hay que alinear y enfocar los telescopios, y calibrar con precisión todos sus instrumentos, una delicada tarea que llevará varios meses. Cuando haya concluido, Gaia podrá empezar su fase operativa, que durará cinco años.

Como parte de este proceso, el equipo de Gaia está utilizando un modo de pruebas para descargar secciones de datos de la cámara, entre las que se incluye esta imagen de NGC1818, un joven cúmulo de estrellas en la Gran Nube de Magallanes. Esta imagen cubre menos de un 1% del campo visual de los instrumentos de Gaia.

El trabajo avanza a buen ritmo, pero todavía queda mucho por delante para comprender en profundidad el comportamiento y las prestaciones de todos los instrumentos del satélite.

Si bien Gaia ya habrá observado todas sus estrellas objetivo durante los primeros seis meses de operaciones, necesita volver a estudiarlas repetidas veces a lo largo de cinco años para poder detectar sus minúsculos desplazamientos, lo que permitirá a los astrónomos derivar la posición y el movimiento tridimensional de cada estrella.

Por este motivo, el catálogo final de Gaia no estará disponible hasta tres años después del fin de las operaciones de la misión, aunque se realizarán publicaciones intermedias. No obstante, si Gaia detecta algún objeto que cambie con rapidez, como una supernova, emitirá una alerta en cuestión de horas.

Al final de su misión, el archivo de datos de Gaia superará el millón de gigabytes, el equivalente a unos 200.000 DVD. El Consorcio de Procesamiento y Análisis de los Datos de Gaia, compuesto por más de 400 personas de distintos centros de investigación de toda Europa, será el responsable de preparar esta colosal mina de datos para la comunidad científica.

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El martes por la tarde, tras un modesto encendido de sus motores, el satélite de la ESA que catalogará mil millones de estrellas entró en su órbita operacional alrededor del ‘L2’, un punto virtual en mitad de la nada. Pero, ¿cómo se puede mantener girando en torno a un punto vacío? ¿y quién le indicó cómo llegar hasta este peculiar lugar?

Justo después de las 15:30 GMT (16:30 CET) del martes, Gaia encendió brevemente sus motores para entrar definitivamente en la órbita prevista para llevar a cabo su misión científica. El trabajo había quedado prácticamente completado la semana anterior, cuando Gaia encendió sus motores durante casi dos horas para seguir una sinuosa trayectoria alrededor del punto L2 de Lagrange, a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra.

Aunque pueda parecer sencillo, esta maniobra oculta un hecho extraordinario: Gaia orbita alrededor de un punto virtual, un lugar vacío en la inmensidad del espacio.

“Los puntos de Lagrange son muy especiales – no hay absolutamente nada allí”, explica Markus Landgraf, uno de los analistas de misión en el ESOC, el centro de operaciones de la ESA en Darmstadt, Alemania.

“Son los puntos donde la suma de las fuerzas gravitatorias de dos cuerpos, en este caso el Sol y la Tierra, compensa la fuerza centrífuga del movimiento de la Tierra alrededor del Sol, proporcionando unas condiciones únicas para observar el Sol o nuestra Galaxia”.

Gaia se encuentra en una órbita Lissajous

Vistos desde estos puntos (hay cinco diferentes en el sistema Sol-Tierra), el Sol, la Tierra y la Luna están muy juntos en el firmamento, lo que significa que Gaia pude utilizar su parasol para proteger a sus instrumentos del calor y la luz de estos tres cuerpos celestes de forma simultánea.

Esto también implica que la cara opuesta del satélite puede mantener una temperatura muy baja y disfrutar de una vista completamente despejada del Universo.

El entorno de radiación en el punto L2 es bastante moderado, lo que ayuda a prolongar la vida útil de los delicados detectores de los instrumentos del satélite.

No obstante, las órbitas en torno al punto L2 son inestables por naturaleza.

“Tenemos que realizar maniobras cada mes para mantener la posición del satélite, o las perturbaciones terminarían provocando que se ‘soltase’ del punto L2”, comenta David Milligan, Responsable de las Operaciones de Gaia.

Si has visto las fotografías de la Tierra vista desde la Estación Espacial Internacional, o las imágenes de la superficie de Marte tomadas por Mars Express, te parecerá lógico que un satélite tenga que orbitar alrededor de algo. ¿cómo se logra que Gaia orbite alrededor de un punto virtual, completamente vacío?

Para mantener a Gaia en órbita durante los cinco años que durará su misión se necesita el minucioso trabajo del equipo de dinámica del vuelo de la ESA – los expertos que determinan y calculan trayectorias, preparan maniobras orbitales y analizan la orientación de los satélites.

Los expertos en dinámica del vuelo utilizan una serie de herramientas informáticas, desarrolladas y perfeccionadas a lo largo de décadas para las misiones espaciales que orbitan la Tierra o se adentran en el Sistema Solar.

Para diseñar la trayectoria se utilizan modelos matemáticos que generan una estimación de la órbita objetivo y de cómo llegar hasta allí. Este modelo tiene en cuenta los requisitos y las limitaciones del lanzador y los enlaces de comunicaciones que serán necesarios.

A continuación, estas estimaciones se someten a una simulación para evaluar si la trayectoria viola alguna de las restricciones. A veces no existe una solución que cumpla con todos los requisitos.

“En este punto los conocimientos y la experiencia del equipo son indispensables para reconsiderar las hipótesis iniciales y comenzar de nuevo todo el proceso”, aclara Frank Dreger, Responsable de Dinámica del Vuelo.

“No existen soluciones comerciales para obtener este tipo de resultados – las herramientas y la experiencia necesarias se han estado desarrollando en el ESOC a lo largo de varias décadas, constituyendo un recurso escaso en el mundo y único en Europa”.

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