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El impresionante movimiento del telescopio James Web en el punto de Lagrange L2

El telescopio espacial James Web está orbitando a una distancia de 1 millón de kilómetros es un punto de Lagrange, concretamente en el L2.

Pero ¿qué son los puntos de Lagrange?

Los puntos de Lagrange son lugares en el espacio interplanetario donde las fuerzas gravitatorias y el movimiento orbital del cuerpo se equilibran entre sí. Fueron descubiertos por el matemático francés Louis Lagrange en 1772 tratando un caso particular del problema de tres cuerpos, usando un tercer cuerpo muy pequeño (m) en órbita alrededor de las órbitas de dos cuerpos más masivos M1 y M2.

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                                               Problema de tres cuerpos 

Podemos decir que los puntos de Lagrange (L1, L2, L3, L4 y L5) son las soluciones estacionarias del problema de tres cuerpos restringido a órbitas circulares.

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En el caso de órbitas elípticas no hay puntos estacionarios sino que más bien se trata de una especie de «área».

Los puntos de Lagrange sucesivos forman órbitas elípticas estacionarias, geométricamente semejante a la órbita de los cuerpos mayores.

Esto se debe a la segunda ley de Newton:

(dp/dt = F), dónde p = mv (p es la cantidad de movimiento, m la masa y v la velocidad). p es un invariante si la fuerza y posición se multiplican por un mismo factor.

Un cuerpo en un punto de Lagrange órbita con el mismo período que los dos cuerpos grandes en el caso circular, implicando que tienen la misma proporción entre fuerza gravitatoria y distancia radial. Este hecho es independiente de la circularidad de las órbitas e implica por tanto que las órbitas elípticas descritas por los puntos de Lagrange son soluciones de la ecuación de movimiento del tercer cuerpo.

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Áreas de Lagrange

Por tanto en esas zonas pueden quedarse atrapados de forma estacionaria algunos asteroides. ¿Pero en qué zonas de Lagrange podemos encontrarlos?

De los cinco puntos de Lagrange, tres son inestables y dos son estables, los puntos inestables son los L1, L2 y L3, que se encuentran en la línea que une las dos grandes masas del sistema.

    Los puntos de Lagrange estables – L4 y L5 – forman el ápice de dos triángulos equiláteros que tienen las grandes masas en sus vértices, formando un ángulo de 60º con la masa más grande. Por tanto en esas zonas encontraríamos acumulado algún tipo de objeto, y de hecho así es, en Júpiter encontramos lo que se denomina asteroides troyanos y griegos en estado de oscilación.

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Asteroides troyanos de Júpiter (en zonas de Lagrange L4 y L5 – puntos verdes)

Estos asteroides siguen órbitas alargadas en forma de “gota” (ver figura anterior “áreas de Lagrange”), sus movimientos son una combinación entre el periodo de 12 años de Júpiter y otro periodo más largo de 150 a 200 años de duración. El primero descubierto fue en 1906 por el astrónomo Max Wolf que descubrió un asteroide que parecía oscilar entorno al punto L4, tal asteroide se le llamó Aquiles, no se tardó mucho en encontrar más asteroides tanto en L4 como en L5, a los que se descubrieron en L4 se les puso nombres de diversos guerreros griegos y los del punto L5 nombres de los defensores de la ciudad de Troya.

   En el caso de la Tierra por ejemplo los puntos L4 y L5 están ocupados por partículas meteóricas que aparecen en condiciones de buena visibilidad como una tenue nebulosidad, a estas zonas se las denomina Nubes de Kordylewski.

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Zonas de Lagrange para el caso de la Tierra

En cuanto al punto L3 (opuesto al sol) aparece una luminosidad visible después de la puesta del sol en el plano de la eclíptica, este fenómeno recibe el nombre de “Gegenschein” , y se debe a la iluminación por parte del sol de partículas meteóricas en dicho punto de Lagrange.

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El Gegenschein desde Chile (Observatorio las Campanas), Créditos : Yuri Beletsky -http://apod.nasa.gov/apod/ap140114.html

Muchos más planetas tienen objetos en sus respectivos puntos de Lagrange L4 y L5, por ejemplo Neptuno tiene objetos troyanos del cinturón de Kuiper. Saturno tiene una luna, la luna Tetis que tiene dos satélites más pequeños en los puntos L4 y L5, de nombre Telesto y Calipso. También otra luna de Saturno, concretamente Dione tiene dos lunas menores, las lunas Helena y Pollux en los puntos de Lagrange.

  Los puntos de Lagrange L4 y L5 son muy estables, si en algún momento un objeto que este en estos puntos es perturbado, volvería a la estabilidad de esa órbita debido a la fuerza de Coriolis que actuaría sobre el cuerpo, esta fuerza hace que un objeto que se desplace alejándose del eje de rotación lo empuje en sentido contrario a la rotación del sistema.

Como veis el Sistema Solar es un sistema muy complejo, en el que hay una gran cantidad de objetos ubicados en muchas zonas, no hay un vacío entre planetas, estamos rodeados de billones de objetos de todos los tamaños que hacen que nuestro Sistema Solar sea de los más fascinantes conocidos hasta la fecha.

El movimiento de corrección del telescopio espacial James Web en L2 debe ser continuo y lo hace en forma de una órbita parecida a una gota, lo podéis ver en el siguiente vídeo de la NASA:

Algunos de los programas seleccionados para estudios desde el James Web incluyen el examen de Júpiter y sus lunas, la búsqueda de moléculas orgánicas alrededor de las estrellas jóvenes,  calculo de la masa de agujeros negros supermasivos que acechan en núcleos galácticos y la búsqueda de galaxias en el universo temprano.

webb espacioUna de las áreas de investigación más esperadas por Webb sera estudiar planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, los explanetas. Cuando un exoplaneta pasa frente a su estrella, la luz de la estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta, que absorbe ciertos colores de luz dependiendo de la composición química. Webb medirá esta absorción, utilizando espectrógrafos infrarrojos, para buscar las huellas químicas de los gases de la atmósfera. Los resultados ayudarán a guiar las estrategias de observación de las super Tierras más pequeñas, en su mayoría rocosas y más similares a la Tierra, donde la composición atmosférica puede dar indicios de la potencial habitabilidad de un planeta.

Webb también observará el universo distante, examinando galaxias cuya luz se ha estirado en longitudes de onda infrarrojas mediante la expansión del espacio. Esta región infrarroja está más allá de lo que el Hubble puede detectar.

Para más información: 

www.nasa.gov/webb

www.webbtelescope.org

El mejor telescopio espacial de la Historia: James Webb

El James Webb es el telescopio espacial más grande, poderoso, espectacular y complejo jamás construido y lanzado al espacio.

El telescopio espacial James Webb (JWST o Webb) es un observatorio infrarrojo en órbita que complementará y ampliará los descubrimientos del fructífero telescopio espacial Hubble , con una cobertura de longitud de onda más larga y una sensibilidad muy mejorada. Las longitudes de onda más largas permiten a Webb mirar mucho más cerca del comienzo del tiempo y buscar la formación no observada de las primeras galaxias , así como mirar dentro de las densas nubes de polvo donde se están formando las nuevas estrellas y los sistemas planetarios.

Representación artística del telescopio espacial James Webb. Créditos: ESA/NASA

Los objetos más distantes se desplazan más al rojo y su luz se desplaza desde los rayos ultravioleta y óptica hacia el infrarrojo cercano. Por lo tanto, las observaciones de estos objetos distantes (como las primeras galaxias formadas en el Universo, por ejemplo) requieren un telescopio infrarrojo. Webb observará principalmente el Universo en infrarrojos, mientras que Hubble lo estudiará principalmente en longitudes de onda ópticas y ultravioleta (aunque tiene alguna capacidad infrarroja). Webb también tiene un espejo mucho más grande que el Hubble. Esta mayor área de recolección de luz significa que Webb puede mirar más atrás en el tiempo de lo que Hubble es capaz de hacer. 

El Hubble se encuentra en una órbita muy cercana alrededor de la Tierra, mientras que Webb estará a 1,5 millones de kilómetros (km) de distancia en el segundo punto de Lagrange (L2).

Una vez en órbita, será el telescopio astronómico más grande lanzado al espacio, con un espejo primario de 6,5 metros de diámetro y unas dimensiones de su escudo térmico, una vez desplegado, similares a las de una cancha de tenis. El espejo está formado por 18 segmentos y el escudo térmico, que debe proteger el telescopio de la radiación solar, está compuesto por cinco membranas de Kapton, un polímero del que se ha desarrollado una versión avanzada especial para JWST y que es especialista en diseminar la temperatura hacia el exterior. Entre la capa más externa, y más próxima al Sol, y la más interna, y cercana al espejo primario, habrá un salto de 84º a -230º C, que es la temperatura necesaria para que los instrumentos de infrarrojo puedan operar. Como hemos visto tendrá un espejo primario de 6.5 metros diámetro, lo que le dará un área de recolección significativamente mayor que los espejos disponibles en la generación actual de telescopios espaciales. El espejo del Hubble tiene 2,4 metros de diámetro mucho más pequeño y su área de recolección correspondiente es de 4.5 m 2, lo que le da a Webb alrededor de 6.25 veces más área de recolección. 

Comparación del espejo primario del Hubble con el Webb. Créditos: NASA

Los datos de las primeras observaciones científicas específicas del Telescopio Espacial James Webb, ya están perfiladas. Estas observaciones se completarán dentro de los primeros cinco meses de las operaciones científicas del Webb. Algunos de los programas seleccionados incluyen el examen de Júpiter y sus lunas, la búsqueda de moléculas orgánicas alrededor de las estrellas jóvenes,  calculo de la masa de agujeros negros supermasivos que acechan en núcleos galácticos y la búsqueda de galaxias en el universo temprano. En el siguiente enlace podéis consultar qué objetivos tendrá en sus primeros meses: Programa de observación del telescopio espacial James Webb

webb espacioUna de las áreas de investigación más esperadas por Webb sera estudiar planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, los explanetas. Cuando un exoplaneta pasa frente a su estrella, la luz de la estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta, que absorbe ciertos colores de luz dependiendo de la composición química. Webb medirá esta absorción, utilizando espectrógrafos infrarrojos, para buscar las huellas químicas de los gases de la atmósfera. Los resultados ayudarán a guiar las estrategias de observación de las super Tierras más pequeñas, en su mayoría rocosas y más similares a la Tierra, donde la composición atmosférica puede dar indicios de la potencial habitabilidad de un planeta.

Webb también observará el universo distante, examinando galaxias cuya luz se ha estirado en longitudes de onda infrarrojas mediante la expansión del espacio. Esta región infrarroja está más allá de lo que el Hubble puede detectar. Este telescopio nos abrirá una nueva visión del Cosmos y seguramente nos hará descubrir cosas sorprendentes.

Para saber más:

Página oficial del Telescopio espacial James Webb: https://www.jwst.nasa.gov/index.html

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¿Te has preguntado alguna vez cuántos tipos de telescopios existen?

El telescopio más grande de la Tierra es el Gran Telescopio Canarias, que mide 7 metros de diámetro, está situado en las Islas Canarias (España) y fue construido en 2009. El Telescopio Espacial Hubble orbita nuestro planeta mientras observa la oscuridad del universo. Estos son sólo dos ejemplos de lo mucho que varían nuestros telescopios hoy en día, pero hay muchos más.

Es hora de descubrir cuántos tipos de telescopios existen realmente. En términos de telescopios, la parte del telescopio que recoge la luz se llama conjunto de tubo óptico, el OTA. Este tendrá una lente en la parte delantera, un espejo en la parte trasera, o ambos. El dispositivo que sostiene el OTA y permite apuntarlo y controlarlo se llama montura. Puede tener forma de trípode o de otro tipo. El OTA más la montura se llamaría telescopio. Aquí te digo cuales son los mejores telescopios.

En esta discusión, me centraré en el conjunto del tubo óptico. Hay tres tipos que son los más comunes en el mercado de la astronomía. Estos son:

· Refractores – basados en una lente objetiva para recoger la luz

· Reflectores Newtonianos – basados en un espejo para recoger la luz

· Catadióptricos – basados en una combinación de lentes y espejos

Desarrollado a principios del siglo XVII, es el OTA que popularizó Galileo Galilei pocos años después de la invención del telescopio. Dispone de una lente curva en la parte delantera que recoge la luz y la desvía hacia el punto focal a lo largo de la distancia focal del tubo óptico. La luz suele chocar con un espejo o dispositivo prismático llamado diagonal que la dirige al ocular. Un enfocador desplaza alguna parte del recorrido óptico para enfocar correctamente el flujo luminoso, creando una imagen nítida. A continuación, el ocular amplía la imagen y la presenta al ojo del observador o al sensor de una cámara.

Telescopios refractores

Una característica clave de este diseño OTA es que no hay nada que obstruya el camino óptico, lo que significa que toda la apertura, la extensión de la lente frontal, está disponible para recoger la luz y presentarla al ocular. Esta será una diferencia clave con respecto a los otros diseños que discutiremos.

Un carácter negativo de este diseño es que la luz que pasa a través de la lente de apertura se divide en sus respectivos colores de forma similar a un prisma que proyecta arco iris en la pared. Lamentablemente, un efecto secundario de esto es que no todos los flujos de color llegan al ocular exactamente al mismo tiempo. Como resultado, el refractor presenta una aberración cromática o un falso color en la imagen. Un desarrollo posterior implicó la adición de una o más lentes adicionales para minimizar la aberración cromática.

El diseño más básico de los refractores modernos, el refractor acromático, utiliza dos lentes que reducen en gran medida esta aberración cromática, pero no la eliminan por completo. Este es el diseño que vemos en los refractores de gama baja a media. Esta aberración cromática es más evidente en las relaciones focales bajas y es más notable alrededor de los objetos brillantes

Reflector Newtoniano

Desarrollado por Sir Isaac Newton a mediados del siglo XVI, utiliza un espejo en lugar de una lente para enfocar la luz. Una gran ventaja es que no se introduce la aberración cromática. la luz entra por la izquierda, choca con un espejo en la parte posterior que la enfoca y la envía a un espejo plano secundario con un ángulo de 45 grados para dirigirla al ocular. En el diseño original se utilizaba metal pulido, pero hoy en día se utiliza vidrio como base al que se le ha depositado una capa aluminizada para crear una superficie altamente reflectante, el espejo.

El espejo primario puede tener forma esférica, pero los espejos más grandes, normalmente de más de 100 mm, suelen ser parabólicos. La imagen producida por un reflector newtoniano está invertida. Esto no importa mucho cuando se ve el cielo, pero significa que el newtoniano no es adecuado para el uso terrestre diurno. Ver los barcos en el lago al revés no sería deseable.

En comparación con el refractor, podemos ver que el newtoniano tiene una obstrucción central en forma de espejo secundario. Esto significa que parte de la luz que entra en el tubo óptico es bloqueada por el espejo secundario. Como resultado de esta obstrucción central, el refractor puede recoger más luz real en una apertura más pequeña que el newtoniano. La ventaja del newtoniano es que es más fácil fabricar espejos grandes que lentes grandes.

Telescopios catadióptricos

En términos sencillos, un conjunto de tubos ópticos catadióptricos es una combinación de lentes y espejos. Los dos diseños más comunes en el mercado de aficionados son el telescopio Schmidt-Cassegrain, SCT, y el telescopio Maksutov-Cassegrain, MCT. Ambos tienen una placa correctora delantera, que es una lente, un espejo primario trasero con un agujero en el centro, y un reflector secundario que suele estar unido a la placa correctora.

El SCT se basa en una placa correctora esférica en la parte delantera, un espejo primario esférico y un espejo secundario esférico. El secundario dirige la luz hacia atrás a través de un agujero en el espejo primario, hacia la diagonal y luego hacia el ocular.

Los SCT son muy populares en el mercado de los aficionados. Los tamaños suelen oscilar entre 4″/102 mm y 16″/400 mm. Es posible utilizar tamaños más grandes, pero son muy caros.

Créditos del texto e imágenes: Nuestro agradecimiento a la web Fan de los Telescopios

Para saber más:

Fan de los telescopios

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La red de telescopios Flyeye: Búsqueda de objetos peligrosos para la Tierra

Hoy en día, para buscar objetos del Sistema Solar peligrosos (los llamados NEAs), por posibilidad de impacto en la Tierra ,se utilizan telescopios tradicionales con un campo de visión estrecho. Como estos telescopios solo pueden observar una pequeña porción del cielo a la vez, es un proceso lento y tedioso.

Pero la Agencia Europea del Espacio (ESA) en colaboración con el European Southern Observatory (ESO) junto con otras agencias del espacio están realizando un esfuerzo global para acelerar y mejorar esta búsqueda, se está desarrollando el telescopio llamado Flyeye. Su diseño inspirado en insectos le da un campo de visión mucho más amplio, lo que le permite cubrir grandes regiones del cielo mucho más rápido que los diseños tradicionales. Este nuevo telescopio europeo divide cada imagen en 16 subimágenes más pequeñas, expandiendo su campo de visión general, similar a la técnica utilizada por el ojo compuesto de una mosca.

Créditos: ESA

Cada noche, una futura red de estos telescopios Flyeye escaneará los cielos en busca de objetos peligrosos, marcando automáticamente los que presenten un riesgo de impacto y comunicándolo para su estudio inmediato. El primer Flyeye está ahora en construcción y está previsto que se instale en la cima de una montaña en Sicilia, Italia, en 2022.

La red estará completamente automatizada. El software coordinará la programación y realización de las observaciones y destacará cualquier descubrimiento amenazador. La red Flyeye detectará todo hasta unos 40 metros de diámetro, generalmente tres semanas antes de un impacto potencial.

Los datos recopilados se enviarán luego al Minor Planet Center, lo que provocará observaciones de seguimiento para comprender mejor las órbitas de estos objetos cercanos a la Tierra y, eventualmente, su probabilidad de impacto.

Los NEAs (Near Earth Objects-objetos cercanos a la Tierra), son asteroides eyectados del cinturón principal de asteroides, o cometas extintos provenientes del cinturón de Kuiper  que se encuentran en órbitas muy cercanas a la Tierra y algunos de ellos incluso llegan a cruzan su órbita, con el consiguiente peligro de impacto. Suelen ser órbitas excéntricas y con perihelios cerca de 1,3 UA. Los NEAs de tipo asteroidal provienen del Cinturón principal ya que debido a resonancias con Júpiter varían su órbita y se trasladan a órbitas menores de 1,3UA.

El cinturón principal de asteroides tiene unos huecos, los llamados huecos de Kirkwood que son las zonas donde se producen estas resonancias,  cuando un asteroide entra en esos huecos es lanzado por Júpiter hacia el interior del Sistema Solar o fuera de él, ya que va variando la órbita del asteroide. Una vez convertidos en objetos cercanos a la Tierra sobreviven en su órbita unos pocos millones de años hasta que son eliminados por degradación orbital  colisionando con el Sol o con los planetas interiores.

Podemos agruparlos en tres grupos:

Tipo meteoroide, que son de tamaño menor a 50m.

Tipo asteroide, que pueden ser tamaños entre 50m y decenas de Kilómetros.

 –Tipo cometa, que son cometas extintos que ya no tienen elementos volátiles y que han quedado atrapados en órbitas cercanas al Sol.

Nos centraremos en los NEAs tipo asteroide. Estos se clasifican en tres grupos: Amor, Apolo y Atenas (llamados grupo AAA), desde los más alejados a la tierra como es el caso del tipo Amor, hasta los más cercanos y peligrosos que son los de tipo Atenas (o Atón). En la figura podemos ver las órbitas de estos asteroides:

órbitas de NEAs
 Órbitas de los NEAs-figura del autor.

Veamos cada tipo con detenimiento:

-Asteroides Amor: tiene su radio orbital medio entre las órbitas de la Tierra y Marte, con un perihelio de entre 1.017 y 1,3 UA de la Tierra, y con un afelio muy grande ya que son órbitas excéntricas. Estos a menudo cruzan la órbita de Marte e incluso de Júpiter, pero no llegan cruzan la órbita de la Tierra, a no ser que por alguna perturbación sufrieran algún cambio en su órbita y llegaran a cruzar la órbita terrestre. Pero es muy inusual en esta familia de asteroides. Su nombre es debido al descubrimiento del asteroide (1221)Amor por el astrónomo Eugène Joseph Delporte desde el observatorio de Uccle (Bélgica), el 12 de marzo de 1932.

Es un conjunto de asteroides muy disperso con lo que a su vez se dividen en cuatro subgrupos: Amor I, II, III y IV. Los del grupo I tienen su semieje mayor entre la Tierra y Marte, es decir entre 1UA y 1,532UA, se les considera parte del cinturón de asteroides Tierra-Marte. El grupo II se encuentra entre 1,532 UA y 2,12 UA que es la zona interior del CP. El grupo Amor III llega desde los 2,12 UA hasta el extremo exterior del CP (unos 3,57UA), este es el grupo más poblado de los asteroides Amor. Finalmente el grupo IV tiene semieje mayor de 3,57 UA, es decir mayor que el extremo superior del Cinturón Principal de asteroides, es el menos poblado y además poseen gran excentricidad entre 0,6 y 0,75.

-Asteroides Apolo. Su órbita discurre por el exterior de la órbita de la Tierra, pero debido a que su perihelio es inferior a 1UA pueden cruzar la órbita de nuestro planeta. Su nombre proviene del asteroide (1862) Apolo descubierto por el astrónomo Karl Reinmuth en 1932. Se han descubierto cientos de estos asteroides, de decenas de Km. algunos de ellos como por ejemplo (1866) Sísifo de aproximadamente 10 km.

-Asteroides Atenas (Atón). Son los más peligrosos para la Tierra. Tienen un semieje  menor de 1UA, pero tienen órbitas muy excéntricas, por tanto estos no tienen por qué estar dentro de la órbita de la Tierra, de hecho la mayoría tienen un afelio de más un 1UA y cruzan la órbita de la Tierra. Son complicados de descubrir por su cercanía al Sol y por tanto muy peligrosos, reciben el nombre del asteroide (2062) Atón un asteroide rocoso de 1km descubierto en 1976 por E.F.Helin. A los asteroides Atenas más peligrosos para la Tierra por su órbita y tamaño se les denomina PHA (asteroide potencialmente peligroso). Se les considera así cuando su distancia mínima de intersección con la órbita terrestre es de 0,05UA, y que además tengan una magnitud de brillo absoluta de 22.0 o más brillante.

La nueva red de observación de estos objetos será muy importante para ponernos en guardia con suficiente antelación por posibles impactos.

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Telescopios y complementos

En esta entrada tenéis todo lo más importante e imprescindible sobre los telescopios de iniciación a la astronomía y avanzados, así como complementos de estos, también enlaces a páginas donde se pueden adquirir y comparar precios.

Los telescopios nos hacen ver objetos lejanos en el espacio, objetos que están a determinados años luz, cuando vemos los objetos estamos viendo la luz que enviaron hace el número de años luz a los que se encuentren. Sí observamos la estrella Próxima Centuari que se encuentra a 4.2 años luz, vemos la luz que envió hace 4.2 años, sí nos remontamos aun más lejos a M13 (cúmulo de Hércules) que se encuentra a 25.000 años luz, viajamos en el tiempo 25.000 años!! y no os digo nada sí observamos galaxias… estas se encuentran a millones de años luz. Viajamos en el tiempo pero también viajamos en el espacio, el telescopio nos hace un aumento angular del objeto, con lo que nos “acerca” en el espacio a lo que estemos observando. Por tanto nuestro telescopio es una máquina del tiempo y del espacio :).

TELESCOPIOS:

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