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Mil millones de píxeles para mil millones de estrellas

Última actualización: Domingo, 16 de octubre de 2011
Científicos de la Agencia Espacial Europea

e2v ha trabajado durante más de cinco años para producir todos los CCD del Gaia.

Dudo que aquellos que vayan a comprar un bote de pintura a la tienda que la cadena de ferreterías Homebase tiene en la localidad inglesa de Chelmsford piensen demasiado en lo que sucede en la fábrica tecnología punta colindante.

Se trata de la sede central de e2v, una compañía que ganó fama tras la Segunda Guerra Mundial fabricando lámparas para la industria de los televisores pero que ahora produce sensores de cámaras para algunas de las misiones espaciales más importantes.

Las últimas imágenes de Marte, Mercurio y el Sol, y las extraordinarias vistas del telescopio Hubble han sido tomadas gracias a los dispositivos de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés) fabricados por e2v en el este de Inglaterra.

Explicado de una manera simple, los CCD transforman la luz que se refleja en su superficie en una señal eléctrica. En un telescopio como el Hubble, que orbita a unos 560 kilómetros de la superficie de nuestro planeta, esa señal eléctrica es procesada y transmitida a tierra, donde puede fácilmente ser transformada de nuevo en una imagen en una pantalla de una computadora.

Pero si bien el instrumento principal del Hubble, la Cámara de Gran Angular 3, incorpora dos CCD fabricados por e2v, el sistema de sensores que acaba de terminar la compañía incluye 106 CCD.

Este enorme sistema (de cerca de 1.000 millones de píxeles) será instalado en el satélite Gaia que la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) lanzará en junio de 2013.

Gaia será enviado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, desde donde observará el universo.

El telescopio Gaia

Impresión artística del telescopio Gaia
  • El telescopio Gaia elaborará un mapa preciso en tres dimensiones de la Vía Láctea.
  • Se trata del sucesor europeo del satélite Hipparcos, que registró cerca de 100.000 estrellas.
  • Los 1.000 millones de estrellas que registrará el Gaia representan tan solo un 1% del total de la Vía Láctea.
  • La calidad de la nueva investigación permitirá descubrimientos que irán más allá de las propias estrellas.
  • Gaia buscará nuevos asteroides, estrellas fallidas y permitirá llevar a cabo pruebas de teorías físicas.
  • Será lanzado por la nave Soyuz en 2013 y estará situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.
  • Se necesitará una supercomputadora para preparar el catálogo final, que se espera esté listo hacia el año 2020.

En un periodo de cinco años, el sistema creado por e2v, junto con dos telescopios y otro instrumental sofisticado que incluye un reloj atómico, elaborará un mapa de la Vía Láctea en 3 dimensiones sin precedente.

Gaia detallará la posición, distancia, movimiento y composición precisas de las estrellas más brillantes de galaxias tan lejanas como la de Andrómeda.

Se espera que esta información dé nuevos datos sobre la estructura, origen y evolución de nuestra galaxia. Y como Gaia captará cualquier cosa que pase por delante de sus CCD, es probable que registre innumerables objetos desconocidos hasta la fecha, como asteroides o planetas que se encuentran más allá de nuestro sistema solar o estrellas que nunca llegaron a ver la luz.

Sus mediciones incluso permitirán a los científicos llevar a cabo pruebas de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

e2v se involucró en los primeros trabajos de Gaia a fines de los años ‘90. Por aquel entonces se quería construir un gran satélite que transportara dos sistemas de cámaras que incorporaran unos 500 CCD.

La compañía ha trabajado durante más de cinco años para producir todos los CCD que lleva Gaia.

El área sensible en cada detector de los CCD mide 45.0 milímetros por 59.0 milímetros, abarcando 1.966 píxeles por 4.500 píxeles.

Los pequeños dispositivos están colocados en filas sobre una estructura de soporte hecha de carburo de silicio, un material muy ligero y resistente que no se curva o tuerce cuando experimenta temperaturas extremas en el espacio.

En total, el sistema tiene una superficie de poco menos de medio metro cuadrado.

La idea es que los dos telescopios del Gaia focalicen las estrellas en el sistema de CCD, con el que se registrarán las posiciones y propiedades individuales de estos objetos celestes.

Aunque para la misión final se necesitaron 106 CCD, los diferentes programas de desarrollo y prueba hicieron que le fueran entregados bastantes más de estos dispositivos a Astrium, el fabricante que está montando el Gaia en sus instalaciones de Toulouse, en Francia.

CCD-La cámara cósmica

CCD
  • Los CCD transforman la luz que se refleja en su superficie en una señal eléctrica que se puede transmitir fácilmente.
  • Estos dispositivos, cuyos inventores recibieron el Nobel en 2009, son esenciales en las misiones espaciales modernas
  • e2v produjo 174 CCD para el proyecto del Gaia. Cuatro de ellos pueden verse en la imagen superior.
  • El mayor sistema de CCD se encuentra en el telescopio Kepler de la NASA.

"El número total de modelos de vuelo y repuestos de vuelo fue de 130, lo que es un número significativo si tenemos en cuenta que para la mayoría de nuestros programas espaciales hablamos de cinco o seis dispositivos de vuelo, a lo sumo diez", explica Roy Steward, jefe de proyectos de e2v.

"Y por supuesto también hubo modelos de ingeniería y de otro tipo, 44 de ellos. Por lo que estamos hablando de un total de 174 CCD".

Gaia es ciertamente un proyecto a largo plazo. Desde que fue aprobado hasta su lanzamiento habrán pasado 13 años. Recolectar y procesar todos los datos de su catálogo de estrellas llevará otros siete u ocho años.

"Los datos que serán recogidos tendrán un tamaño de 100 terabytes y cuando estos sean procesados estaremos hablando de 1 petabyte (1.000.000.000.000.000 de bytes", explica Giuseppe Sarri, el encargado del proyecto del telescopio Gaia en la ESA.

"Para el análisis, será necesaria una supercomputadora", señala Sarri.

Llevar toda la información del Gaia a la Tierra requerirá una capacidad de transferencia impresionante: unos 5 Mb/s en sus envíos diarios, similar a muchas conexiones de banda ancha caseras, pero a una distancia de 1,5 millones de kilómetros.

El proyecto de e2v para el Gaia, valorado en 20 millones de euros (unos US$27 millones), ha sido más que un desafío interesante. La inversión necesaria en las instalaciones de la compañía en Chelmsford para producir todos los CCD ha hecho que la firma se encuentre en estos momentos en una posición excelente para competir por otros negocios espaciales.

"Gaia hizo que aumentáramos en ritmo y nos puso por delante", asegura Jon Kemp, responsable de marketing y aplicaciones de e2v.

Contexto

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