¡Hoy hemos usado un radiotelescopio de NASA en clase!

Juan Ángel Vaquerizo Gallego / 12-06-2012

Fantasías infantiles, claro… ¡Ahora resultará que la NASA se dedica a llevar telescopios a las aulas para que los manipulen las criaturas!

Físicamente a las aulas no, pero los estudiantes de ESO, Bachillerato y Universidad de toda España sí pueden realizar observaciones radioastronómicas remotas y no con un instrumento cualquiera, sino con uno excepcional: un radiotelescopio de 34 metros de diámetro con una interesante historia a sus espaldas. Está situado en el Madrid Deep Space Communications Complex (MDSCC), el Complejo Espacial de Comunicaciones con el Espacio Lejano que NASA tiene en España, cerca de Robledo de Chavela, a unos 60 km al oeste de Madrid. Este complejo es una de las tres estaciones de seguimiento de satélites de la NASA que componen su Red de Espacio Profundo (DSN, Deep Space Network) a lo largo del mundo: CDSCC (Canberra, Australia), GDSCC (Goldstone, EEUU) y MDSCC.

PARTNeR (Proyecto Académico con el Radio Telescopio de NASA en Robledo) es el nombre del programa que ha dado a los estudiantes participantes acceso al mismo tipo de antena que utilizan los radioastrónomos profesionales, nada menos que esto. El objetivo es que conozcan de primera mano los fundamentos de una investigación radioastronómica y, por supuesto, despertar en ellos el gusanillo de hacer ciencia o, como mínimo, una actitud positiva hacia ella.


La biografía de una antena histórica

Lo que ahora se utiliza como radiotelescopio educativo es una antena histórica, la primera del Complejo Espacial de NASA en Robledo, denominada originalmente DSS-61 (de Deep Space Station, Estación de Espacio Lejano). Esta antena parabólica con montura ecuatorial, inicialmentede 26 metros de diámetro, fue diseñada para comunicarse con las misiones de exploración espacial de NASA utilizando la banda S del espectro de radiofrecuencias (correspondiente a una frecuencia de unos 2 GHz). Y si uno lee su interesante biografía verá que cumplió con las expectativas generadas.

Su construcción se inicia en 1963 y es inaugurada en mayo de 1965. Debutó con el seguimiento de la misión Mariner IV, en julio de ese año, la primera de las naves enviadas a Marte que sobrevoló con éxito el Planeta Rojo y que fue capaz de tomar fotografías de la superficie marciana, concretamente 22, y enviarlas a la Tierra. Fueron las primeras imágenes de otro planeta transmitidas satisfactoriamente por una sonda espacial. Tras ese fructífero inicio, siguió participando en el soporte de otras misiones espaciales, como la Lunar Orbiter, de exploración fotográfica y la Surveyor, de preparación de la conocida misión Apollo, cuyo objetivo fue la llegada del hombre a la Luna.

En 1979, debido a las necesidades tecnológicas de las nuevas misiones de exploración de la NASA a lo largo del Sistema Solar, la antena se amplió de los 26 metros originales a 34 metros y se instalaron receptores y transmisores de banda X (alrededor de 8 GHz de frecuencia), además de los ya existentes de banda S.

Después de más de 30 años de operación, DSS-61 dejó de ser utilizada para el seguimiento de misiones espaciales en 1999. En lugar de ser desmantelada, la NASA y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) acordaron que fuera utilizada con fines didácticos. A principios de 2004 finalizó la conversión de la antena de seguimiento en un radiotelescopio educativo con acceso y control remotos, dando así comienzo, en el curso escolar 2003-04, a la fase operativa de PARTNeR. El Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) gestiona actualmente el uso de la antena y asesora a los usuarios sobre los aspectos científicos, técnicos o didácticos relacionados con el proyecto.
 

 ¿Cómo funciona PARTNeR?

De lo dicho a lo hecho, a veces hay un trecho. Pero resulta que los estudiantes sí operan el radiotelescopio como si de radioastrónomos profesionales se tratara bajo la supervisión del profesor, que ha seguido previamente un curso de formación.

Desde sus centros escolares y utilizando una conexión a Internet con un ancho de banda de unos 10Mb, como mínimo, se conectan con el Centro de Control de PARTNeR. Por un lado, acceden al programa de control de la antena, para que sean ellos quienes la operen. Y por otro lado, simultáneamente, se conectan por videoconferencia con un miembro del equipo de PARTNeR que actúa como astrónomo de soporte, guiando y ayudando en las cuestiones técnicas o científicas que puedan surgir durante la observación.

El control del radiotelescopio durante las observaciones se realiza mediante el programa HIDRA (Herramienta Informática para la Docencia de la Radio Astronomía), desarrollado por el equipo de PARTNeR en estrecha colaboración con el Departamento de Radioastronomía del MDSCC. Este software de control tiene una interfaz de usuario que integra en una única ventana, y de forma intuitiva, los distintos procedimientos agrupados por pestañas. De esta manera, cada pestaña sirve para controlar cada uno de los diferentes procedimientos que se realizan a lo largo de las observaciones: calibraciones, apuntado de la antena, tránsitos sobre las fuentes, escaneos de los radiomapas, tipping curve, etc. Asimismo, una de las pestañas muestra la antena a través de una webcam, lo que permite a los estudiantes comprobar, en tiempo real, los movimientos de la antena durante la observación.

Otro aspecto importante del software es que automatiza la toma de datos, generando tanto gráficos con los datos obtenidos, como archivos donde se almacenan esos mismos datos, en formato texto. Los resultados de las observaciones son posteriormente enviados a los estudiantes para su trabajo en el aula.
 

 ¿Qué investigan los alumnos?

El objetivo final del proyecto es preparar a los estudiantes para que planifiquen, organicen y realicen las observaciones con aprovechamiento. Para ello se trabaja con cuatro programas-guía: “El espectro electromagnético”, “Radioastronomía”, “Radiotelescopios” y “Guía rápida y visual para realizar una observación radioastronómica con PARTNeR”. Todo el material está disponible en la web del proyecto.

Pero veamos ejemplos concretos de los proyectos científicos en los que participan los alumnos (no se queden con la boca abierta, por favor):

- Seguimiento de estallidos en sistemas binarios de rayos X (conocidos como microcuásares).
Algunos sistemas binarios de rayos X presentan, de manera no periódica, grandes erupciones en las que la emisión radio observada aumenta de manera extraordinaria. Como resultado de estas erupciones, en los días siguientes se ha podido observar, mediante el uso de técnicas de radio interferometría, la aparición de nubes de plasma desplazándose a velocidades relativistas. Para realizar este tipo de estudio, es importante conocer el momento en que tiene lugar la erupción. Para ello se hace un seguimiento continuo de la emisión de la fuente, de manera que cuando su nivel de emisión aumente drásticamente se pueda alertar a la comunidad científica. Además, al disponer de datos en radio de algunas binarias de rayos X a lo largo de grandes periodos de tiempo se puede estudiar la existencia de periodicidades y correlaciones con observaciones en otras longitudes de onda.

- Estudio de la variabilidad en la emisión procedente de cuásares.
Los cuásares u objetos cuasi-estelares (del inglés quasi-stellar object, quasar) parecen fuentes de luz puntuales, como las estrellas, pero su emisión de radiación es mucho más intensa. Un cuásar típico emite más energía por segundo que la que emite nuestro Sol en 200 años. El origen de esta emisión tan intensa se cree que está relacionado con agujeros negros supermasivos, con masas millones de veces mayores que la masa del Sol. El estudio pretende la recopilación sistemática de datos sobre la emisión procedente de estos objetos, centrándose en los cuásares que muestran centelleos o guiños y se tratará, además, de estudiar el papel que juega el medio interestelar en este proceso de centelleo.

- Estudio de la magnetosfera de Júpiter.
El objetivo del programa es confirmar los modelos existentes sobre la estructura de la magnetosfera de Júpiter y la búsqueda de variabilidad no térmica originada por otras causas no relacionadas con el campo magnético joviano, como pueden ser variaciones en la actividad solar o los posibles cambios inducidos en el planeta por el impacto de cometas o asteroides.

- Realización de radio mapas de fuentes extensas del plano de nuestra Galaxia.
 

 ¿Quién ha participado ya en esto?

Unas cuantas personas. Desde el curso 2003/04 en que se iniciaron las actividades con profesores y estudiantes, un total de 104 centros de educación secundaria, 8 universidades y 6 agrupaciones astronómicas de toda España y Portugal han participado en el proyecto. En total, se han impartido 9 cursos de formación del profesorado a 128 profesores de ESO, Bachillerato y Universidad; y se han realizado un total de 158 observaciones con unos 3.500 estudiantes.

Enseñar las ciencias a través de la investigación, ésta es la apuesta de PARTNeR, resultado del esfuerzo conjunto de la NASA y del INTA para la difusión del conocimiento científico y la inspiración de las próximas generaciones de científicos e ingenieros especializados en ciencias espaciales y radioastronomía.

¿Se animan a operar un instrumento científico de primer orden a través de Internet? Les estamos esperando.

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El autor

Juan Ángel Vaquerizo Gallego es astrofísico y trabaja en proyectos educativos relacionados con la Astronomía y la Radioastronomía. Forma parte de la Unidad de Cultura Científica del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).

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