Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial

El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) es el centro de operaciones científicas del Telescopio Espacial Hubble (HST), el centro de operaciones científicas y operaciones de la misión del James Webb Space. Telescopio (JWST) y centro de operaciones científicas del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman. STScI se estableció en 1981 como un centro científico comunitario operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA). Las oficinas de STScI están ubicadas en el campus Homewood de la Universidad Johns Hopkins y en el edificio Rotunda en Baltimore, Maryland.

Además de realizar operaciones científicas continuas del HST y prepararse para la exploración científica con JWST y Roman, STScI administra y opera el Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales (MAST), que contiene datos de numerosas misiones activas y heredadas, incluidas HST, JWST, Kepler, TESS, Gaia y Pan-STARRS.

La mayor parte de los fondos para las actividades de STScI provienen de contratos con el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, pero hay actividades más pequeñas financiadas por el Centro de Investigación Ames de la NASA, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y el Agencia Espacial Europea (ESA).

El personal de STScI está formado por científicos (principalmente astrónomos y astrofísicos), ingenieros de naves espaciales, ingenieros de software, personal de gestión de datos, expertos en educación y divulgación pública, y personal administrativo y de apoyo comercial. Hay aproximadamente 200 Ph.D. científicos que trabajan en STScI, 15 de los cuales son personal de la ESA asignados al proyecto HST y JWST. El personal total de STScI consta de unas 850 personas a partir de 2021.

STScI opera sus misiones en nombre de la NASA, la comunidad astronómica mundial, y en beneficio del público. Las actividades de operaciones científicas sirven directamente a la comunidad astronómica, principalmente en forma de HST y JWST (y eventualmente Roman) observaciones y subvenciones, pero también incluyen la distribución de datos de otras misiones de la NASA y en tierra a través de MAST. Las actividades de desarrollo del sistema terrestre crean y mantienen los sistemas de software necesarios para proporcionar estos servicios a la comunidad astronómica. Las actividades de divulgación pública de STScI brindan una amplia gama de recursos para los medios de comunicación, lugares de educación informal como planetarios y museos de ciencias, y el público en general. STScI también sirve como fuente de orientación para la NASA en una variedad de problemas de astrofísica espacial óptica y ultravioleta.

El personal de STScI interactúa y se comunica con la comunidad de astronomía profesional a través de varios canales, incluida la participación en las reuniones bianuales de la Sociedad Astronómica Estadounidense, la publicación de boletines regulares de STScI y el sitio web de STScI, la organización de comités de usuarios y el trabajo científico. y la celebración de varios simposios y talleres científicos y técnicos cada año. Estas actividades permiten que STScI difunda información a la comunidad de usuarios de telescopios y permite que el personal de STScI maximice la productividad científica de las instalaciones que operan respondiendo a las necesidades de la comunidad y de la NASA.

Actividades STScI

Nota: la información de esta sección necesita actualizarse. Para conocer las actividades actuales, consulte el sitio web oficial de STScI.

Selección de propuestas científicas de telescopios

El STScI lleva a cabo todas las actividades necesarias para seleccionar, programar e implementar los programas científicos del telescopio espacial Hubble. El primer paso en este proceso es apoyar la selección anual dirigida por la comunidad de los programas científicos que se realizarán con HST. Esto comienza con la publicación de la convocatoria de propuestas anual, que especifica las capacidades de los instrumentos científicos actualmente admitidos, los requisitos de la propuesta y la fecha límite de presentación. Cualquier persona es elegible para presentar una propuesta. Todas las propuestas son revisadas críticamente por pares por el Comité de Asignación de Tiempo (TAC). El TAC está formado por unos 100 miembros de la comunidad astronómica estadounidense e internacional, seleccionados para representar una amplia gama de experiencia en investigación necesaria para evaluar las propuestas. Cada ciclo de propuesta generalmente implica la revisión de 700 a 1100 propuestas. Solo el 15 - 20% de estas propuestas serán finalmente seleccionadas para su implementación. El TAC revisa varias categorías de tiempo de observación, así como propuestas para proyectos de investigación de archivo, teóricos y combinados entre el HST y otros observatorios espaciales o terrestres (p. ej., el Observatorio de rayos X Chandra y los Observatorios Nacionales de Astronomía Óptica). STScI brinda todo el apoyo técnico y logístico para estas actividades. El ciclo anual de convocatorias de propuestas se alteró ocasionalmente en duración en los años en que se programó una misión de servicio HST.

Edificio Muller del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial

Los proponentes que tienen la suerte de recibir tiempo de telescopio, denominados Observadores generales (GO), deben proporcionar los requisitos detallados necesarios para programar e implementar sus programas de observación. Esta información se proporciona a STScI en lo que se denomina una propuesta de Fase II. La propuesta de la Fase II especifica los modos de funcionamiento del instrumento, los tiempos de exposición, las orientaciones del telescopio, etc. El personal de STScI proporciona el software basado en la web llamado Calculadoras de tiempo de exposición (ETC) que permite a los GO estimar cuánto tiempo de observación necesitará cualquiera de los detectores a bordo para acumular la cantidad de luz requerida para lograr sus objetivos científicos. Además, el personal de la STScI realiza todas las gestiones necesarias para implementar cada programa específico, así como planificar todo el conjunto de programas para el año. Para HST, esto incluye encontrar estrellas guía, verificar las restricciones de objetos brillantes, implementar requisitos de programación específicos y trabajar con observadores para comprender y tener en cuenta los requisitos específicos o no estándar que puedan tener.

Programación de observaciones

Una vez que se recopila la información de la Fase II, se desarrolla un plan de observación de largo alcance que cubre todo el año, encontrando momentos apropiados para programar observaciones individuales y, al mismo tiempo, asegurando el uso efectivo y eficiente del telescopio durante todo el año. Cada semana se crean cronogramas de observación detallados, que incluyen, en el caso de las operaciones del HST, la programación de las rutas de comunicación de datos a través del Sistema satelital de seguimiento y transmisión de datos (TDRSS) y la generación de cargas de comandos binarios para el enlace ascendente a la nave espacial. Se pueden hacer ajustes tanto a los planes semanales como a largo plazo en respuesta a los objetivos de oportunidad (por ejemplo, para eventos transitorios como supernovas o coordinación con eventos únicos como naves espaciales de impacto de cometas). El STScI utiliza el algoritmo Min-conflicts para programar el tiempo de observación en el telescopio. El STScI actualmente está desarrollando procesos similares para JWST, aunque los detalles operativos serán muy diferentes debido a sus diferentes limitaciones de instrumentación y nave espacial, y su ubicación en el punto de Lagrange L2 Sol-Tierra (~ 1,5 millones de km de la Tierra) en lugar de la baja Órbita terrestre (~565 km) utilizada por HST.

Operaciones de vuelo

Flight Operations consiste en el soporte directo y la supervisión de las funciones del HST en tiempo real. Las operaciones de vuelo diarias en tiempo real para el HST incluyen alrededor de 4 enlaces ascendentes de carga de comandos, alrededor de 10 enlaces descendentes de datos y un monitoreo casi continuo de la salud y la seguridad del observatorio. Las operaciones en tiempo real cuentan con personal las 24 horas. Las actividades de operaciones de vuelo para el HST se realizan en el GSFC de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Procesamiento de datos científicos

Los datos científicos del HST llegan al STScI unas horas después de haber sido descargados desde TDRSS y, posteriormente, pasan por una instalación de captura de datos en el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA. Una vez en STScI, los datos son procesados por una serie de algoritmos informáticos que convierten su formato en un estándar aceptado internacionalmente (conocido como FITS: Sistema de transporte de imágenes flexible), corrigen los datos faltantes y realizan la calibración final de los datos mediante la eliminación de artefactos instrumentales.. Los pasos de calibración son diferentes para cada instrumento HST, pero como regla general, incluyen la eliminación de rayos cósmicos, la corrección de las faltas de uniformidad del instrumento/detector, la calibración del flujo y la aplicación de la información del sistema de coordenadas mundiales (que le indica al usuario con precisión en qué lugar del cielo). el detector fue apuntado). Las calibraciones aplicadas son las mejores disponibles en el momento en que los datos pasan por la canalización. El STScI está trabajando con los desarrolladores de instrumentos para definir procesos similares para los datos de Kepler y JWST.

Archivo y distribución de datos científicos

Todos los datos científicos del HST se archivan de forma permanente después de pasar por el proceso de calibración. La política de la NASA exige un período de propiedad de un año para todos los datos, lo que significa que solo el equipo de la propuesta inicial puede acceder a los datos durante el primer año después de que se hayan obtenido. Con posterioridad a ese año, los datos pasan a estar disponibles para cualquier persona que desee acceder a ellos. Los conjuntos de datos recuperados del archivo se recalibran automáticamente para garantizar que se apliquen los factores de calibración y el software más actualizados. El STScI sirve como centro de archivo para todas las misiones espaciales ópticas/UV de la NASA. Además de archivar y almacenar datos científicos del HST, el STScI contiene datos de otras 13 misiones, entre ellas, el Explorador ultravioleta internacional (IUE), el Explorador ultravioleta extremo (EUVE), el Explorador espectroscópico ultravioleta lejano (FUSE) y el Explorador Galaxy Evolution (GALEX).). Los datos científicos de Kepler y JWST se archivarán y recuperarán de manera similar. Internet sirve como interfaz de usuario principal para los archivos de datos en STScI (http://archive.stsci.edu). El archivo contiene actualmente más de 30 terabytes de datos. Cada día se ingieren alrededor de 11 gigabytes de datos nuevos y se distribuyen a los usuarios alrededor de 85 gigabytes de datos. El Hubble Legacy Archive (HLA; http://hla.stsci.edu/), actualmente en desarrollo, actuará como un archivo más integrado y fácil de usar. Proporcionará datos crudos del Hubble, así como productos científicos de alto nivel (imágenes en color, mosaicos, etc.).

Calibración y caracterización de instrumentos científicos

STScI es responsable de la calibración en vuelo de los instrumentos científicos en HST y JWST. Para HST, cada año se desarrolla un plan de calibración para el observatorio. Este plan está diseñado para respaldar los programas de observación GO seleccionados para ese ciclo, así como para proporcionar una calibración básica que abarque la vida útil de cada instrumento. El programa de calibración incluye mediciones que se realizan en relación con las fuentes de calibración a bordo o para evaluar los niveles de ruido del detector interno, así como las observaciones de estrellas y campos astronómicos estándar, necesarios para determinar las conversiones de flujo absoluto y las transformaciones astrométricas. Las calibraciones externas en el HST suelen sumar un 5-10 % del programa de observación GO, y se requiere más tiempo cuando un instrumento aún es relativamente nuevo. HST ha tenido un total de 12 instrumentos científicos hasta la fecha, 6 de los cuales están actualmente activos. Se instalaron dos nuevos instrumentos durante la misión de servicio STS-125 del HST de mayo de 2009. Las fallas electrónicas en STIS (en 2001) y en ACS Wide-Field Channel (en 2007) también fueron reparadas en órbita en mayo de 2009, volviendo a poner estos instrumentos en estado activo. Los 12 instrumentos HST más los 4 previstos para JWST se resumen en la siguiente tabla. Los instrumentos HST pueden detectar luz con longitudes de onda desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Los instrumentos JWST operarán desde el extremo rojo de las longitudes de onda ópticas (~6000 Angstroms) hasta el infrarrojo medio (5 a 27 micrómetros). Los instrumentos catalogados como dados de baja ya no están a bordo.

El personal de STScI desarrolla las propuestas de calibración, las guía a través del proceso de programación y analiza los datos que producen. Estos programas proporcionan archivos de referencia y calibración actualizados que se utilizarán en la tubería de procesamiento de datos. Los archivos de calibración también se archivan para que los usuarios puedan recuperarlos si necesitan recalibrar manualmente sus datos. Toda la actividad de calibración y los resultados se documentan, generalmente en forma de informes científicos de instrumentos publicados en el sitio web público y, ocasionalmente, en forma de artículos publicados. Los resultados también se incorporan a los Manuales de datos y Manuales de instrumentos.

Además de la calibración de los instrumentos, el personal de STScI caracteriza y documenta el rendimiento del instrumento, para que los usuarios puedan entender mejor cómo interpretar sus datos. Por lo general, estos son efectos que no se corrigen automáticamente en la canalización (porque varían con el tiempo o dependen del brillo de la fuente). Incluyen efectos globales, como la eficiencia de transferencia de carga en los dispositivos de carga acoplada, así como efectos específicos de modos y filtros, como el filtro "fantasmas" (causado por una dispersión sutil de la luz dentro de un instrumento). El conocimiento de estos efectos puede provenir del personal de STScI a medida que analizan los programas de calibración, o de los observadores que encuentran rarezas en sus datos y brindan retroalimentación a STScI.

El personal de STScI también realiza la caracterización y calibración del propio telescopio. En el caso de HST, esto ha evolucionado para ser principalmente una cuestión de monitorear y ajustar el enfoque, y monitorear y medir las funciones de dispersión de puntos. (A principios de la década de 1990, el STScI fue responsable de la medición precisa de la aberración esférica, necesaria para la corrección óptica de todos los instrumentos posteriores). En el caso de JWST, el STScI será responsable de usar el sistema de sensor de frente de onda desarrollado por JPL y Northrop Grumman Space Technology (NGST, el contratista de la NASA que construye el observatorio) para monitorear y ajustar el telescopio segmentado.

Apoyo posterior a la observación

El soporte posterior a la observación incluye un servicio de asistencia al que los usuarios pueden contactar para responder a sus preguntas sobre cualquier aspecto de la observación, desde cómo enviar una propuesta hasta cómo analizar los datos.

Servicio comunitario científico

El STScI realiza grandes programas científicos HST en nombre de la comunidad. Son programas con amplias aplicaciones científicas. Hasta la fecha, estos programas incluyen Hubble Deep Field (HDF), Hubble Deep Field South (HDFS) y Ultra Deep Field (UDF). Los datos sin procesar y procesados para estas observaciones se ponen a disposición de la comunidad astronómica casi de inmediato. Estos productos han sido utilizados por muchos astrónomos en la búsqueda de sus propios temas de investigación y han motivado una gran cantidad de trabajo de seguimiento (ver, por ejemplo, http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/ clearinghouse/clearinghouse.html y http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html).

Sistemas terrestres

STScI es responsable de desarrollar, mejorar y mantener la mayoría de los sistemas terrestres utilizados para llevar a cabo nuestras operaciones científicas del Hubble descritas anteriormente. Estos sistemas originalmente (década de 1980, principios de la década de 1990) provenían de varias fuentes, incluidos los desarrollos STScI internos y el trabajo realizado bajo contratos de la NASA con varios proveedores. Durante la vida útil de HST, se ha realizado un trabajo sustancial en estos sistemas, incluso mientras respaldaban las operaciones diarias de Hubble. Se han integrado en un sistema de extremo a extremo más efectivo y fácil de operar. Han pasado por importantes actualizaciones tecnológicas (por ejemplo, sistemas operativos y hardware informático mejorados, medios de almacenamiento de archivo de mayor capacidad). También se han modificado para soportar la sucesión de instrumentos instalados en el telescopio. En los últimos años, se han modificado para admitir WFC3 y COS, los dos nuevos instrumentos que se instalarán durante la próxima misión de mantenimiento del HST, y para admitir el modo de 2 giroscopios de las operaciones del HST. STScI también proporciona subconjuntos de servicios de sistemas terrestres a otras misiones astronómicas, incluidas FUSE, Kepler y JWST. Los ingenieros de software de STScI mantienen alrededor de 7 900 000 líneas de código fuente.

Desarrollo de misiones y apoyo a las operaciones

STScI participa habitualmente con la NASA y los ingenieros y científicos de sistemas de la industria en el desarrollo de la arquitectura general de la misión. Para HST, esto incluye ayudar a determinar y priorizar las actividades de la misión de servicio y el desarrollo de la estrategia de servicio. Para JWST, esto incluye participar en la definición de requisitos científicos de alto nivel y la arquitectura general de la misión. En ambos casos, el STScI se centra en las capacidades científicas de la misión y también en los requisitos para el funcionamiento fluido y eficiente del observatorio.

Actividades de investigación científica

STScI gestiona la selección del Programa de Becas Hubble. Desde 1990, Hubble Fellowships apoya a destacados científicos postdoctorales cuya investigación está ampliamente relacionada con la misión científica del Telescopio Espacial Hubble. En 2009, se combinó con la Spitzer Fellowship que desde 2002 había estado asociada con el Telescopio Espacial Spitzer y el programa científico. Ahora apoya a los becarios que realizan investigaciones asociadas con todas las misiones dentro del tema Cosmic Origins: el Observatorio Espacial Herschel, el Telescopio Espacial Hubble (HST), el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) y el Telescopio Espacial Spitzer.. La investigación puede ser teórica, observacional o instrumental. Cada año, desde el lanzamiento del HST en 1990, se otorgan de 8 a 12 becas; a partir de 2009 ronda los 16. STScI también patrocina un programa de pasantías de estudiantes de verano que permite a estudiantes universitarios talentosos de todo el mundo trabajar con el personal científico del instituto, brindándoles a estos estudiantes experiencia práctica en el estado de la tecnología. -investigación astronómica de arte. El personal científico de tiempo completo de STScI realiza investigaciones originales que abarcan una amplia gama de astrofísica, incluidas investigaciones del Sistema Solar, detección y caracterización de exoplanetas, formación de estrellas, evolución de galaxias y cosmología física. STScI organiza un simposio científico anual que se lleva a cabo cada primavera, así como varios talleres científicos más pequeños. El empleo de un personal científico activo en STScI ayuda a garantizar que HST, y eventualmente JWST, funcionen al máximo de su capacidad.

Divulgación pública

La Oficina de divulgación pública (OPO) de STScI ofrece una amplia gama de productos y servicios diseñados para compartir y comunicar la ciencia y los descubrimientos de HST, JWST, Roman y la astronomía en general con el público en general. Los esfuerzos de OPO se centran en satisfacer las necesidades de los medios de comunicación, la comunidad de educación científica informal y el público en general.

OPO produce aproximadamente 40 nuevos comunicados de prensa cada año que presentan descubrimientos y resultados científicos del HST. Estos paquetes de medios incluyen noticias, imágenes del Hubble, ilustraciones explicativas, animaciones e información complementaria para uso de medios impresos, de transmisión y en línea. OPO también participa en conferencias de prensa sobre descubrimientos particularmente interesantes y realiza conferencias de escritores científicos. Talleres para sesiones en profundidad con científicos que trabajan en problemas actuales de investigación astrofísica.

Además de comunicados de prensa, OPO desarrolla una variedad de productos y características relacionados con la astronomía para uso del público en general y lugares de educación informal, incluidos museos, centros de ciencia, planetarios y bibliotecas. Estos incluyen artículos de antecedentes, imágenes de telescopios, ilustraciones, diagramas, infografías, videos, visualizaciones científicas, realidad virtual e interactivos. La mayoría de estos recursos se distribuyen a través de sitios web desarrollados y administrados por STScI, incluidos Hubblesite, Webbtelescope, ViewSpace e Illuminated Universe. El contenido también se distribuye a través de plataformas de redes sociales, como Facebook, Twitter, Instagram y YouTube.

OPO también lleva a cabo actividades de divulgación a través de eventos en vivo en persona y en línea. Estos incluyen una serie de conferencias públicas periódicas, así como la asistencia a varios eventos STEM locales y nacionales. OPO también brinda apoyo a lugares de educación informal en forma de materiales impresos, recursos de programas/eventos y desarrollo profesional.

Los esfuerzos de extensión de OPO se llevan a cabo en asociación con las oficinas de las misiones Hubble, Webb y Roman y con otras instituciones bajo el Universo de aprendizaje de la NASA.