Instituto Científico del Telescopio Espacial

El STScI lleva a cabo todas las actividades necesarias para seleccionar, programar e implementar los programas científicos del Telescopio Espacial Hubble. El primer paso de este proceso es apoyar la selección anual, liderada por la comunidad científica, de los programas científicos que se realizarán con el HST. Esto comienza con la publicación de la Convocatoria Anual de Propuestas, que especifica las capacidades de los instrumentos científicos actualmente compatibles, los requisitos de las propuestas y la fecha límite de presentación. Cualquier persona puede presentar una propuesta. Todas las propuestas son evaluadas por pares por el Comité de Asignación de Tiempo (TAC). El TAC está compuesto por aproximadamente 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 propuestas suele implicar la revisión de entre 700 y 1100 propuestas. Solo entre el 15 % y el 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 (por ejemplo, el Observatorio de Rayos X Chandra y los Observatorios Nacionales de Astronomía Óptica ). El STScI proporciona todo el apoyo técnico y logístico para estas actividades. El ciclo anual de convocatorias de propuestas se modificó ocasionalmente en los años en que se programó una misión de mantenimiento del HST. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Los proponentes que tienen la fortuna de obtener tiempo de telescopio, denominados Observadores Generales (OG), deben proporcionar los requisitos detallados necesarios para programar e implementar sus programas de observación. Esta información se proporciona al STScI en lo que se denomina una propuesta de Fase II. La propuesta de Fase II especifica los modos de operación del instrumento, los tiempos de exposición, las orientaciones del telescopio, etc. ^{[ 13 ]} El personal del STScI proporciona el software en línea denominado Calculadoras de Tiempo de Exposición (ETC) que permite a los OG estimar cuánto tiempo de observación necesitará cada uno de los detectores a bordo para acumular la cantidad de luz necesaria para lograr sus objetivos científicos. Además, el personal del STScI lleva a cabo todos los pasos necesarios para implementar cada programa específico, así como para planificar el conjunto completo de programas para el año. Para el HST, esto incluye encontrar estrellas guía, verificar las restricciones de objetos brillantes, implementar requisitos de programación específicos y trabajar con los observadores para comprender e incorporar cualquier requisito específico o no estándar que puedan tener. ^{[ 14 ]}

Una vez recopilada la información de la Fase II, se desarrolla un plan de observación a largo plazo que abarca todo el año, determinando los momentos adecuados para programar las observaciones individuales y, al mismo tiempo, garantizando un uso eficaz 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 de Retransmisión de Datos y Seguimiento por Satélite ( TDRSS ) y la generación de las cargas de comandos binarios para el enlace ascendente a la nave espacial. Se pueden realizar ajustes tanto a los planes a largo plazo como a los semanales en respuesta a Objetivos de Oportunidad (por ejemplo, para eventos transitorios como supernovas o la coordinación con eventos únicos como el impacto de cometas ). El STScI utiliza el algoritmo de Min-conflictos para programar el tiempo de observación en el telescopio. El STScI está desarrollando actualmente procesos similares para el JWST, aunque los detalles operativos serán muy diferentes debido a su distinta instrumentación y a las limitaciones de la nave espacial, así como a su ubicación en el punto de Lagrange L2 Sol-Tierra (a unos 1,5 millones de km de la Tierra) en lugar de la órbita terrestre baja (a unos 565  km) utilizada por el HST.

Las operaciones de vuelo consisten en el soporte directo y la monitorización en tiempo real de las funciones del HST. Estas operaciones diarias incluyen aproximadamente cuatro enlaces ascendentes de comandos, unos diez enlaces descendentes de datos y una monitorización casi continua del estado y la seguridad del observatorio. El personal de operaciones en tiempo real trabaja las 24 horas del día. Las actividades de operaciones de vuelo del HST se llevan a cabo en el Centro Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Los datos científicos del HST llegan al STScI unas horas después de ser descargados del TDRSS y pasar posteriormente por una instalación de captura de datos en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Una vez en el STScI, los datos son procesados ​​por una serie de algoritmos informáticos que convierten su formato a un estándar internacionalmente aceptado (conocido como FITS : Flexible Image Transport System ), corrigen los datos faltantes y realizan la calibración final eliminando los artefactos instrumentales. Los pasos de calibración varían para cada instrumento del HST, pero, por regla general, incluyen la eliminación de rayos cósmicos, la corrección de las no uniformidades del instrumento/detector, la calibración del flujo y la aplicación de información del sistema de coordenadas mundial (que indica al usuario con precisión hacia dónde apuntaba el detector en el cielo). Las calibraciones aplicadas son las mejores disponibles en el momento en que los datos pasan por el sistema. El STScI está colaborando con los desarrolladores de instrumentos para definir procesos similares para los datos de Kepler y JWST.

Todos los datos científicos del HST se archivan permanentemente tras pasar por el proceso de calibración. La política de la NASA exige un período de confidencialidad de un año para todos los datos, lo que significa que solo el equipo que propuso la idea inicial puede acceder a ellos durante el primer año después de su obtención. Transcurrido ese año, los datos están disponibles para cualquier persona que desee acceder a ellos. Los conjuntos de datos recuperados del archivo se recalibran automáticamente para garantizar la aplicación de los factores de calibración y el software más actualizados. El STScI funciona como centro de archivo para todas las misiones espaciales ópticas/UV de la NASA. Además de archivar y almacenar los datos científicos del HST, el STScI alberga 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 de Evolución Galáctica (GALEX). Los datos científicos de Kepler y JWST se archivarán y recuperarán de forma similar. Internet sirve como interfaz principal para acceder a los archivos de datos del STScI ( http://archive.stsci.edu ). El archivo actualmente contiene más de 30 terabytes de datos. Diariamente se incorporan unos 11 gigabytes de datos nuevos y se distribuyen aproximadamente 85 gigabytes a los usuarios. El Archivo del Legado del Hubble (HLA; http://hla.stsci.edu/ ), actualmente en desarrollo, funcionará como un archivo más integrado y fácil de usar. Proporcionará datos brutos del Hubble, así como productos científicos de nivel superior (imágenes en color, mosaicos, etc.).

El STScI es responsable de la calibración en vuelo de los instrumentos científicos del HST y el JWST. Para el HST, se desarrolla un plan de calibración anual 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 fuentes de calibración a bordo o para evaluar los niveles de ruido interno del detector, así como observaciones de estrellas y campos astronómicos estándar, necesarias para determinar conversiones de flujo absoluto y transformaciones astrométricas. Las calibraciones externas en el HST suelen representar entre el 5 y el 10 % del programa de observación GO, requiriéndose más tiempo cuando un instrumento es relativamente nuevo. El HST ha tenido un total de 12 instrumentos científicos hasta la fecha, 6 de los cuales están actualmente activos. Dos nuevos instrumentos se instalaron durante la misión de servicio STS-125 del HST en mayo de 2009 . Las fallas electrónicas en STIS (en 2001) y en el canal de campo amplio ACS (en 2007) también se repararon en órbita en mayo de 2009, lo que permitió que estos instrumentos volvieran a estar operativos. Los 12 instrumentos del HST, más los 4 previstos para el JWST, se resumen en la tabla a continuación. Los instrumentos del HST pueden detectar luz con longitudes de onda desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano . Los instrumentos del JWST operarán desde el extremo rojo de las longitudes de onda ópticas (~6000 Angstroms) hasta el infrarrojo medio (de 5 a 27 micrómetros). Los instrumentos que figuran como desmantelados ya no están a bordo.

El personal del STScI elabora las propuestas de calibración, las gestiona durante el proceso de programación y analiza los datos que generan. Estos programas proporcionan archivos de calibración y referencia actualizados para su uso en el 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 y los resultados de la calibración se documentan, generalmente en forma de Informes Científicos de Instrumentos publicados en el sitio web público y, ocasionalmente, en 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 del STScI caracteriza y documenta su rendimiento para que los usuarios puedan interpretar mejor sus datos. Estos efectos generalmente no se corrigen automáticamente en el proceso (ya que 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 los modos y filtros, como los "fantasmas" de filtro (causados ​​por la dispersión sutil de la luz dentro del instrumento). El conocimiento de estos efectos puede provenir del personal del STScI al analizar los programas de calibración, o de observadores que detectan anomalías en sus datos y proporcionan información al STScI.

El personal del STScI también realiza la caracterización y calibración del telescopio. En el caso del HST, esto ha evolucionado hasta centrarse principalmente en el monitoreo y ajuste del enfoque, así como en el monitoreo y medición de las funciones de dispersión puntual . (A principios de la década de 1990, el STScI era responsable de la medición precisa de la aberración esférica , necesaria para la óptica correctiva de todos los instrumentos posteriores). En el caso del JWST, el STScI será responsable de utilizar el sistema de sensores de frente de onda desarrollado por el JPL y Northrop Grumman Space Technology (NGST, el contratista de la NASA que construye el observatorio) para monitorear y ajustar el telescopio segmentado.

El servicio de asistencia posterior a la observación incluye una mesa de ayuda a la que los usuarios pueden contactar para resolver sus dudas sobre cualquier aspecto de la observación, desde cómo presentar una propuesta hasta cómo analizar los datos.

El STScI lleva a cabo importantes programas científicos con el telescopio espacial Hubble (HST) en beneficio de la comunidad científica. Estos programas tienen amplias aplicaciones científicas. Hasta la fecha, incluyen el Campo Profundo del Hubble (HDF), el Campo Profundo Sur del Hubble (HDFS) y el Campo Ultraprofundo (UDF). Los datos brutos y procesados ​​de estas observaciones se ponen a disposición de la comunidad astronómica casi de inmediato. Estos productos han sido utilizados por numerosos astrónomos para sus propias investigaciones y han motivado una gran cantidad de trabajos posteriores (véase, por ejemplo, http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/clearinghouse/clearinghouse.html y http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html ).

El STScI es responsable del desarrollo, la mejora y el mantenimiento de la mayoría de los sistemas terrestres utilizados para llevar a cabo las operaciones científicas del Hubble descritas anteriormente. Estos sistemas, originalmente (décadas de 1980 y principios de 1990), provenían de diversas fuentes, incluyendo desarrollos internos del STScI y trabajos realizados bajo contratos de la NASA con varios proveedores. A lo largo de la vida útil del HST, se ha trabajado considerablemente en estos sistemas, incluso mientras daban soporte a las operaciones diarias del Hubble. Se han integrado en un sistema integral más eficaz y fácil de operar. Han experimentado importantes actualizaciones tecnológicas (por ejemplo, sistemas operativos y hardware informático mejorados, medios de almacenamiento de archivo de mayor capacidad). También se han modificado para dar soporte a la sucesión de instrumentos instalados en el telescopio. En los últimos años, se han modificado para dar soporte a WFC3 y COS, los dos nuevos instrumentos que se instalarán durante la próxima misión de mantenimiento del HST, y para dar soporte al modo de operación del HST con dos giroscopios . El STScI también proporciona subconjuntos de servicios de sistemas terrestres a otras misiones astronómicas, incluidas FUSE, Kepler y JWST. Los ingenieros de software del STScI mantienen alrededor de 7.900.000 líneas de código fuente .

El STScI participa habitualmente con ingenieros y científicos de sistemas de la NASA y de la industria en el desarrollo de la arquitectura general de la misión. Para el HST, esto incluye ayudar a determinar y priorizar las actividades de mantenimiento de la misión y desarrollar la estrategia de mantenimiento. Para el JWST, esto incluye participar en la definición de los 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, así como en los requisitos para el funcionamiento fluido y eficiente del observatorio.

El STScI gestiona la selección del Programa de Becas Hubble . Desde 1990, las Becas Hubble apoyan a científicos postdoctorales destacados cuya investigación está ampliamente relacionada con la misión científica del Telescopio Espacial Hubble. En 2009, se combinó con la Beca Spitzer que desde 2002 había estado asociada con el Telescopio Espacial Spitzer y el programa científico. ^{[ 15 ]} Ahora apoya a becarios que realizan investigaciones asociadas con todas las misiones dentro del tema Orígenes Cósmicos: 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. ^{[ 16 ]} La investigación puede ser teórica, observacional o instrumental. ^{[ 16 ]} Cada año, desde el lanzamiento del HST en 1990, se otorgan de 8 a 12 becas; Desde 2009 ronda los 16. ^{[ 15 ]} El STScI también patrocina un programa de pasantías de verano para estudiantes que permite a estudiantes de pregrado talentosos de todo el mundo trabajar con el personal científico del instituto, brindándoles experiencia práctica en investigación astronómica de vanguardia. El personal científico de tiempo completo del STScI lleva a cabo investigación original que abarca una amplia gama de astrofísica, incluyendo investigaciones del Sistema Solar , detección y caracterización de exoplanetas , formación estelar , evolución de galaxias y cosmología física . El STScI organiza un simposio científico anual que se celebra cada primavera, así como varios talleres científicos más pequeños. El empleo de un personal científico activo en el STScI ayuda a garantizar que el HST, y eventualmente el JWST, funcionen a su máxima capacidad.

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

La OPO publica aproximadamente 40 comunicados de prensa anuales sobre descubrimientos y resultados científicos del HST. Estos paquetes de información incluyen noticias, imágenes del Hubble, ilustraciones explicativas, animaciones e información complementaria para su uso en medios impresos, audiovisuales y digitales. La OPO también participa en ruedas de prensa sobre descubrimientos de especial relevancia y organiza talleres para periodistas científicos, con sesiones en profundidad junto a científicos que trabajan en problemas de investigación astrofísica actuales.

Además de comunicados de prensa, la OPO desarrolla diversos productos y recursos relacionados con la astronomía para el público en general y para la educación no formal en museos, centros de ciencia, planetarios y bibliotecas. Estos incluyen artículos de contexto, imágenes de telescopios, ilustraciones, diagramas, infografías, videos, visualizaciones científicas, realidad virtual y recursos interactivos. La mayoría de estos recursos se distribuyen a través de sitios web desarrollados y administrados por el STScI, como Hubblesite , Webbtelescope , ViewSpace e Illuminated Universe . El contenido también se distribuye a través de plataformas de redes sociales como Facebook, Twitter, Instagram y YouTube.

La OPO también realiza actividades de divulgación mediante eventos presenciales y en línea. Estos incluyen un ciclo regular de conferencias públicas, así como la participación en diversos eventos STEM locales y nacionales. Además, la OPO brinda apoyo a espacios de educación no formal mediante materiales impresos, recursos para programas y eventos, y desarrollo profesional.

Las actividades de divulgación de la OPO se llevan a cabo en colaboración con las oficinas de las misiones Hubble, Webb y Roman, y con otras instituciones que forman parte del programa Universe of Learning de la NASA .