Euclid (nave espacial)

Euclides

Impresión del artista
Nombres	Explorador del Universo Oscuro (DUNE) Explorador Cósmico Espectroscópico de Todo el Cielo (SPACE) [1]
Tipo de misión	Astronomía
Operador	ESA
Identificación de COSPAR	2023-092A
N.º SATCAT	57209
Sitio web	sci.esa.int/euclid euclid-ec.org
Duración de la misión	6 años (nominal) 1 año, 3 meses y 9 días (en curso) [2]
Propiedades de las naves espaciales
Fabricante	Thales Alenia Space (principal) Airbus Defence and Space (módulo de carga útil) [3]
Lanzamiento masivo	2000 kg (4400 libras) [3]
Masa de carga útil	800 kg (1.800 libras) [3]
Dimensiones	4,5 m × 3,1 m (15 pies × 10 pies) [3]
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento	1 de julio de 2023 15:12 UTC [4]
Cohete	Halcón 9
Sitio de lanzamiento	Cabo Cañaveral SLC-40
Contratista	Espacio X
Parámetros orbitales
Sistema de referencia	Sol–Tierra L 2 [3]
Régimen	Órbita de Lissajous
Altitud del periapsis	1.150.000 km (710.000 mi)
Altitud de apoapsis	1.780.000 km (1.110.000 mi)
Época	Planificado
Telescopio principal
Tipo	Telescopio Korsch
Diámetro	1,2 m (3 pies 11 pulgadas) [5]
Longitud focal	24,5 m (80 pies) [5]
Área de recolección	1.006 m2 ( 10,83 pies cuadrados) [8]
Longitudes de onda	Desde 550  nm (verde) [6] hasta 2  μm ( infrarrojo cercano ) [7]
Resolución	0,1 segundos de arco ( visible ) 0,3 segundos de arco ( infrarrojo cercano ) [8]
Transpondedores
Banda	Banda X (soporte TT&C) Banda K (adquisición de datos)
Frecuencia	8,0–8,4 GHz (banda X) 25,5–27 GHz (banda K)
Ancho de banda	Pocos kbit/s de subida y bajada (banda X) 74 Mbit/s (banda K) [9]
Instrumentos VIS Generador de imágenes VISible [6] NISP Espectrómetro y fotómetro de infrarrojo cercano [7]
La insignia astrofísica de la ESA para la misión Euclid Visión cósmica

Euclid es un telescopio espacial de gran angularcon una cámara de 600 megapíxeles para registrar la luz visible , un espectrómetro de infrarrojo cercano y un fotómetro para determinar el corrimiento al rojo de las galaxias detectadas. Fue desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Consorcio Euclid y fue lanzado el 1 de julio de 2023 desde Cabo Cañaveral en Florida. ^{[10] [11]}

Después de aproximadamente un mes, alcanzó su destino, una órbita de halo alrededor del segundo punto de Lagrange L2 entre el Sol y la Tierra , a una distancia promedio de 1,5 millones de kilómetros más allá de la órbita terrestre (o aproximadamente cuatro veces la distancia entre la Tierra y la Luna). Se espera que allí el telescopio permanezca operativo durante al menos seis años. Se unirá a las misiones Gaia y James Webb Space Telescope en L2.

El objetivo de la misión Euclid es comprender mejor la energía oscura y la materia oscura midiendo con precisión la expansión acelerada del universo . Para lograrlo, el telescopio tipo Korsch medirá las formas de las galaxias a diferentes distancias de la Tierra e investigará la relación entre la distancia y el corrimiento al rojo . Se acepta generalmente que la energía oscura contribuye a la mayor aceleración del universo en expansión , por lo que comprender esta relación ayudará a refinar la forma en que los físicos y astrofísicos la entienden. La misión Euclid avanza y complementa el telescopio Planck de la ESA (2009 a 2013). La misión lleva el nombre del antiguo matemático griego Euclides .

Euclid es una misión de clase media ("clase M") y forma parte de la campaña Cosmic Vision del Programa Científico de la ESA . Esta clase de misiones tiene un límite presupuestario de la ESA de unos 500 millones de euros. Euclid fue elegida en octubre de 2011 junto con Solar Orbiter , de entre varias misiones competidoras. ^[12] Euclid fue lanzada por un Falcon 9. [ ^{13] [4]}

El 7 de noviembre de 2023, la ESA reveló las primeras imágenes a todo color del cosmos realizadas por Euclid. El telescopio ha creado imágenes astronómicas de gran nitidez en una gran zona del cielo, observando el universo lejano. Las primeras cinco imágenes ilustran todo el potencial de Euclid para crear el mapa 3D más extenso del universo hasta la fecha. ^{[14] [15]}

En mayo de 2024, la misión Euclid de la ESA publicó imágenes de los cúmulos de galaxias Abell 2390 y Abell 2764, la región de formación estelar Messier 78 , la galaxia espiral NGC 6744 y el grupo de galaxias Dorado. Estas primeras observaciones demuestran la capacidad de Euclid para estudiar la materia oscura y la evolución cósmica. ^[16]

Euclides investigará la historia de la expansión del universo y la formación de estructuras cósmicas midiendo el corrimiento al rojo de las galaxias hasta un valor de 2, lo que equivale a retroceder 10 mil millones de años en el pasado. ^[17] El vínculo entre las formas galácticas y su correspondiente corrimiento al rojo ayudará a mostrar cómo la energía oscura contribuye a la mayor aceleración del universo. Los métodos empleados explotan el fenómeno de lente gravitacional , la medición de oscilaciones acústicas bariónicas y la medición de distancias galácticas mediante espectroscopia . ^[18]

El efecto de lente gravitacional (o cizallamiento gravitacional) es una consecuencia de la desviación de los rayos de luz causada por la presencia de materia que modifica localmente la curvatura del espacio-tiempo : la luz emitida por las galaxias, y por lo tanto las imágenes observadas, se distorsionan al pasar cerca de la materia que se encuentra a lo largo de la línea de visión. Esta materia está compuesta en parte por galaxias visibles, pero es principalmente materia oscura . Al medir este cizallamiento , se puede inferir la cantidad de materia oscura, lo que facilita la comprensión de cómo se distribuye en el universo . ^[19]

Las mediciones espectroscópicas permitirán medir los corrimientos al rojo de las galaxias y determinar sus distancias utilizando la ley de Hubble . De esta manera, se puede reconstruir la distribución tridimensional de las galaxias en el universo . ^[17]

A partir de estos datos, es posible medir simultáneamente las propiedades estadísticas relativas a la distribución de la materia oscura y las galaxias y medir cómo cambian estas propiedades a medida que la sonda espacial mira más atrás en el tiempo. Se requieren imágenes de alta precisión para proporcionar mediciones suficientemente precisas. Cualquier distorsión inherente a los sensores debe tenerse en cuenta y calibrarse, de lo contrario, los datos resultantes serían de utilidad limitada. ^[17]

Euclid surgió de dos conceptos de misión que se propusieron en respuesta a la convocatoria de propuestas de la ESA Cosmic Vision 2015-2025, publicada en marzo de 2007: DUNE, el Dark Universe Explorer, y SPACE, el Spectroscopic All-Sky Cosmic Explorer. Ambas misiones propusieron técnicas complementarias para medir la geometría del universo y, tras una fase de estudio de evaluación, se creó una misión combinada. El nuevo concepto de misión se denominó Euclid, en honor al matemático griego Euclides de Alejandría (~300 a. C.), considerado el padre de la geometría. En octubre de 2011, el Comité del Programa Científico de la ESA seleccionó Euclid para su implementación y el 25 de junio de 2012 se adoptó formalmente. ^[1]

La ESA ha elegido la división italiana de Thales Alenia Space para la construcción del satélite en Turín . Euclid tiene una longitud de 4,5 metros, un diámetro de 3,1 metros y una masa de 2 toneladas. ^[3]

Mientras tanto, el módulo de carga útil Euclid estaba a cargo de la división francesa de Airbus Defence and Space en Toulouse . Se compone de un telescopio Korsch con un espejo primario de 1,2 metros de diámetro, que cubre un área de 0,91  grados ² . ^{[20] [21]}

Un consorcio internacional de científicos, el consorcio Euclid, que comprende científicos de 13 países europeos y los Estados Unidos, proporcionó la cámara de luz visible (VIS) ^[6] y el espectrómetro y fotómetro de infrarrojo cercano (NISP). ^[7] Juntos, mapearán la distribución 3D de hasta dos mil millones de galaxias repartidas en más de un tercio de todo el cielo. ^[22] Estas cámaras de gran formato se utilizarán para caracterizar las propiedades morfométricas , fotométricas y espectroscópicas de las galaxias.

• VIS, una cámara que opera en longitudes de onda visibles (530–920 nm) hecha de un mosaico de 6 × 6 detectores acoplados de carga e2v , que contiene 600 millones de píxeles, permite medir la deformación de las galaxias ^[23]
• NISP, una cámara compuesta por un mosaico de 4 × 4 detectores Teledyne H2RG sensibles a la radiación de luz infrarroja cercana (920–2020 nm) con 65 millones de píxeles, está diseñada para lo siguiente:

1. proporcionar mediciones de baja precisión de corrimientos al rojo, y por lo tanto de distancias, de más de mil millones de galaxias a partir de fotometría multicolor (3 filtros (Y, J y H)) ( técnica de corrimiento al rojo fotométrico ); y
2. Utilizar un espectrómetro sin rendija para analizar el espectro de luz en el infrarrojo cercano (920–1850 nm), para adquirir desplazamientos al rojo precisos y distancias de millones de galaxias con una exactitud 10 veces mejor que los desplazamientos al rojo fotométricos , y para determinar las oscilaciones acústicas bariónicas . ^[24]

El bus del telescopio incluye paneles solares que proporcionan energía y estabilizan la orientación y el apuntamiento del telescopio a una precisión de más de 35 milisegundos de arco (170 nrad). El telescopio está cuidadosamente aislado para garantizar una buena estabilidad térmica y no alterar la alineación óptica. ^{[ cita requerida ]}

El sistema de telecomunicaciones es capaz de transferir 850 gigabits por día. Utiliza la banda Ka y el protocolo de entrega de archivos CCSDS para enviar datos científicos a una velocidad de 55 megabits por segundo durante el período asignado de 4 horas por día a la estación terrestre de Cebreros, en España, con una antena parabólica de 35 m , cuando el telescopio está sobre el horizonte. Euclid tiene una capacidad de almacenamiento a bordo de 4 terabits (500  GB ). ^[25]

El módulo de servicio (SVM) alberga la mayoría de los subsistemas de la nave espacial: ^{[ cita requerida ]}

• TT&C – Telemetría y Telecomando
• AOCS – Sistema de control de actitud y órbita
• CDMS – Sistema central de gestión de datos
• EPS – Sistema de Energía Eléctrica
• RCS – Sistema de control de reacción
• MPS – Sistema de micropropulsión

El sistema AOCS proporciona una orientación estable con una dispersión inferior a 35 milisegundos de arco por exposición visual. Se requiere una alta estabilidad térmica para proteger el conjunto del telescopio de desalineaciones ópticas con esas precisiones. ^[26]

El 24 de enero de 2013, la NASA firmó un memorando de entendimiento con la ESA en el que se describe su participación en la misión. La NASA proporcionó 20 detectores para el instrumento de banda de infrarrojo cercano, que funcionan en paralelo con una cámara en la banda de luz visible. Los instrumentos, el telescopio y el satélite se construyeron y se operan desde Europa. La NASA también ha designado a 40 científicos estadounidenses para formar parte del consorcio Euclid, que desarrollará los instrumentos y analizará los datos generados por la misión. En la actualidad, este consorcio reúne a más de 1000 científicos de 13 países europeos y Estados Unidos. ^[27]

En 2015, Euclid pasó una revisión de diseño preliminar, habiendo completado una gran cantidad de diseños técnicos, así como construido y probado componentes clave. ^[28]

En diciembre de 2018, Euclid aprobó su revisión crítica de diseño, que validó el diseño general de la nave espacial y el plan de arquitectura de la misión, y se permitió que comenzara el ensamblaje final de la nave espacial. ^[29]

En julio de 2020, los dos instrumentos (visible y NIR) fueron entregados a Airbus, en Toulouse, Francia, para su integración con la nave espacial. ^[30]

Después de que Rusia se retiró en 2022 del lanzamiento planeado por Soyuz de Euclid , la ESA lo reasignó a un vehículo de lanzamiento SpaceX Falcon 9, que se lanzó el 1 de julio de 2023 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 40 de Cabo Cañaveral . ^{[13] [31] [11]}

Tras un tiempo de viaje de 30 días desde su lanzamiento, comenzó a orbitar el punto Lagrangiano Sol-Tierra L2 ^{[3] en una} órbita de halo libre de eclipses de aproximadamente 1 millón de kilómetros de ancho.

Al recibir las imágenes iniciales, surgió un problema: los científicos descubrieron un pequeño hueco en el casco de la nave espacial. Este hueco permitía que la luz solar se infiltrara en el sensor de imágenes, lo que provocaba una degradación de la calidad de la imagen. ^[32] Para solucionar este problema, el equipo ajustó la orientación de la nave espacial unos pocos grados, bloqueando eficazmente la entrada de la luz solar por el hueco identificado. Esta medida correctiva resolvió el problema con éxito. ^[33]

Durante su misión nominal, que durará al menos seis años, Euclid observará alrededor de 15.000 grados ² (4,6 msr), aproximadamente un tercio del cielo, centrándose en el cielo extragaláctico (el cielo que mira en dirección opuesta a la Vía Láctea ). ^[2] Generará aproximadamente 100 gigabytes de datos comprimidos por día a lo largo de su misión de seis años. ^[34] El sondeo se complementará con observaciones adicionales de tres campos profundos a 5 veces la relación señal-ruido del sondeo amplio; los campos profundos cubren 50 grados ² (15,2 msr). ^[35] Los tres campos se visitarán regularmente durante toda la duración de la misión. Se utilizarán como campos de calibración y para supervisar la estabilidad del rendimiento del telescopio y del instrumento, así como para producir datos científicos observando las galaxias y cuásares más distantes del universo. ^[36] Dos de los campos profundos se superpondrán con campos profundos de estudios existentes ^[37] y el tercer campo profundo se propone como ubicación para uno de los campos de perforación profunda del LSST en el Observatorio Vera C. Rubin . ^[38]

Para medir el corrimiento al rojo fotométrico de cada galaxia con la precisión suficiente, la misión Euclid depende de datos fotométricos adicionales obtenidos en al menos cuatro filtros en longitudes de onda ópticas. Estos datos se obtendrán de telescopios terrestres ubicados en los hemisferios norte y sur para cubrir los 15.000 grados cuadrados ^de la misión. ^{[39] [40]} En total, cada galaxia de la misión Euclid obtendrá información fotométrica en al menos siete filtros diferentes que cubren todo el rango de 460 a 2000 nm. ^[41]

Euclid observará alrededor de 10 mil millones de fuentes astronómicas , de las cuales mil millones se utilizarán para lentes débiles (para medir su cizallamiento gravitacional) ^[42] con una precisión 50 veces más exacta que la que es posible hoy en día utilizando telescopios terrestres. Euclid medirá los desplazamientos al rojo espectroscópicos de al menos 30 millones de objetos para estudiar la agrupación de galaxias .

La explotación científica de este enorme conjunto de datos estará a cargo de un consorcio liderado por Europa de más de 1200 personas en más de 100 laboratorios en 18 países (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Canadá, Estados Unidos, Finlandia, Francia, Italia, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, Rumania, Suiza y Japón). ^[43] El Consorcio Euclid ^[42] también es responsable de la construcción de la carga útil del instrumento Euclid y del desarrollo e implementación del segmento terrestre Euclid que procesará todos los datos recopilados por el satélite. Los laboratorios que contribuyen al Consorcio Euclid reciben financiación y apoyo de sus agencias espaciales nacionales, que también tienen las responsabilidades programáticas de su contribución nacional, y de sus estructuras nacionales de investigación (agencias de investigación, observatorios, universidades). En general, el Consorcio Euclid contribuye con aproximadamente el 25% del costo presupuestario total de la misión hasta su finalización. ^[44]

El enorme volumen, la diversidad (espacial y terrestre, visible e infrarrojo cercano, morfometría , fotometría y espectroscopia) y el alto nivel de precisión de las mediciones exigieron un cuidado y un esfuerzo considerables en el procesamiento de datos, lo que lo convirtió en una parte crítica de la misión. La ESA , las agencias nacionales y el Consorcio Euclid están gastando recursos considerables para establecer equipos de alto nivel de investigadores e ingenieros en el desarrollo de algoritmos, desarrollo de software, procedimientos de prueba y validación, archivo de datos e infraestructuras de distribución de datos. En total, nueve Centros de Datos Científicos distribuidos en países del Consorcio Euclid procesarán más de 170 petabytes de imágenes de entrada sin procesar durante al menos 6 años para entregar productos de datos (imágenes, catálogos, espectros) en tres principales publicaciones de datos públicos en el Sistema de Archivo Científico de la misión Euclid a la comunidad científica. ^{[45] [41]}

Con su amplia cobertura del cielo y sus catálogos de miles de millones de estrellas y galaxias, el valor científico de los datos recopilados por la misión va más allá del ámbito de la cosmología . Esta base de datos proporcionará a la comunidad astronómica mundial abundantes fuentes y objetivos para el telescopio espacial James Webb y el Atacama Large Millimeter Array , así como para futuras misiones como el European Extremely Large Telescope , el Thirty Meter Telescope , el Square Kilometer Array y el Observatorio Vera C. Rubin . ^[46]

• 
  Euclid explora el cielo nocturno utilizando un método de "paso y observación", combinando mediciones separadas para formar el estudio cosmológico más grande jamás realizado en el espectro visible e infrarrojo cercano.
• 
  Imagen de prueba de puesta en servicio anticipada del instrumento VIS
• 
  Imagen de prueba de puesta en servicio anticipada del instrumento NISP
• 
  Imagen de prueba de puesta en servicio anticipada del instrumento NISP en modo grism

Fuente: ^[47]

• 
  Vista de Euclides de la Nebulosa Cabeza de Caballo .
• 
  Visión de Euclides del cúmulo de galaxias de Perseo .
• 
  Vista de Euclides del cúmulo de galaxias Abell 2390 .
• 
  Vista de Euclides de la galaxia espiral NGC 6744 .
• 
  Vista de Euclides del cúmulo de galaxias Abell 2764.
• 
  Visión de Euclides de la región de formación estelar Messier 78 .

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