El satélite Planck proporcionará un mapa detallado del fondo cósmico de microondas que probablemente permita verificar o refutar algunos modelos o clases de modelos de cosmología cuántica. Especialmente la cosmología cuántica de lazos, que predice desviaciones características de la invarianza de escala en el espectro de anisotropías, o la cosmología cuántica de cuerdas, que predice una determinada pauta en la polarización debida a un fondo de ondas gravitacionales.
La ciencia de los modelos, en concreto la gravitación cuántica de lazos y la gravitación cuántica de cuerdas, así como sus predicciones las veremos en las siguientes entradas. Esta entrada está dedicada al satélite Planck en general.
La misión Planck
El satélite Planck de la ESA proporcionará un mapa del fondo cósmico de microondas (CMB) con una precisión sin precedentes, con una resolución por debajo de 10 minutos de arco y menos de una millonésima de grado de temperatura. Proporcionará también un mapa robusto y preciso de la polarización del CMB.
El lanzamiento del Planck está previsto para el mayo de 2008 y el satélite será puesto en órbita en el punto L2, al igual que fue el WMAP. Esto permitirá medir las fluctuaciones de la temperatura lejos de las influencias térmicas de la tierra.
Los objetivos científicos principales
El Planck medirá el mapa de la temperatura así como el mapa del polarizacion. Especialmente, la medida exacta de la polarización será uno de los logros más notables del Planck.
El espectro de anisotropías del CMB fue medido ya con la alta precisión por WMAP, el cual midió también la polarización con un grado aceptable de exactitud. Sin embargo, hay razones científicas importantes que requieren una medición de la polarización con un grado más alto de exactitud. Especialmente la diferenciación entre los modos tensoriales y escalares de la polarización, cosa que debería aclarar la naturaleza de la inflación. Véase esta entrada de mi blog. Con ello, las pruebas para algunos modelos de cosmología cuántica podrían estar a la vuelta de la esquina.
No vamos a dejar este tema tan interesante en estas simples palabras confusas. La relación entre el mapa de anisotropías de temperatura y el mapa de polarización con la física de los modelos de la gravitación cuántica de lazos y la gravitación cuántica de cuerdas lo veremos con detalle en las siguientes entradas en este blog. Explicaré primero qué es el mapa de anisotropías y el de polarización y luego veremos cómo esos modelos pueden predecir sus características. Nótese lo fabuloso del asunto: extrapolando física conocida hasta límites insospechados formulamos unos modelos sobre el orígen del universo observable y luego pretendemos poder probarlos ya dentro de unos años. Una aventura increible y difícil, pero heróica como la que más.
Volvamos a las medidas que realizará el Planck. Por otro lado, un mapa de la polarización y un espectro de anisotropías más preciso deben servir como comprobaciones de consistencia sobre las estimaciones actuales de parámetros cosmológicos. Además, tercero, la polarización debe clarificar el proceso del reionización después de la edad oscura, así como la cantidad y el espectro de los objetos compactos bariónicos (que miden los efectos de lentes gravitacionales en la polarización del fondo). Éstas son todas las metas que no eran posibles con WMAP.
El análisis de los datos
Un mapa de la alta precisión del CMB requerirá de una cantidad formidable de datos que tendrán que ser transmitidos a la tierra. Para simplificar el volumen de este proceso el Planck comparará los datos con una predicción de los mapas realizada en base a las últimas mediciones más precisas del WMAP y enviará únicamente las diferencias entre lo observado y la predicción. En la tierra y con esta diferencia se reconstruirá el mapa completo.
Sin embargo, el proceso y el analisis de los datos de telemetría es una tarea extremadamente compleja. En la misión Planck esta tarea se ha dividido en cuatro niveles.
- El nivel 1, que abarca el análisis de los datos que contienen la supervisión de los datos de los instrumentos y del satélite así como los datos científicos.
- El nivel 2, del proceso de la información científicas para la creación y la calibración de los mapas del cielo de los diversos instrumentos en diferentes frecuencias, importante para eliminar emisiones de ruidos.
- El nivel 3, del proceso de datos del nivel anterior para la creación de los mapas del cielo, tales como el espectro de energía de CMB, interpretable de forma científica. Una vez más, una parte fundamental en el nivel 3 es la identificación de los ruidos debidos a emisiones de primero plano por fuentes galáticas como emisión del sincrotrón, emisión térmica, etc. Todos estos fenómenos fueron tratados y analizados ya con mucho detalle por el WMAP.
- El nivel 4, para la preparación de la información para las publicaciones científicas.
El satélite y los instrumentos
El satélite en si mismo se compone de dos partes fundamentales, el payload module (módulo de carga útil) y el service module (módulo de servicio):
Puedes ver un modelo 3D aquí.
El payload module contiene un telescopio y dos detectores así como los sistemas criogénicos necesarios para mantener los detectores a bajas temperaturas. El telescopio enfoca la radiación electromágnetica en los detectores. El primer detector es un instrumento de baja frecuencia radiométrico (Low Frequency Instrument, LFI). Segundo un instrumento es bolométrico de alta frecuencia (High Frequency Instrument, HFI). Ambos instrumentos se mantienen respectivamente a 20 K y 100 mK y medirán la radiación entre 30 GHz y 100 GHz para el LFI y entre 100 GHz y cerca de 850 GHz para el HFI.
El diseño de la carga fue realizado de tal manera que el Planck y el Herschel puedan ser lanzados juntos. Esto requiere de un adaptador que se colocará en el Ariane.
Información detallada se sobre los instrumentos se puede encontrar aquí.
El módulo de servicio contiene todo lo necesario para hacer que el satélite funcione de forma apropiada, como telecomando, telemetría y preprocesado de datos en el subsistema de datos, producción y almacenamiento de energía de la luz solar, control térmico, avionica, etc.
Referencias
1 comentario:
El Planck, al igual que el WMAP, se mantendrá fijo respecto del sol, ya que esto es especialmente necesario para garantizar un suministro constante de energía. Al igual que el WMAP el satélite Planck estará localizado en el punto Lagrange 2 a 1.5 millones de kilómetros lejos de la tierra. Las mediciones son realizadas refiriendo a estrellas conocidas. Para reconocerlas y calcular posiciones existe un sistema de posicionamiento "attitude control system" que mantiene control de posiciones de estrellas ("star tracking") y también del sol.
Las mediciones se realizan generalmente con radiómetros diferenciales. Esto son detectores de ondas electromagnéticas con dos cuernos separados un ángulo determinado. En el WMAP y el COBE estos radiómetros se usaron para determinar diferencias relativas de temperatura entre dos puntos de cielo. El en COBE por ejemplo los cuernos apuntaban a direcciones separadas 60° por lo que al final uno tiene un mapa de incrementos de temperatura entre pares de puntos.
Determinar diferencias relativas suele ser más preciso que determinar valores absolutos. Sin embargo, la estrategia del Planck será diferente. Llevará a bordo radiómetros diferenciales muy precisos pero uno de los cuernos estará conectado a una temperatura criogénica de referencia en el mismo satélite. Es decir, realizará mediciones absolutas. La meta con las mediciones absolutas es poder determinar con precisión sin precedentes las posibles fuentes de ruido galáctico.
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