Ver despegar al Roman: 18 segundos entre la luz y el sonido

El Nancy Grace Roman Space Telescope inició el 30 de agosto su viaje hacia L2, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Desde apenas 6,27 kilómetros de la plataforma 39A, el lanzamiento de un Falcon Heavy permitió ver —y sentir— el comienzo de una misión que estudiará la energía oscura, la materia oscura y decenas de miles de nuevos mundos.

A las 7:26 de la mañana todavía no había terminado de amanecer sobre el Centro Espacial Kennedy cuando se encendieron los 27 motores Merlin del Falcon Heavy. Desde donde estábamos, en el césped del Apollo/Saturn V Center, la plataforma 39A se encontraba del otro lado de Banana Creek, a 6,27 kilómetros de distancia.

Antes de la ignición, desde nuestra posición no podíamos ver el cohete: la estructura de la plataforma lo ocultaba. Tampoco teníamos a la vista ningún temporizador con la cuenta regresiva, así que no vivimos ese clásico momento de seguir visualmente los últimos diez segundos hasta llegar a cero. Simplemente estábamos mirando hacia la plataforma, esperando.

Entonces apareció el fuego.

La enorme bola de fuego producida por los motores fue visible desde el primer instante. Lo que seguía oculto era el propio Falcon Heavy, que tardó unos momentos en elevarse lo suficiente como para aparecer por encima de la estructura. Primero vimos aquella luminosidad intensa alrededor de la plataforma y después emergió el cohete, ascendiendo sobre ella. Y mientras todo eso sucedía, todavía no habíamos escuchado el rugido de los motores.

Ese desfase es probablemente una de las cosas que más recuerdo. Intelectualmente uno sabe perfectamente qué está ocurriendo: la luz de la ignición y del cohete ya recorrió la distancia que nos separa de la plataforma, mientras que el sonido todavía está viajando hacia nosotros. Pero una cosa es conocer la velocidad del sonido y otra muy distinta observar una enorme bola de fuego, ver después aparecer un Falcon Heavy acelerando hacia el cielo y que el estruendo correspondiente todavía no haya llegado.

A unos 340 metros por segundo, el sonido necesita alrededor de 18 segundos para recorrer los 6,27 kilómetros que separan la plataforma 39A de Banana Creek. La luz, en cambio, cubre esa distancia en apenas unas 21 microsegundos: a escala humana, instantáneamente. Por eso el lanzamiento parece ocurrir inicialmente sólo para los ojos.

Cuando finalmente llega el sonido, la experiencia cambia por completo. Aparece un rugido grave y sostenido que se percibe también en el cuerpo; llega la vibración, se siente algo del calor y el ambiente adquiere incluso un olor diferente. Es ahí cuando la expresión comercial que utiliza el Kennedy Space Center para este punto de observación —Feel the Heat— deja de sonar tan exagerada.

La estela del Falcon Heavy después del despegue del telescopio Roman desde la plataforma 39A. Fotografía: Federico de los Santos.

Ver un lanzamiento por televisión permite apreciar muchísimo más detalle. Las cámaras están junto a los motores, siguen al vehículo durante toda la trayectoria, muestran telemetría y permiten repetir cada maniobra. Pero estar allí aporta otra clase de información. Un lanzamiento real no llega al espectador todo al mismo tiempo: la luz, el sonido y las sensaciones físicas viajan por canales diferentes y alcanzan nuestros sentidos en momentos distintos.

Una madrugada bajo Júpiter y Marte

Nuestra experiencia había empezado bastante antes. Llegamos al Kennedy Space Center a las 4:06 de la mañana. El acceso para el lanzamiento comenzaba oficialmente pocos minutos después y, pese a la cantidad de gente, todo el proceso fue sorprendentemente fluido: seguridad, fotografía, ómnibus que atraviesan las instalaciones de NASA y traslado hasta el Apollo/Saturn V Center. El paquete incluía desayuno y algunos recuerdos conmemorativos; a mí me entregaron una Space Pen grabada con el nombre de Roman y a mi hijo un pequeño transbordador espacial metálico. Aproximadamente media hora después de haber llegado ya estábamos sentados en el césped con nuestra manta y algo para comer. El punto de observación estaba, efectivamente, tan cerca de la plataforma como puede estar normalmente el público: 3,9 millas, unos 6,27 kilómetros.

Después vinieron unas tres horas de espera que, lejos de hacerse largas, terminaron siendo parte importante de la experiencia. La noche estaba despejada. Sobre la zona del lanzamiento se distinguían Júpiter, Marte, Castor y Pólux, mientras el cielo empezaba muy lentamente a cambiar de color. A nuestras espaldas estaba el edificio que conserva un Saturn V completo y, delante, al otro lado del agua, la plataforma desde la que había partido el Apollo 11 en 1969.

La plataforma 39A, iluminada al otro lado de Banana Creek antes del amanecer. Fotografía: Federico de los Santos.

La 39A tiene una continuidad histórica difícil de ignorar cuando uno está allí. Fue utilizada por once misiones Apollo/Saturn V, incluyendo Apollo 11, y más tarde por 82 vuelos del transbordador espacial, entre ellos el primero y el último del programa. NASA la arrendó a SpaceX en 2014 y fue modificada para operar Falcon 9 y Falcon Heavy. Aquella mañana de 2026, una infraestructura construida originalmente para enviar seres humanos a la Luna servía para lanzar un observatorio diseñado para medir la evolución del universo.

El regreso de los boosters

Durante el ascenso no llegué a identificar con claridad la separación de los dos boosters laterales. Ocurrió a los pocos minutos, cuando el vehículo ya era un punto brillante difícil de interpretar a simple vista. Pero unos minutos después volvieron a aparecer.

El Falcon Heavy puede pensarse, simplificando, como tres primeras etapas derivadas del Falcon 9 volando juntas. Cada núcleo lleva nueve motores Merlin. Los dos laterales aportan empuje durante la primera parte del vuelo y después se separan, realizan una maniobra de retorno y pueden regresar a tierra, mientras el núcleo central y la segunda etapa continúan acelerando la carga útil.

En este vuelo los aterrizajes ocurrieron aproximadamente siete minutos y cuarenta segundos después del despegue, uno en Landing Zone 2 y el otro en Landing Zone 40, en Cabo Cañaveral.

Desde nuestra posición pudimos verlos descender. Y otra vez sucedió algo parecido al despegue: primero los ojos reciben la información y bastante después llega el sonido.

Los estampidos sónicos del regreso fueron, para mí, incluso más sorprendentes que el rugido inicial. Son golpes secos, enormes, difíciles de comparar con un sonido cotidiano. Y como los dos propulsores no reproducen exactamente la misma geometría respecto del observador, la experiencia se repite con una pequeña separación temporal. Se ve que han regresado, se los ve prácticamente sobre el suelo, y unos segundos más tarde el aire confirma lo que ya ocurrió.

Es otro recordatorio bastante directo de que cuando observamos cualquier fenómeno a distancia nunca vemos ni escuchamos realmente el presente. Recibimos señales que han necesitado tiempo para llegar hasta nosotros. En seis kilómetros esa diferencia es perceptible con nuestros propios sentidos. En astronomía, ese mismo principio se lleva al extremo: la luz que Roman observará de algunas galaxias habrá estado viajando durante miles de millones de años.

Un telescopio del tamaño de Hubble que ve mucho más cielo

El telescopio que viajaba encima del Falcon Heavy tiene un espejo primario de 2,4 metros, prácticamente la misma apertura que Hubble. Esa coincidencia puede hacer pensar que Roman será simplemente una versión moderna de Hubble, pero su diseño responde a un problema científico diferente.

Hubble tiene una capacidad extraordinaria para estudiar pequeñas regiones del cielo con enorme detalle. Roman conserva una resolución angular comparable, pero amplía radicalmente el campo observado.

Los dos grandes subsistemas del observatorio Roman y sus componentes principales. Imagen: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Su instrumento principal, el Wide Field Instrument, utiliza 18 detectores Teledyne H4RG-10 de 4096 por 4096 píxeles. El conjunto forma una cámara de aproximadamente 300 megapíxeles y cubre 0,281 grados cuadrados por exposición, con una escala de 0,11 segundos de arco por píxel. En comparación con la cámara infrarroja WFC3 de Hubble, el campo es aproximadamente 200 veces mayor.

Y no es solamente una cámara infrarroja. El instrumento dispone de ocho filtros que abarcan desde 0,48 hasta 2,3 micrómetros, desde parte de la luz visible hasta el infrarrojo cercano. También incorpora un prisma y un grism que permiten realizar espectroscopía sin rendija sobre todo el campo observado. En lugar de seleccionar individualmente un objeto y dirigir su luz hacia un espectrógrafo, Roman podrá dispersar simultáneamente la luz de cantidades enormes de galaxias.

Ahí aparece la verdadera diferencia conceptual con Hubble. Roman no está pensado solamente para obtener imágenes espectaculares de objetos individuales, sino para hacer astronomía estadística a escalas enormes.

NASA estima que medirá luz procedente de alrededor de mil millones de galaxias durante la misión. El volumen de datos también refleja esa filosofía: está previsto transmitir aproximadamente 1,4 terabytes de información científica por día, utilizando enlaces en banda Ka de hasta 500 megabits por segundo hacia estaciones terrestres distribuidas por el planeta.

Medir lo que no podemos ver

Uno de los objetivos centrales de Roman es estudiar dos componentes del universo que conocemos principalmente por sus efectos: la materia oscura y la energía oscura.

La materia oscura no interactúa con la luz de una forma que podamos detectar directamente, pero sí ejerce gravedad. La energía oscura es todavía más enigmática: es el nombre que damos al fenómeno responsable —dentro del modelo cosmológico actual— de que la expansión del universo se esté acelerando.

Roman intentará atacar el problema desde varias técnicas independientes. Esa redundancia es importante porque en cosmología las mediciones dependen fuertemente de controlar errores sistemáticos.

Una de ellas es la lente gravitacional débil. La masa situada entre nosotros y una galaxia distante curva ligeramente el espacio-tiempo y distorsiona su imagen. La deformación de una sola galaxia es demasiado pequeña y ambigua para decir demasiado, pero si se miden las formas de millones de galaxias se puede reconstruir estadísticamente cómo está distribuida la materia —visible y oscura— a lo largo de enormes volúmenes del universo.

Roman estudiará además cómo se agrupan las galaxias. Entre las herramientas están las oscilaciones acústicas de bariones, una especie de escala característica que quedó impresa en la distribución de materia por ondas de presión del universo temprano. Midiendo cómo parece cambiar esa escala a distintas distancias cósmicas se puede reconstruir la historia de expansión del universo.

A esto se sumarán las distorsiones en el espacio de corrimientos al rojo, útiles para estudiar cómo crecen las estructuras bajo la acción de la gravedad, y observaciones de miles de supernovas de tipo Ia, cuya luminosidad permite utilizarlas como indicadores de distancia cosmológica. Roman combinará así información sobre geometría, expansión y formación de estructura.

El interés no está solamente en medir con mayor precisión un parámetro llamado “energía oscura”. Si las distintas técnicas mostraran discrepancias entre sí, podrían señalar que el modelo cosmológico estándar es incompleto o incluso que nuestra descripción de la gravedad necesita modificaciones a escalas cosmológicas.

Encontrar planetas usando la gravedad de una estrella

La misma curvatura del espacio-tiempo que Roman utilizará para estudiar materia oscura también servirá, en otra escala completamente distinta, para encontrar planetas.

El observatorio apuntará repetidamente hacia regiones densísimas próximas al bulbo de la Vía Láctea y medirá el brillo de cientos de millones de estrellas. Ocasionalmente, una estrella situada en primer plano pasará casi exactamente por delante de otra más distante. Su gravedad desviará la luz de la estrella de fondo y producirá una amplificación temporal: una microlente gravitacional.

Si alrededor de la estrella que actúa como lente existe un planeta, la gravedad de ese planeta puede introducir una perturbación adicional y reconocible en la curva de brillo.

El fenómeno tiene una propiedad particularmente interesante: no depende de recibir luz del propio planeta. En principio permite detectar objetos muy fríos, alejados de su estrella e incluso planetas que vagan por la galaxia sin estar ligados a ninguna.

Esto complementa métodos como el tránsito, que son especialmente eficientes para encontrar planetas que pasan periódicamente delante de su estrella y suelen favorecer sistemas con órbitas relativamente cortas.

Roman hará las dos cosas casi accidentalmente al mismo tiempo. Mientras observe continuamente millones de estrellas buscando eventos de microlente, también registrará estrellas cuyo brillo disminuya periódicamente debido al tránsito de un planeta. Las estimaciones actuales de NASA apuntan a miles de planetas detectados mediante microlente y alrededor de 100.000 adicionales mediante tránsitos, además de planetas errantes, enanas marrones, estrellas de neutrones y agujeros negros aislados cuya presencia podrá inferirse por su gravedad.

Roman no será entonces solamente otro “cazador de exoplanetas”. Su aporte más importante puede ser estadístico: comprender qué tipos de sistemas planetarios son frecuentes en la galaxia, incluyendo regiones de masa y distancia orbital que misiones como Kepler y TESS exploran con menor eficiencia.

El experimento que prepara los telescopios del futuro

Roman lleva también un segundo instrumento mucho más pequeño en términos de producción científica, pero tecnológicamente muy importante: el Coronagraph Instrument.

Fotografiar directamente un planeta alrededor de otra estrella es extraordinariamente difícil porque la estrella puede ser millones o miles de millones de veces más brillante y ambos objetos están separados por un ángulo minúsculo desde la Tierra.

Un coronógrafo intenta eliminar la luz de la estrella manteniendo visible la luz del entorno. En la práctica, bloquear simplemente el disco de la estrella no alcanza: pequeñas imperfecciones ópticas generan difracción y luz dispersa capaz de ocultar completamente al planeta.

El coronógrafo de Roman utiliza control activo del frente de onda, incluyendo espejos deformables que pueden corregir imperfecciones minúsculas en tiempo real. Está diseñado para demostrar la detección de objetos hasta cien millones de veces más débiles que su estrella, mejorando entre cien y mil veces el contraste conseguido por coronógrafos espaciales anteriores.

No se espera que Roman fotografíe una “segunda Tierra”. Su coronógrafo es, ante todo, una demostración tecnológica. Pero las técnicas que valide son precursoras directas de las necesarias para futuros observatorios como el proyectado Habitable Worlds Observatory, cuyo objetivo sí sería obtener imágenes y espectros de planetas rocosos alrededor de estrellas similares al Sol.

Un millón y medio de kilómetros antes de empezar

Treinta y un minutos después de aquel despegue que vimos desde Florida, Roman se separó de la segunda etapa del Falcon Heavy y empezó a viajar por sus propios medios. Su destino no es una órbita terrestre como la de Hubble.

Se dirige a las proximidades del punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra, situado aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta, donde también trabaja el telescopio James Webb. El observatorio no quedará estacionario en un punto, sino que describirá una amplia órbita alrededor de esa región mientras acompaña a la Tierra alrededor del Sol. El viaje, despliegue, calibración y puesta en servicio ocuparán aproximadamente tres meses.

Los cinco puntos de Lagrange del sistema Sol-Tierra; Roman se dirige a una órbita alrededor de L2. Imagen de archivo aportada por el autor.

La geometría de L2 permite mantener al Sol, la Tierra y la Luna aproximadamente en la misma dirección respecto del telescopio. Esto simplifica el control térmico y facilita mantener los instrumentos protegidos de fuentes intensas de luz, algo especialmente importante para observaciones infrarrojas de alta sensibilidad.

La misión científica primaria está prevista para cinco años, con la posibilidad de extenderse otros cinco.

El telescopio lleva el nombre de Nancy Grace Roman, primera jefa de astronomía de NASA y una de las personas fundamentales para convertir la idea de un gran telescopio espacial en lo que finalmente sería Hubble. Sus colegas terminaron llamándola la “madre del Hubble”. Resulta particularmente apropiado que el observatorio que lleva su nombre tome ahora el concepto de la astronomía espacial que ella ayudó a consolidar y lo traslade hacia una nueva escala: no solamente mirar más lejos, sino mirar muchísimo cielo a la vez.

La física que se siente

Mientras todo eso comenzaba su viaje hacia L2, nosotros seguíamos en el césped del Kennedy Space Center.

Habíamos llegado de noche. Habíamos visto amanecer junto a un Saturn V, con Júpiter y Marte todavía visibles sobre el lugar donde esperaba el Falcon Heavy. Después vimos aparecer la bola de fuego desde el primer instante de la ignición, contemplamos cómo el cohete emergía por encima de la estructura de la plataforma y esperamos a que el sonido recorriera los seis kilómetros que faltaban.

Más tarde vimos regresar dos boosters que minutos antes habían formado parte de ese mismo cohete y escuchamos sus estampidos sónicos cuando ellos ya estaban prácticamente de vuelta en tierra.

Es difícil que un video reproduzca eso porque la parte más interesante de la experiencia no consiste solamente en “ver un lanzamiento”. Es comprobar físicamente cosas que normalmente conocemos como abstracciones.

La luz es mucho más rápida que el sonido. Las ondas necesitan tiempo para propagarse. Un objeto supersónico comprime el aire hasta formar una onda de choque. La gravedad puede curvar trayectorias. La información nunca llega instantáneamente.

A seis kilómetros, algunas de esas ideas producen un retraso de dieciocho segundos y un golpe en el pecho.

A escalas cosmológicas, las mismas leyes permiten usar la luz que empezó a viajar hace miles de millones de años para reconstruir la distribución de materia invisible, medir cómo se expande el universo o descubrir un planeta porque su gravedad desvió durante unas horas la luz de una estrella situada detrás.

Roman fue construido precisamente para hacer eso a una escala que hasta ahora no era posible.

Aquella mañana, sin embargo, todo comenzó de una manera bastante menos abstracta: una bola de fuego apareció al encenderse los motores y, durante unos dieciocho segundos, todo ocurrió primero para los ojos.