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Tecnología de Cuarta Generación Transformará Observación Desde la Tierra

Blog
diciembre 07, 2023

Los espejos secundarios adaptativos del Telescopio Magallanes Gigante compensarán el efecto borroso provocado por la atmósfera de la Tierra.

Cuando miramos el cielo por la noche, las estrellas parecen titilar. Ese fenómeno se debe a la turbulenta atmósfera terrestre, que distorsiona la luz que las atraviesa. Eso, porque cada haz de luz sufre un efecto de refracción causado por cambios de temperatura y densidad en la atmósfera. Es un poco como mirar hacia arriba cuando estamos sumergidos en una piscina. Cuando miramos las estrellas a través de la atmósfera, ya sea con nuestros propios ojos o con la ayuda de un telescopio, tenemos la impresión de que la luz baila y titila.

Hay lugares mejores que otros para observar el cielo. Los mejores son aquellos situados a gran altura, con climas estables, baja humedad, escasa nubosidad y cielos bien oscuros (es decir, sin contaminación lumínica artificial). Y el emplazamiento del Telescopio Magallanes Gigante en Chile, en la cima del cerro de Las Campanas, en pleno desierto de Atacama, es uno de los mejores del mundo. Allí se encuentra el Observatorio Las Campanas, a casi 2.400 metros sobre el nivel del mar, donde hay muy poca humedad. Aunque es uno de los mejores lugares del mundo para poner un telescopio, la turbulencia atmosférica sigue siendo un problema.

Los espejos secundarios adaptativos del Telescopio Magallanes Gigante compensarán el efecto borroso provocado por la atmósfera de la Tierra. Gracias a la tecnología de espejo secundario adaptativo, la próxima generación de telescopios terrestres ofrecerá una claridad óptica incluso superior a la de los telescopios espaciales.

A medida que la ciencia informática avanzaba en la década de los noventa, los ingenieros también fueron desarrollando tecnologías ópticas capaces de corregir el efecto borroso de la atmósfera que tanto dificultaba la labor de los astrónomos. Así fue como se creó la óptica adaptativa, algo así como una varita mágica que permite compensar la interferencia óptica de la atmósfera. Juntas, la óptica adaptativa atmosférica y los instrumentos adaptativos ópticos terrestres permiten corregir las distorsiones causadas por las turbulencias en la capa límite atmosférica.

Hacer desaparecer la atmósfera

Frank Groark, gerente de óptica y metrología óptica del Telescopio Magallanes Gigante, explica: “Al medir la turbulencia atmosférica, los espejos secundarios adaptativos aplican una distorsión opuesta hasta que la luz estelar reflejada quede perfectamente corregida”. El Telescopio Magallanes Gigante contará con la cuarta generación de lo que se conoce como espejos secundarios adaptativos, basados en tecnología usada en los telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas, en Chile, y el Large Binocular Telescope, en Arizona, que constituyen una sofisticada herramienta de óptica adaptativa. Estos espejos ejecutan correcciones determinadas por sensores de frente de onda, computadores ultrarrápidos y sofisticados algoritmos, cambiando de forma miles de veces por segundo gracias a más de 600 actuadores magnéticos para, de esa forma, compensar la turbulencia atmosférica en tiempo real.

Renderización despiezada de un espejo secundario adaptativo del Telescopio Magallanes Gigante. Créditos: Giant Magellan Telescope – GMTO Corporation

“Estas tecnologías ópticas hacen cosas que no habría creído posibles hace veinte años”, comenta Frank. Antes, los astrónomos dependían únicamente de la observación natural con telescopios terrestres, mientras que ahora los espejos deformables son la tecnología más usada en aplicaciones de corrección de frente de onda en la óptica adaptativa. El Telescopio Magallanes Gigante tiene siete espejos secundarios adaptativos —ubicados encima de siete espejos primarios de 8,4 metros— que reflejan la luz hacia el plano focal del telescopio.

Cada espejo secundario adaptativo está emparejado y alineado con uno de los espejos primarios gigantes, y su función es captar la luz distorsionada que recibe su espejo primario correspondiente. Gracias a la óptica adaptativa ejecutada por los espejos secundarios, solo se necesita que lleguen dos reflejos corregidos al plano focal. Estos espejos deforman su superficie a una velocidad vertiginosa de 2.000 veces por segundo para afinar la luz antes de enviarla en un haz concentrado a los instrumentos científicos del telescopio para su posterior análisis.

Mientras que los espejos primarios del telescopio son únicos en su tipo por ser los más grandes fabricados a la fecha, los espejos secundarios adaptativos son únicos gracias a su superficie de vidrio excepcionalmente delgada. De hecho, la fina capa espejada de la superficie reflectora, de 1,05 metros de diámetro y tan solo 2 milímetros de espesor, es extremadamente flexible. Dicha capa, que está hecha de Zerodur, un material de vidrio cerámico estructuralmente estable y muy resistente a las variaciones térmicas, se someterá a un proceso de pulido de aproximadamente un año para alcanzar la forma parabólica necesaria. A continuación, se instalarán imanes en el marco del espejo para dejar una brecha de 150 micrones (el espesor de una hoja de papel) entre la superficie posterior del espejo y el marco. Así, la superficie reflectora tendrá espacio para deformarse según los movimientos de 675 actuadores de bobina móvil independientes instalados en el marco.

Avances de las tecnologías ópticas

Carcasa de un espejo secundario adaptativo del Telescopio Magallanes Gigante. Créditos: AdOptica
Carcasa de un espejo secundario adaptativo del Telescopio Magallanes Gigante. Créditos: AdOptica
Superficie óptica de un espejo secundario adaptativo del Telescopio Magallanes Gigante. Créditos: Safran Reosc

El primer espejo secundario adaptativo fuera de eje del Telescopio Magallanes Gigante está siendo fabricado por AdOptica, un consorcio de renombre dedicado al diseño de telescopios e instrumentos astronómicos. En el marco de la validación del proceso de fabricación realizado el año pasado, se llevó a cabo una demostración del proceso usando un prototipo de Zerodur a escala y un prototipo de nylon de tamaño real. Safran Reosc, empresa contratista de AdOptica especializada en sistemas optomecánicos de alto rendimiento, está fabricando la fina capa espejada, cuya superficie óptica cóncava ya ha sido pulida y sometida a prueba. Actualmente se está llevando a cabo el proceso de reducción del espesor, que está cerca de alcanzar los 2 mm.

En tanto, la Universidad de Arizona y el Instituto Coreano de Investigación de Normas y Ciencia (KRISS, en su sigla en inglés) fabricaron la carcasa: una estructura compacta y liviana tallada a partir de un monolito de Zerodur. Con las etapas de fabricación e inspección de los principales componentes estructurales concluidas, se prevé que el primero de los siete espejos secundarios adaptativos del Telescopio Magallanes Gigante estará listo el próximo año.

Posicionador de la primera unidad del sistema de espejos secundarios adaptativos del Telescopio Magallanes Gigante montado en una plataforma de prueba (estructura amarilla) en A.D.S. International. Modelo estructural del espejo deformable de la primera unidad del sistema de espejos secundarios adaptativos del Telescopio Magallanes Gigante integrado en A.D.S. International. Créditos: AdOptica

Gracias a la tecnología de espejo secundario adaptativo, la próxima generación de telescopios terrestres ofrecerá una claridad óptica incluso superior a la de los telescopios espaciales. Con la óptica adaptativa de este enorme telescopio segmentado, que tendrá un campo de visión exhaustivo—el más amplio en la categoría de 30 metros—la astronomía óptica infrarroja alcanzará una capacidad muy superior a la de los demás telescopios terrestres de 10 metros en operación actualmente, una capacidad que le permite observar objetos más tenues con una resolución y una sensibilidad sin precedentes, más de 50 millones de veces superior al poder de recolección de luz del ojo humano.

De esa forma, estas tecnologías revolucionarias permitirán medir con precisión las distancias, masas y características dinámicas y químicas de los cuerpos celestes del espacio profundo y contribuir a la búsqueda de vida en otros planetas.

Obtén más información sobre los espejos secundarios adaptativos del Telescopio Magallanes Gigante aquí.

Author

Savannah Gasparo

Assistant Director of Communications

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