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La astronomía europea está pensando seriamente en construir una nueva generación de telescopios realmente enormes, que permitirán escudriñar los rincones más lejanos del universo.

Un telescopio con base en Tierra de 100 metros de diámetro podría llegar a ver su primera luz hacia el año 2020, según un nuevo estudio europeo. Con 100 veces la capacidad de recolección de luz de los Keck, y 40 veces el poder de resolución del Hubble, un telescopio de esta clase podría ofrecer a los observadores una visión del universo sin precedentes.

Euro50 es un telescopio óptico e infrarrojo de 50 metros con óptica adaptativa propuesto y que está siendo estudiado por astrónomos de Finlandia, Irlanda, España, Suecia y el Reino Unido. Un lugar posible de instalación estaría en La Palma, Islas Canarias.

La palabra grande ni siquiera comienza a describir el telescopio que desea construir un grupo internacional de trabajo de astrónomos. Han puesto sus ojos en lo que modestamente llaman el Telescopio Europeo Extremadamente Grande (ELT = European Extremely Large Telescope), un monstruo de 100 metros que utiliza varios miles de espejos primarios modulares que serían finamente sintonizados en forma continua por una óptica adaptativa totalmente integrada. Los investigadores están convencidos de que algo así podría ser construido realmente.

“Los estudios iniciales son muy positivos, y sugieren que un telescopio segmentado de 50 a 100 metros podría ser construido en un plazo de 10 a 15 años con un costo de alrededor de mil millones de euros”, dice Isobel Hook de la Universidad de Oxford, científica de proyecto para el ELT. ¿Estarán los astrónomos utilizando un telescopio gigante como éste dentro de 20 años?. “Pienso que es algo seguro”, dijo.

Eli Atad, quien encabeza el grupo de óptica adaptativa del Centro de Tecnología Astronómica en Edimburgo, Escocia, dice que el diseño final todavía no ha sido escogido. Sin embargo, un trabajo anterior sobre un telescopio de 100 metros denominado OWL (Overwhelmingly Large Telescope = Telescopio Abrumadoramente Grande), sugiere que la luz podría ser “plegada” entre 4 o 6 espejos de modo de reducir la altura del telescopio y minimizar el tamaño de los espejos que deberán ser constantemente re-conformados para compensar la distorsión atmosférica.

A pesar del sendero lumínico plegado, el telescopio se alzará hasta los 125 metros y pesará entre 15 y 20 toneladas. La estructura se deslizará sobre una montura azimutal, y será también controlado activamente para mantener la alineación y la precisión de rastreo.

“Los mayores telescopios que tenemos ahora ya me hacen sentir muy pequeño cuando me paro junto a ellos”, dice Hook. “Resulta difícil imaginarse lo que sería estar al lado de uno que sea 5 o 10 veces mayor”.

El Telescopio Abrumadoramente Grande (OWL) del Observatorio Austral Europeo (ESO) consistirá en un espejo segmentado de100 metros que utilizará óptica adaptativa. En esta vista simulada, el domo protector ha sido desplazado.Crédito: ESO

Según Atad, el telescopio podría ser construido casi totalmente con la tecnología actual. Sin embargo, dice, los ingenieros se enfrentan al “enorme reto tecnológico de la óptica adaptativa” con el espejo activo de 4 metros que requiere millones de actuadores, los que a su vez necesitarán “una ingeniería de sistemas y de control extremadamente compleja” además de un súper-computador dedicado.

Mientras los ingenieros enfrentan con estos problemas, los astrónomos europeos están preparando el caso científico para el ELT. En el último encuentro de la Real Sociedad Astronómica, Hook resumió un nuevo informe preparado por más de 100 de sus colegas.

Las posibilidades parecerían realmente notables, incluyendo imágenes de objetos del sistema solar que hoy en día requerirían una sonda espacial, vistas de exoplanetas tipo Tierra, y estudios espectroscópicos de las primeras estrellas y galaxias. Sin embargo, Hook está más entusiasmada por los descubrimientos que ella no puede predecir.

“Personalmente, son los resultados inesperados los que estoy esperando”, dijo. “Cada vez que construimos una nueva clase de telescopio, nos ha traído algo que no habíamos predicho”.

EE. UU. y Canadá tienen también su proyecto de gran telescopio, el así llamado Telescopio de Treinta Metros (TMT = Thirty Meter Telescope).

Detectando vida

Una de las áreas más emocionantes en la que seguramente los grandes telescopios tendrán un impacto principal es la búsqueda de planetas tipo Tierra y, por extensión, la de vida extraterrestre.

Logo de OWL, el Telescopio Abrumadoramente Grande (“owl”, en inglés, significa “búho”). Crédito: ESO

Hasta ahora, los astrónomos han detectado unos 150 exoplanetas que orbitan otras estrellas, utilizando para ello métodos indirectos, tales como el así llamado “efecto de bamboleo” en el que la presencia del planeta se infiera a partir de su influencia gravitatoria sobre la estrella primaria.

Si bien recientemente algunos grupos han publicado imágenes de lo que según ellos son mundos distantes fotografiados directamente, todavía muchos astrónomos permanecen sin estar convencidos. De todos modos, todos esos planetas son muy diferentes al nuestro.

“Los candidatos a exoplanetas que hemos fotografiado son probablemente planetas gigantes jóvenes que no tienen parecido en nuestro sistema solar”, dijo la Dra. Hook.

“Si se desea estudiar un planeta maduro que ya no está emitiendo luz propia, sería necesario enfrentarse a un contraste mucho mayor entre la estrella brillante y el tenue planeta”.

“Para éso, habría que tener un telescopio mucho más grande”, dijo ella.

Espejos de muchas partes

Los telescopios gigantes podrían estudiar la composición química de planetas tipo-Tierra, detectando la presencia de agua líquida, oxígeno o metano.

Unos instrumentos tan poderosos podrían incluso detectar vegetación en algún planeta distante, observando la firma espectral característica de la clorofila, el pigmento clave de la fotosíntesis.

La luz del sol poniente se filtra a través de la masiva superestructura del telescopio OWL en esta imagen generada por computadora.Crédito: ESO

El “salto cuántico” en rendimiento que sería posible con los telescopios gigantes ayudaría a los astrónomos para una mejor comprensión de las galaxias y de cuándo se formaron sus estrellas, y responder las muchas preguntas básicas sobre la naturaleza de las misteriosas energía y materia oscura, que conforman el 95 por ciento del universo conocido.

Pero la construcción de estos observatorios monstruosos presenta retos técnicos significativos.

“Lo que todos estos proyectos tienen en común es que no se pueden construir espejos de una sola pieza que tengan más de 8 metros de diámetro”, dijo la Dra. Hook. “Si se quiere hacer algo más grande, hay que hacerlo uniendo piezas más pequeñas”.

Algunos de estos grandes telescopios implican la combinación de varios espejos circulares de 8 metros. Pero otros, como el OWL y el Euro-50, tendrán espejos construidos a partir de muchos segmentos hexagonales pequeños.

El diseño de OWL utiliza en su espejo una forma esférica, en lugar de la parabólica usual, para reducir costos. Esto significa que todos los segmentos pueden tener la misma forma y tamaño y pueden ser fabricados en masa.

Pero eso también significa que el campo del telescopio no tendrá un foco, de modo que requerirá varios espejos correctivos.

El concepto OWL funciona bien para un telescopio de unos 100 metros, pero para los que estén por debajo de la marca de los 60 metros, el diseño del Euro-50, con su espejo parabólico más pequeño, puede resultar un compromiso mejor entre costo y rendimiento.

¿Qué es la óptica adaptativa?

Las ondas de luz recogidas por los telescopios terrestres son inevitablemente distorsionadas por la turbulencia atmosférica, impidiendo así que estos instrumentos alcancen su resolución teórica, sin importar la cualidad intrínseca del telescopio.

La resolución teórica se expresa mejor como el ángulo más agudo más allá del cual un telescopio será incapaz de ofrecer una imagen con contraste significativo, y se da en radianes con la razón longitud de onda / diámetro del telescopio.

Por lo tanto, un telescopio de 8 metros debería ser capaz de resolver objetos de hasta 0,013 segundos de arco en luz visible (digamos, de 0,0005 mm). Sin embargo, a causa de la turbulencia atmosférica, las imágenes obtenidas desde buenas ubicaciones astronómicas tienen una resolución típica de 0,5 a 1,0 segundos de arco, y ocasionalmente algo mejor cuando las condiciones son óptimas.

La solución más evidente es colocar al telescopio en órbita. Sin embargo es algo muy oneroso, y también tiene sus problemas, como por ejemplo una vida útil reducida, la dificultad o la imposibilidad de mantenimiento y mejoras, etc..

Otra solución es agregar a los telescopios terrestres un sistema de óptica adaptativa. Este consiste esencialmente en uno o más componentes activos (espejos deformables), un sistema de metrología (un sensor de frente de onda) y una computadora rápida.

El sistema de metrología toma la luz de una estrella de referencia en el campo y mide las distorsiones de la onda de entrada. Esta medición es traducida a comandos que la computadora envía a los actuadores que soportan el espejo deformable, cuya forma es finalmente ajustada para compensar las distorsiones de la onda. Esta corrección debe ser repetida continuamente (en la práctica cientos de veces por segundo) ya que la turbulencia cambia muy rápidamente.

Como resultado, el efecto de distorsión de la atmósfera es cancelado, a una pequeña fracción del costo de un telescopio espacial. Esta técnica ha sido integrada exitosamente en un número bastante grande de telescopios con base en tierra, permitiéndoles lograr imágenes no igualadas hasta ahora.

Sin embargo, también tiene sus limitaciones cruciales. La turbulencia cambia con la dirección, por lo tanto las imágenes pueden ser corregidas únicamente sobre un campo de visión relativamente pequeño; se debe encontrar una estrella de referencia lo suficientemente cercana al blanco estudiado, y debe ser lo suficientemente brillante como para permitir que su luz sea recogida y analizada en unos pocos milisegundos.

Se encuentran en construcción sistemas adaptativos de segunda generación con capacidades mejoradas, los que deberían entrar en operaciones en los próximos años.

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Recopilado por Heber Rizzo Baladán de varias fuentes: Astronomy Magazine, BBC News, OWL/ESO, y otras:
http://www.astronomy.com/asy/default.aspx?c=a&id;=3049
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4426535.stm
http://www.eso.org/projects/owl/
Fecha: Abril 12, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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