NASA / Foto de Guy Plante (Universidad Laval) El LMT de 3,7 metros de diámetro de la Universidad Laval de Quebec. Desde que fue reparado en 1993, El telescopio espacial Hubble de la NASA ha asombrado a científicos y ciudadanos por igual con sus vistas del universo, incluyendo destellos de las galaxias más lejanas conocidas. El espejo en Hubble, sin embargo, es relativamente pequeño a 94,5 pulgadas (casi 8 pies) de ancho, una limitación que ha animado a la NASA a pensar en grande. El telescopio espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2013, contará con un espejo de 20 pies capaz de proporcionar siete veces el área de recolección de luz del Hubble.
Pero la NASA también está considerando una solución más intrigante:un tipo especial de telescopio reflector que usa un líquido, no vidrio, como espejo principal. Conocido como telescopio de espejo líquido (LMT) , no vería el espacio desde la órbita de la Tierra, como lo hace Hubble. En lugar de, miraría al universo desde la superficie de la luna. El telescopio tendría entre 66 pies y 328 pies de ancho, convirtiéndolo en el telescopio más grande conocido por el hombre. Recogería 1, 736 veces más luz que el Hubble y penetran en las profundidades del universo para ver objetos casi tan antiguos como el Big Bang.
Este artículo explicará cómo funciona un telescopio de espejo líquido. Examinará la estructura y función de un LMT, pero lo hará a la luz de un despliegue basado en la luna. ¿Cómo diablos se construye un telescopio en la luna? ¿Qué tan difícil será construir un LMT en la luna? Y lo mas importante ¿Qué oportunidades puede brindar un telescopio lunar?
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En un hangar de aviones en Columbus, Ohio, unas 80 toneladas de acero, La electrónica y el equipo criogénico están a punto de unirse y depositar una onza de aluminio en una capa fina como un susurro en un espejo de telescopio gigante.
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Un LMT de 3 metros en Nuevo México (ahora cerrado) Foto cortesía de NASA. En principio, un LMT no es diferente de un telescopio reflector normal. Consulte Cómo funcionan los telescopios para obtener una explicación detallada de los telescopios. He aquí un resumen rápido.
A telescopio reflector usa espejos para ver objetos distantes. Un espejo primario recoge la luz del objeto, mientras que un espejo secundario enfoca la imagen hacia el ocular. En un reflector convencional, el espejo primario se fabrica puliendo y puliendo minuciosamente el vidrio hasta obtener la forma deseada, generalmente una parábola. Una vez preparado el vaso, un proceso conocido como aluminizado lo hace reflexivo. La aluminización implica vaporizar el aluminio al vacío, provocando que una película de metal de unos 100 nanómetros de espesor se deposite sobre el vidrio. Las fallas en la producción de espejos pueden afectar el desempeño del telescopio. Este fue el problema con Hubble:la curva en su espejo principal estaba desviada por solo una fracción del ancho de un cabello, que provocó que la luz se reflejara en el centro del espejo, dando lugar a imágenes borrosas.
Un telescopio de espejo líquido, como sugiere su nombre, usa un líquido, vidrio no aluminizado, como su espejo principal. El líquido, generalmente mercurio , se vierte en un plato giratorio. La rotación crea dos fuerzas fundamentales que actúan sobre el mercurio: gravedad y inercia . La gravedad tira hacia abajo sobre la superficie del líquido, mientras que la inercia tira del líquido hacia los lados en el borde del plato. Como resultado, el líquido forma una parábola uniforme y perfecta, la superficie reflectante ideal para un telescopio. Mejor de todo, la superficie del espejo líquido permanece lisa e impecable con poco o ningún mantenimiento. Si se altera el líquido, la gravedad y la inercia actuarán sobre el líquido para devolverlo a su estado original.
Ernesto Capocci , un astrónomo italiano, fue la primera persona en describir cómo podría funcionar un LMT en 1850. Concibió la idea después de leer sobre experimentos, realizado por Isaac Newton y otros, que involucran líquidos de hilado. A principios del siglo XX, el físico estadounidense R.W. Wood realmente construyó lo que Capocci había descrito 50 años antes. El LMT de Wood presentaba una capa de un centímetro de mercurio colocada en un plato giratorio. Pudo observar la luna pero notó que la imagen estaba distorsionada. Los astrónomos modernos aprendieron que la calidad de imagen de un LMT mejoraba mucho si se usaba una capa más delgada de mercurio. por lo que los LMT de hoy usan una capa de un milímetro de mercurio.
Las ventajas de los telescopios de espejo líquido
La mayor ventaja de un LMT es su costo relativamente bajo. Los telescopios líquidos cuestan mucho menos de construir que los espejos de aluminio pulido de tamaño similar. Por ejemplo, el Gran Telescopio Zenith tuvo un precio de $ 1 millón. Construir un telescopio de espejo de vidrio comparable costaría 100 veces más. Y los LMT cuestan menos de mantener, principalmente porque no es necesario limpiar el espejo líquido, ajustado o aluminizado.
Por supuesto, hay algunos inconvenientes. El mercurio es extremadamente tóxico, por lo que trabajar con él plantea algunos riesgos para la salud a largo plazo. No solo eso, el plato que contiene el mercurio solo se puede inclinar hasta cierto punto antes de que se derrame el líquido. Esto limita la vista de un LMT, que solo puede mirar hacia arriba.
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El gran telescopio Zenith NASA / Foto de Paul Hickson (Universidad de Columbia Británica) El LMT más grande de la Tierra es el Gran telescopio Zenith en Columbia Británica. Su espejo líquido giratorio tiene casi 20 pies de ancho y pesa tres toneladas, convirtiéndolo en el tercer telescopio más grande de América del Norte. El plato que contiene el mercurio está fabricado con segmentos hexagonales pegados entre sí para formar un caparazón. Cada pieza tiene un núcleo de espuma de alta densidad cubierto con fibra de vidrio. Para darle al caparazón una forma cóncava, se calienta en un horno grande. Una pared en el borde del espejo evita que el mercurio se derrame.
Una armadura de acero y 19 almohadillas ajustables sostienen el plato. El braguero Sucesivamente, está soportado por un acero inoxidable cojinete de aire diseñado solo para el gran telescopio Zenith. Un cojinete de aire es un tipo especial de cojinete que utiliza una fina película de aire presurizado como lubricante alrededor del eje que hace girar el espejo. Los rodamientos normales que usan lubricantes de aceite son menos efectivos, porque producen vibraciones y rotaciones inestables que degradan la calidad de la imagen. Como solución de cero fricción, un cojinete de aire elimina estos problemas, conduciendo a una perfecta suavidad, Rotación sin vibraciones. Un motor de CC sin escobillas incorporado hace girar el eje del cojinete de aire y puede girar una carga de hasta 10 toneladas a aproximadamente 10 revoluciones por minuto.
© 2007 HowStuffWorks Seis patas de apoyo sujetan el espejo principal a un anillo en la parte superior del telescopio. El anillo soporta el detector y una lente refractora más pequeña que ayuda a enfocar la imagen. El detector incluye un dispositivo de carga acoplada (CCD), que reúne fotones de luz y los convierte en elementos de imagen, o píxeles. Estos píxeles se transfieren a la pantalla de una computadora y se unen para formar una imagen que se puede manipular y mejorar para mejorar los detalles de la imagen. La computadora no está alojada en la estructura del observatorio del telescopio, pero en un edificio cercano.
El único problema con el Gran Telescopio Zenith, un problema que comparte con todos los telescopios terrestres, es su ubicación. Incluso a una altitud de 1, 295 pies, la atmósfera todavía protege su vista de los cielos. Si se pudiera colocar un telescopio de espejo líquido en la luna, donde no hay atmósfera para bloquear los rayos ultravioleta, infrarrojos y otras formas de energía, podría proporcionar resultados aún más espectaculares. Pero, como veremos en la siguiente sección, La construcción de un LMT en la luna presenta sus propios desafíos.
Una representación de la NASA de un telescopio de espejo líquido lunar Imagen cortesía de NASA Un telescopio de espejo líquido construido en la superficie de la luna es un telescopio de espejo líquido lunar (LLMT) . Realmente no es diferente del Gran Telescopio Zenith descrito en la última sección, excepto que el líquido elegido debe tener las propiedades adecuadas para permanecer líquido en el duro clima de la luna. El mercurio no funcionará porque su punto de congelación es -101,966 ° F (-74,43 ° C). La baja temperatura en la luna puede alcanzar -243 ° F (-153 ° C), para que el mercurio se solidificara, por lo que es una opción inaceptable para el espejo principal.
Recientemente, Los científicos han descubierto una clase de líquidos que podrían hacer posible un LLMT. Son conocidos como fluidos iónicos , y tienen estas importantes propiedades:
Más importante, Los líquidos iónicos pueden recubrirse con materiales que les confieren una alta reflectividad. Un fluido iónico prometedor es el 1-etil-3-metili-
etilsulfato de midazolio, comercialmente conocido como ECOENG 212 . ECOENG 212 puede revestirse de plata, haciéndolo altamente reflectante. Su reflectividad se puede mejorar aún más depositando primero una película de cromo, seguido de plata. ECOENG 212 tiene un punto de congelación de -144 ° F (-98 ° C), sin embargo, por lo que aún podría solidificarse en las temperaturas frías de la luna. Dado que hay millones de líquidos iónicos, los científicos confían en que encontrarán otro candidato con un mejor perfil de punto de congelación.
También tendrán que encontrar otra forma de soportar el espejo primario. El cojinete de aire utilizado en el gran telescopio Zenith no funcionará en la luna porque no hay aire para alimentar el sistema. Una solución sería un rodamiento magnético superconductor. Dicho rodamiento se basa en la misma tecnología utilizada en los vehículos maglev, que utilizan un campo magnético para levitar un vehículo por encima de una vía guía. En este caso, el campo magnético crea un cojín de fricción cero entre el eje y su alojamiento.
Por supuesto, todos estos materiales tendrán que ser enviados por cohete a la luna y ensamblados allí. Incluso teniendo eso en cuenta, un telescopio de espejo líquido plantea muchos menos problemas logísticos que un telescopio reflector convencional hecho de vidrio. El espejo, porque es liquido, simplemente se llevará en una jarra y se almacenará hasta que la infraestructura del telescopio esté lista. Luego, un astronauta verterá el líquido en el plato para formar el espejo principal. El sistema de truss utilizado para soportar el plato y el espejo podría preconstruirse y desplegarse de forma robótica. su marco se despliega como un paraguas que se abre. Pero usar un robot para construir un LMT en la luna requeriría que el instrumento permaneciera bastante pequeño. Como veremos en la siguiente sección, el LMT imaginado por los astrónomos y los ingenieros de la NASA es cualquier cosa menos pequeño.
Imagen de estrellas y galaxias tomada con el LMT de 6 metros en la Universidad de Columbia Británica NASA / Foto de Paul Hickson (Universidad de Columbia Británica) Un telescopio de espejo líquido colocado en la luna instantáneamente tiene una gran ventaja sobre un telescopio terrestre:está libre de distorsiones atmosféricas, que afecta a las imágenes celestes. Por la misma razón, también es capaz de detectar más formas de energía electromagnética. La mayoría de los tipos de radiación electromagnética, excepto luz visible y ondas de radio, son absorbidos por la atmósfera terrestre. En la Luna, que no tiene atmósfera en absoluto, un telescopio estaría expuesto a todo el espectro de radiación electromagnética:rayos gamma, Rayos X, luz ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, microondas y ondas de radio.
Un telescopio que utilice un líquido iónico como espejo principal sería particularmente sensible a la luz visible y la radiación infrarroja. Esto sería importante para observar los objetos más distantes del universo, que se alejan rápidamente de la Tierra. El efecto Doppler hace que creen radiación en la longitud de onda más larga, porción infrarroja del espectro.
El tamaño también es un factor clave. En el entorno de baja gravedad de la luna, es mucho más fácil construir grandes estructuras. El equipo que diseñó el LLMT cree que puede construir un espejo líquido primario de 66 pies a 328 pies de ancho. Tal espejo podría observar objetos de 100 a 1, 000 veces más débil que la próxima generación de telescopios, incluido el telescopio espacial James Webb, es capaz de hacerlo. Eso significa que los astrónomos podrían usar el instrumento para mirar más profundamente en el espacio y el tiempo que nunca. Por primera vez, podríamos ser capaces de detectar las primeras fases del universo justo después del Big Bang, expandiendo nuestra comprensión de cómo se comportaba el universo recién formado.
Ahora, el LLMT sigue siendo un concepto. El proyecto ha recibido financiación del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA para un estudio que muestre cómo un telescopio en la luna podría apoyar la astronomía. Esto es importante porque la luna es el primer objetivo en la Visión para la Exploración Espacial, una iniciativa que busca cómo ir más allá de la órbita de la Tierra con fines de exploración humana y descubrimiento científico. Si la NASA puede demostrar que los puestos avanzados lunares serían prácticos, con valor económico y científico, entonces el público, y en última instancia el Congreso, podría estar dispuesto a mostrar el apoyo financiero adecuado.
Un telescopio de espejo líquido lunar se encuentra entre varios proyectos que ayudarán a la NASA a demostrar la viabilidad de la exploración espacial. Aún así, lo más temprano que podría implementarse es 2020. Hasta entonces, los astrónomos tendrán que estar satisfechos con los telescopios de espejo líquido, como el gran telescopio Zenith, que ven los cielos desde la Tierra.
Para obtener más información sobre los telescopios de espejo líquido lunar, consulte los enlaces en la página siguiente.
