El laboratorio de espejos Richard F. Caris de la Universidad de Arizona es líder mundial en la producción de los espejos telescópicos más grandes del mundo. De hecho, Actualmente fabrica espejos para el telescopio terrestre más grande y avanzado:el Telescopio Gigante de Magallanes.

Pero existen limitaciones de tamaño, que van desde el propio peso del espejo, que puede distorsionar las imágenes, al tamaño de nuestras autopistas y pasos subterráneos que se necesitan para transportar piezas terminadas. Tales espejos gigantes están llegando a sus límites físicos, pero cuando lo hacen La UA seguirá contribuyendo a nivel mundial al arte de recoger la luz e impulsar el cambio en la forma en que los astrónomos observan las estrellas.

"Estamos desarrollando una nueva tecnología para reemplazar los espejos en los telescopios espaciales, "dijo el profesor asociado de la UA Daniel Apai, del Observatorio Steward y el Laboratorio Lunar y Planetario. "Si lo logramos, podremos aumentar enormemente el poder de captación de luz de los telescopios, y entre otras ciencias, estudiar las atmósferas de 1, 000 planetas potencialmente similares a la Tierra en busca de signos de vida ".

Apai lidera la mitad del equipo de ciencia espacial, mientras que el profesor de la UA Tom Milster, de la Facultad de Ciencias Ópticas James C. Wyant, lidera el diseño óptico de un telescopio espacial replicable llamado Nautilus. Los investigadores tienen la intención de desplegar una flota de 35 telescopios esféricos de 14 metros de ancho, cada uno individualmente más poderoso que el telescopio espacial Hubble.

Cada unidad contendrá una lente de 8,5 metros de diámetro meticulosamente elaborada, que se utilizará para observaciones astronómicas. Un uso particularmente interesante para Apai es analizar la luz de las estrellas a medida que se filtra a través de atmósferas planetarias, una técnica que podría revelar las firmas químicas de la vida.

Cuando se combina, el conjunto de telescopios será lo suficientemente potente como para caracterizar 1, 000 planetas extrasolares desde tan lejos como 1, 000 años luz. Incluso las misiones de telescopios espaciales más ambiciosas de la NASA están diseñadas para estudiar un puñado de planetas extrasolares potencialmente similares a la Tierra.

"Tal muestra puede ser demasiado pequeña para comprender realmente la complejidad de las exo-tierras, "según el artículo en coautoría de Apai y Milster, que fue publicado el 29 de julio en el Diario astronómico junto con varios otros autores, incluyendo al astrónomo del Observatorio Steward Glenn Schneider y Alex Bixel, astrónomo y estudiante de posgrado de la UA.

Para desarrollar Nautilus, Apai y Milster definieron un objetivo y diseñaron Nautilus para cumplirlo.

"Queríamos buscar 1, 000 planetas potencialmente similares a la Tierra en busca de signos de vida. Entonces, primero preguntamos, ¿Qué tipo de estrellas es más probable que alberguen planetas? Luego, qué tan lejos tenemos que ir en el espacio para tener 1, 000 planetas similares a la Tierra orbitando a su alrededor? Resultó que es más de 1, 000 años luz, una gran distancia, pero aún es solo una pequeña parte de la galaxia, ", Dijo Apai." Luego calculamos la energía de recolección de luz necesaria, que resultó ser el equivalente a un telescopio de 50 metros de diámetro ".

El espejo del Hubble tiene 2,4 metros de diámetro y el espejo del telescopio espacial James Webb tiene 6,5 metros de diámetro. Ambos fueron diseñados para diferentes propósitos y antes incluso de que se descubrieran los exoplanetas.

"Los espejos telescópicos recogen la luz:cuanto mayor es la superficie, cuanta más luz de las estrellas puedan captar, ", Dijo Apai." Pero nadie puede construir un espejo de 50 metros. Entonces se nos ocurrió Nautilus, que se basa en lentes, y en lugar de construir un espejo increíblemente grande de 50 metros, planeamos construir un montón de lentes idénticos más pequeños para recolectar la misma cantidad de luz ".

Los lentes se inspiraron en los lentes de los faros, grandes pero livianos, e incluyen ajustes adicionales como el tallado de precisión con herramientas con punta de diamante. El diseño patentado, que es un híbrido entre lentes refractivas y difractivas, hazlos más poderosos y adecuados para la caza de planetas, Dijo Milster.

Debido a que las lentes son más ligeras que los espejos, son menos costosos de lanzar al espacio y se pueden fabricar de forma rápida y económica utilizando un molde. También son menos sensibles a las desalineaciones, haciendo que los telescopios construidos con esta tecnología sean mucho más económicos. Al igual que Ford hizo con los coches, Ikea hizo por muebles, y SpaceX para cohetes, Nautilus utilizará nueva tecnología, un diseño más simple, y componentes livianos para proporcionar telescopios más económicos y eficientes con más poder de recolección de luz.

Los telescopios Nautilus tampoco requieren ninguna técnica de observación sofisticada.

"No necesitamos imágenes de contraste extremadamente alto. No necesitamos una nave espacial separada con una pantalla estelar gigante para ocultar las estrellas anfitrionas del planeta. No necesitamos ir al infrarrojo, ", Dijo Apai." Lo que sí necesitamos es recolectar mucha luz de una manera eficiente y barata ".

En las últimas decádas, ordenadores, Los instrumentos electrónicos y de recopilación de datos se han vuelto más pequeños, más económico, más rápido y más eficiente. Espejos por otra parte, son excepciones a este crecimiento, ya que no han experimentado grandes reducciones de costos.

"En la actualidad, los espejos son caros porque se necesitan años para pulir, polaco, abrigo y prueba, ", Dijo Apai. Su peso también hace que su lanzamiento sea caro". Pero nuestra tecnología Nautilus comienza con un molde, ya menudo se necesitan solo unas horas para fabricar una lente. También tenemos más control sobre el proceso, así que si cometemos un error, no necesitamos empezar todo de nuevo como puede ser necesario con un espejo ".

Adicionalmente, el riesgo se distribuiría entre muchos telescopios, así que si algo sale mal la misión no se descarta. Quedan muchos telescopios.

"Todo es simple, barato y replicable, y podemos recolectar mucha luz, "Dijo Apai.

Apai y Milster tienen otra visión si tienen éxito:"Con el bajo costo, tecnología de telescopio espacial replicada, las universidades podrían poner en marcha sus propias Telescopios de observación terrestre o espacial. En lugar de competir por un poco de tiempo en Hubble, tendrían su propio telescopio, controlados por sus propios equipos, "Dijo Apai.

En Enero, Apai y el equipo de Milster, junto con el profesor asistente de la UA Dae Wook Kim y el profesor Ronguang Liang de la Facultad de Ciencias Ópticas y Jonathan Arenberg de Northrop Grumman Aerospace Systems, recibió $ 1.1 millones de la Fundación Moore para crear un prototipo de un solo telescopio y probarlo en el Telescopio Kuiper de 61 pulgadas en el Monte Bigelow para diciembre de 2020.

"La Universidad de Arizona es solo uno de los pocos lugares del mundo, y generalmente el primero del mundo, para generar sistemas de telescopios pioneros, ", Dijo Milster." Y se ajusta perfectamente a nuestra historia y nuestra prominencia en las ciencias ópticas y la astronomía que desarrollemos esta tecnología ".