T.E.L: 5 min.
En India, ya realizó su primera luz.
Que las aguas calmas se pueden usar como espejos no es una novedad. Pero, ¿se puede usar un espejo líquido para hacer un telescopio?
Los telescopios constan de un espejo que tiene forma parabólica, lograda al pulir un vidrio con productos abrasivos. Es la forma la que permite enfocar toda la luz paralela en un punto. Claro que es también gracias a que el vidrio se cubre de un material reflectante, como el aluminio.
¿Cómo hacer que un "espejo de agua" sea parabólico? Haciéndolo rotar. Y no, no se usa agua, sino mercurio.
La idea es así:
Una superficie líquida en rotación toma la forma de un paraboloide bajo el constante tirón de la gravedad y la aceleración centrífuga, que se hace más fuerte con la distancia desde el eje central. La forma parabólica ocurre porque la superficie líquida establece su superficie local perpendicular a la aceleración neta que experimenta, que que en este caso se hace más fuerte e inclinada con la distancia al eje central. Consecuentemente, un Telescopio de Espejo Líquido (TEL) puede ser hecho con un espejo líquido como objetivo primario y una cámara en el punto focal del paraboloide.
Una gran desventaja es que son cenitales, es decir, no se pueden apuntar hacia una parte del cielo, sino que siempre apuntan al cenit. Pero gracias a la rotación terrestre, los TEL escanean una banda de declinación constante igual a la latitud del observatorio. Por eso es posible integrar las imágenes registradas durante varias noches para mejorar la magnitud límite, o para sustraer imágenes tomadas en diferentes noches para hacer un estudio de variabilidad, que es uno de los principales usos de estos aparatos.
EL ILMT
Se está inaugurando un nuevo telescopio de espejo líquido, el ILMT (International Liquid Mirror Telescope) de 4 metros, en el Himalaya, en el Observatorio Devasthal, campus del Instituto ARIES, en India, a 2450 metros de altura.
En una superficie cubierta de mercurio, con una fina campa transparente de mylar (que protege al mercurio del viento), la luz se refleja en un punto y pasa a través de un corrector óptico. El Prof. Paul Hickson (Universidad de British Columbia, Canadá), experto en esta tecnología, explicó que: "la rotación de la Tierra causa que las imágenes se desplacen en la cámara, pero ese movimiento es compensado electrónicamente".
"Al girar una vez cada ocho segundos, el espejo flota sobre una película de aire comprimido de unas 10 micras de espesor", agregó.
Componentes
EL ILMT está formado por un espejo primario rotativo, una estructura focal y un extremo superior. Esto último contiene una cámara CCD y un corrector óptico.
El espejo primario es un contenedor de 4m de diámetro que descansa en una placa giratoria. Ambos están montados en una montura de tres puntos que alinea el eje de rotación paralelo al campo gravitacional de la Tierra. Una fina capa (3 mm) de mercurio se esparce en el contenedor. Para garantizar la buena calidad, el mercurio debe ser estable. La apertura es f=2.
La placa giratoria es un cojinete de aire comercial impulsado por un motor síncrono controlado por una fuente de alimentación de frecuencia variable estabilizada con un oscilador de cristal.
El contenedor es de Kevlar, liviano pero rígido. La estructura es muy simple para sostener el extremo superior en el punto focal.
El ILMT está equipado con una cámara CCD cuyo sensor es de una matriz 4096x4096 píxeles. Como estos telescopios no pueden rastrear objetos en el cielo, se hace en forma electrónica, al usar una técnica llamada Time Delayed Integration (TDI). Tomar una imagen con una CCD es hecho usualmente en dos pasos. Primero, el sensor de la matriz es expuesto a la luz de la fuente. Durante la exposición, se generan fotoelectrones y se almacenan en los píxeles del sensor. El número de fotoelectrones es proporcional al flujo de luz que llega. En segundo lugar, el número de fotoelectrones en cada pixel es contado: este paso se llama CCD readout. Generalmente se hace moviendo cada columna de la matriz del sensor a un dispositivo electrónico. En la técnica TDI se hace más lento. A medida que una estrella pasa a través del campo de visión del telescopio, su imagen cruza el sensor. El desplazamiento de las columnas es enlentecido en forma tal que los fotones generados por la estrella son desplazados al sensor a la misma velocidad que la imagen del objeto viaja a través del plano focal. Consecuentemente, ni bien la estrella sala del campo de visión, el número de fotones generados se cuenta. Así, la TDI es una técnica en tiempo real. A cada momento, el ILMT crea una imagen del campo del cielo pasando por el cenit.
Imagen de prueba tomada cuando se construía el ILMT en 2015.
Corrector:
Como el primario es parabólico, fuera del eje hay aberraciones (distorsión, esférica y coma). Para tal fin, un corrector óptico se inserta antes de la CCD.
Cluster:
El almacenamiento y procesamiento de los datos se hace en un conjunto de computadoras (cluster) que consiste en 27 estaciones de trabajo, diez de las cuales incluyen un procesador AMD de 6 núcleos (3 GHz), 4 GB de RAM y 4 discos de 2 TB. Una de las PC se usa servidor de base de datos. El cluster está en Polonia.
PRIMERA LUZ DEL ILMT
La primera luz se logró la segunda semana de mayo 2022. Aquí se muestra una composición hecha con diferentes filtros de una pequeña porción del cielo. Se realzó el color verde para destacar galaxias y otros objetos. La Galaxia NGC 4274 se puede ver arriba a la derecha.
BREVE HISTORIA DE TELESCOPIOS DE ESPEJOS LÍQUIDOS
La idea de usar un líquido en rotación para crear un paraboloide fue propuesta por Isaac Newton, pero los requisitos, en particular la velocidad de rotación y nivelación previno algún intento serio de crear un prototipo hasta el Siglo XIX. El primero fue de Skey (1872) quien construyó un telescopio de 35 cm.
Ventajas y desventajas
Una característica favorable de estos aparatos es que su costo es muy inferior a otros telescopios de reflexión. Una contra es el uso de mercurio, que es tóxico. El galio se podría usar en reemplazo, pero es más caro. A bajas temperaturas se reduce la tasa de evaporación del mercurio. Se han propuesto diseños magnéticamente deformables hechos de una suspensión de nanopartículas de hierro y plata.
Otros telescopios de espejos líquidos
La idea de espejos líquidos y telescopios hechos de esa manera es de larga data. Varios observatorios se hicieron de esta manera. El Large Zenith Telescope (imagen de arriba) estuvo en operaciones desde 2003 al 2016. NASA Orbital Debris Observatory operó de 1995 a 2002.
Por su utilidad en el registro y estudio de fenómenos transitorios, no resulta llamativo que sea ahora que estos telescopios empiecen a usarse más, en la era de la modernidad líquida, la incertidumbre y la transitoriedad. Aunque quizás no sea así, y todo cambie.☉
Fuentes y enlaces relacionados
The World's Largest Liquid-Mirror Telescope Comes Online
ILMT
LZT
Espejos líquidos para nuevos telescopios
India now has Asia's biggest liquid mirror telescope & reflecting telescope
Liquid Mirrors
Indian, UBC astronomers celebrate first light at liquid-mirror telescope
UBC's Liquid-Mirror Telescope Pages
Sobre las imágenes
Créditos ARIES/ILMT
Anna y Jean Surdej
LZT: P.K.Cnen
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