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“Terrascopio”: científico propone usar la atmósfera de la Tierra como lente telescópica

Un científico estadounidense propuso utilizar la refracción de la luz en la atmósfera de la Tierra para realizar observaciones astronómicas. Los resultados muestran que dicha “lente” será muy efectiva y logrará un aumento de mil veces en el brillo de la señal. Los detalles han sido publicados en el sitio de preimpresión ArXiv.org.El objetivo principal de los telescopios es aumentar el brillo de los objetos distantes, lo que se logra al enfocar la luz desde un área grande. Por lo general, se usa una combinación de dos tipos de dispositivos ópticos: lentes o espejos curvos. El uso de elementos grandes y la acumulación de señal proporcionan la capacidad de registrar objetos mucho más débiles que los que están disponibles para la observación a simple vista.

El problema con los telescopios actuales

Actualmente, los tres telescopios más grandes con espejos monolíticos están en construcción: estos son el Telescopio Gigante de Magallanes (24.5 metros)el Telescopio de Treinta Metros (30 metros) y el Telescopio ELT Extremadamente Grande (39.3 metros).Tales instrumentos grandes permiten estudiar cuerpos extremadamente tenues, pero al mismo tiempo también son astronómicamente caros: más de mil millones de dólares estadounidenses por observatorio. Los observatorios espaciales son aún más costosos: el costo estimado del telescopio James Webb con un modesto diámetro de espejo de 6.5 metros superó los 10 mil millones de dólares.Existen varios diseños de telescopios futuristas que se basan no solo en dispositivos ópticos creados por humanos, sino también en cuerpos naturales. Por ejemplo, existe la idea de utilizar la curvatura de las trayectorias de los rayos de luz en el campo gravitacional del Sol para enfocar una imagen.En este caso, el receptor ubicado en la línea focal puede recibir imágenes directas de exoplanetas de aproximadamente megapíxeles de tamaño. Sin embargo, el foco gravitacional del Sol se encuentra muy lejos.

La nueva propuesta

Ahora, David Kipping, de la Universidad de Columbia en los Estados Unidos, agradeció la posibilidad de utilizar la atmósfera de la Tierra como una lente telescópica, una especie de “terrascopio”.El principio de su funcionamiento se basa en la refracción relativamente débil de la luz por el aire. Este efecto es fácil de observar, ya que es el responsable del color rojo del cielo al amanecer y al atardecer. Una manifestación más específica es la distorsión de las posiciones de los objetos cerca del horizonte: en particular, el Sol parece estar aproximadamente medio grado (es decir, un diámetro) más arriba del horizonte de lo que realmente está.El terrascopio tendrá un grado significativo de cromatismo, es decir, enfocará la luz de diferentes longitudes de onda a diferentes distancias, dando como resultado una línea focal, en lugar de un punto. Dado que la capa de aire desvía las ondas ópticas a solo un grado de la superficie de la tierra, esta línea comenzará a aproximadamente el 85% de la distancia entre el planeta y la luna e irá al infinito.En consecuencia, el detector de dicho telescopio debe instalarse en órbita con una altura de cientos de miles de kilómetros, pero no más allá de la Esfera de Hill (el tamaño del dominio gravitacional de la Tierra), de lo contrario será capturado por el Sol.

El principio de funcionamiento del terrascopio.
D. Kipping / arXiv.org

Dificultades y posible solución

La atmósfera es un objeto complejo en comparación con las lentes de uso común. La característica principal es el cambio en la densidad y, por lo tanto, el índice de refracción con la altura. Por lo tanto, la luz está más enfocada cerca de la superficie, pero también es necesario evitar bloquear la luz tanto de la Tierra como de las nubes, la gran mayoría de las cuales se encuentran a no más de 10 kilómetros.Otras dificultades adicionales son la presencia de varios aerosoles en la atmósfera y su propio brillo. Las moléculas suspendidas en el aire absorben la luz a frecuencias específicas, que deben tenerse en cuenta y evitarse si es posible. Debido al brillo, la atmósfera nunca es completamente oscura, lo que también dificulta la observación. Además, se hincha o contrae dependiendo de la temperatura, lo que afecta la distancia al foco.Kipping propone bloquear el área no deseada con la ayuda de un coronógrafo, es decir, una placa especial que bloquea la parte central del marco, que generalmente se usa para observar la corona del Sol. Según sus cálculos, es óptimo colocar el detector lo más lejos posible, es decir, aproximadamente en el borde de la Esfera Hill. En este caso, recogerá la luz refractada por el aire al menos a 13.7 kilómetros sobre la superficie de la Tierra y la absorción será inferior al 10%.El aumento resultante en el flujo de energía para un terrascopio de un metro debe ser de aproximadamente 45 mil para una exposición máxima de 20 horas, pero debido al brillo de la atmósfera en el lado del día, este valor será aproximadamente la mitad. Resulta que un terrascopio de un metro de longitud será aproximadamente tan efectivo en términos de estudio de objetos tenues, como un telescopio de 150 metros en la superficie de la Tierra.Anteriormente se informó que, el telescopio espacial TESS completó un estudio de la mitad sur del cielo y encontró 850 planetas potenciales. El más impresionante hasta la fecha es un sistema de tres exoplanetas orbitando una enana roja.

FUENTE

https://nmas1.org/news/2019/08/14/terrascopio

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