Recientemente, leí otra noticia sobre E-ELT . Contará con un espejo primario segmentado de 39,3 metros de diámetro. Y me interesó la siguiente pregunta: Teóricamente, ¿qué tamaño de espejo primario (único/múltiple/segmentado) puede tener un telescopio en la Tierra para observar en longitudes de onda ópticas? ¿Y por qué? Quiero decir, ¿cuáles son las limitaciones físicas que existen?
¿Y la misma pregunta sobre el espacio (no en la Tierra)?
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Siguiendo el consejo de @TildalWave, para responder esta pregunta, hagamos algunos ajustes:
Sé que existe el concepto de OWL con un espejo primario segmentado de 100 metros de diámetro.
Pero ¿qué pasa con 500 metros de diámetro o 1000? ¿Es posible en teoría?
Es complicado.
Hasta finales del siglo XX, intentamos hacer telescopios monolíticos cada vez más grandes. Eso funcionó bastante bien hasta el espejo parabólico de 5 metros en Mount Palomar en California en la década de 1940. De alguna manera funcionó, pero apenas, para el espejo de 6 metros en el Cáucaso en Rusia en la década de 1970. Funcionó, pero eso fue un gran logro, para los espejos gemelos de 8,4 metros para el LBT en Arizona en la década de 2000.
Eventualmente hemos aprendido que el camino a seguir no es verter losas cada vez más grandes de vidrio de baja expansión. En general, se acepta que un poco menos de 10 metros de diámetro es lo más grande posible para los espejos monolíticos.
El camino a seguir es elegir hacer segmentos de espejo más pequeños (1 metro a unos pocos metros de diámetro cada uno) y combinarlos en un espejo de mosaico. Es un poco más difícil tallar la superficie curva reflectante parabólica asimétrica (o hiperbólica, elíptica o esférica) en un segmento como ese, pero es mucho más fácil manejar los problemas térmicos y de enfriamiento cuando tiene que lidiar con objetos sólidos más pequeños.
Cada segmento está montado en una celda de espejo activa, con actuadores piezoeléctricos que controlan con mucha precisión su posición. Todos los segmentos deben combinarse en una única superficie lisa con una precisión superior a 100 micrones (mucho mejor que en la realidad). Así que ahora tiene una gran variedad de objetos masivos, controlados dinámicamente a través de una computadora, cada uno con sus propios modos de vibración, cada uno con su propia fuente de ruido mecánico, cada uno con sus propios movimientos de expansión térmica, todos ellos "bailando" arriba y abajo. pocas micras en elementos piezoeléctricos.
¿Es posible orquestar un sistema tan grande como ese? Sí. El TIMO de 100 metros se consideró técnicamente factible. Desde la perspectiva de mantener los espejos alineados, debería ser factible una estructura aún más grande; los actuadores controlados por computadora deberían superar la mayoría de las vibraciones y cambios hasta distancias bastante grandes.
Como dijiste, los límites reales son financieros. La complejidad de tal sistema aumenta con el cuadrado del diámetro, y con la complejidad viene el costo.
Toda la discusión anterior fue sobre telescopios de "apertura llena": dada una forma redonda de cierto diámetro, se llena con segmentos de espejo. Para una apertura dada, este diseño captura la mayor cantidad de luz.
Pero la abertura no tiene que estar llena. Puede estar mayormente vacío. Podría tener algunos segmentos reflectantes en la periferia, y el centro estaría mayormente vacío. Tendrías el mismo poder de resolución (verías los mismos pequeños detalles), solo que el brillo de la imagen disminuiría, porque estás capturando menos luz total.
Este es el principio del interferómetro. Los espejos gemelos Keck segmentados de 10 metros en Hawái pueden funcionar como un interferómetro con una línea de base de 85 metros. Esto es efectivamente equivalente a una sola apertura de 85 metros en términos de poder de resolución, pero obviamente no en términos de brillo de la imagen (cantidad de luz capturada).
La Marina de los EE. UU. tiene un interferómetro en Arizona con espejos colocados en 3 brazos en forma de Y, cada brazo de 250 metros de largo. Eso le da al instrumento una línea de base (apertura equivalente) de varios cientos de metros.
U of Sydney tiene un interferómetro de línea de base de 640 metros en el desierto australiano.
Los interferómetros no se pueden usar para estudiar objetos muy débiles, porque no pueden capturar suficiente luz. Pero pueden producir datos de muy alta resolución a partir de objetos brillantes; por ejemplo, se utilizan para medir el diámetro de estrellas, como Betelgeuse.
La línea de base de un interferómetro se puede hacer extremadamente grande. Para instrumentos terrestres, una línea de base de kilómetros de ancho es muy factible ahora. Más grande será factible en el futuro.
Se habla de construir interferómetros en el espacio exterior, en órbita alrededor de la Tierra o incluso más grandes. Eso proporcionaría una línea de base al menos en los miles de kilómetros. Eso no es factible ahora, pero parece factible en el futuro.
usuarioLTK
Ígor Tyulkanov