En ocasiones cuando vemos lo extremadamente compleja y cara en
términos relativos que es la investigación espacial, nos
preguntamos si no habría formas más fáciles y económicas de hacer
las cosas. Es lo que nosotros llamamos desasosiego del lápiz ruso. Pensemos ahora en planetas extrasolares y en la complejidad de los
sistemas que se usan para detectarlos, no digamos ya para analizar
sus atmósferas: ¿habría una forma más económica y más eficiente
de hacerlo? A lo mejor sí.
La mayor parte de los telescopios astronómicos emplean la
reflexión para enfocar la luz que entra en ellos. Un espejo cóncavo
crea una imagen a partir de esta luz siguiendo un diseño original
del siglo XVII, obra de Isaac Newton. Los telescopios que no usan la
reflexión usan la refracción, es decir, en vez de un espejo usan un
sistema de lentes, idea que popularizó Galileo Galilei.
Pero existe una tercera forma de enfocar la luz. Siglo y medio
después de Newton y más de dos después de Galileo, Augustin-Jean
Fresnel descubrió que también podía usarse la difracción. Un
conjunto de discos concéntricos, alternativamente trasparentes y
opacos, dispersarían y difundirían las ondas de luz de manera que
se reforzasen a una determinada distancia, formando así una imagen.
Ese conjunto de discos se denomina placa zonal de Fresnel. Un equipo
encabezado por Laurent Koechlin, de la Universidad de Tolosa
(Francia), piensa que esta técnica podría ser útil para descubrir
vida en otros planetas. Los resultados de sus primeras pruebas
aparecen en Experimental Astronomy.
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| A-J Fresnel |
El ver oxígeno es la atmósfera de otro planeta sería un buen
indicio de actividad biológica porque este elemento es tan reactivo que se consume rápidamente; si se detecta quiere decir
que hay un mecanismo que es capaz de estar creándolo a un ritmo
superior o igual al que se consume. Esto podría indicar que en el
planeta debe existir algo que se parezca a la fotosíntesis ya que no
se conocen procesos no biológicos que puedan producir oxígeno en
cantidades suficientes a partir de materiales comunes. Pero observar
los planetas extrasolares no es tan fácil, no digamos ya sus
atmósferas. Las estrellas son mucho más brillantes que los planetas
que las orbitan por lo que su luz ahoga la pequeña parte de ella que
refleja el planeta. Y aquí es donde entra Fresnel.
Los telescopios fresnelianos no se han desarrollado porque una
imagen formada por uno que fuese capaz de rivalizar con la de un
telescopio reflector de un tamaño manejable estaría a kilómetros
de la placa zonal. Pero si el telescopio está en el espacio esto no
es tan problemático (en términos relativos, como veremos en
seguida). El telescopio fresneliano, libre de los efectos perniciosos
de la atmósfera terrestre, sería capaz de aislar imágenes de
planetas extrasolares y hacer espectros de sus atmósferas, en los
que determinadas líneas oscuras nos revelarían la presencia de
determinados gases, el oxígeno entre ellos.
Los telescopios espaciales no son nada nuevo, todos conocemos el
nombre de varios (Hubble, Kepler, Newton, etc.), y hay unos cuantos
más preparándose para ser lanzados. Pero los planes existentes para
fotografiar los planetas extrasolares con ellos implican tener varios
telescopios reflectores orbitando la Tierra todos apuntando
exactamente en la misma dirección. Se necesitan varios porque un
sólo espejo lo suficientemente grande como para distinguir a un
planeta de la estrella a la que orbita sería demasiado voluminoso
como para poder ser lanzado al espacio. El problema surge con la
palabra “exactamente”, que quiere decir precisamente eso. El
conjunto, para ser efectivo, tendría que moverse coreográficamente
con un error permitido de unas pocas micras (millonésimas de metro).
¿Cómo solucionaría estos problemas un telescopio fresneliano?
Para empezar la placa zonal es plana, esto significa que la podemos
hacer de plástico y plegarla, con lo que el tamaño deja de ser un
problema. Haría falta un segundo satélite que llevase la parte
receptora (el ocular, una lente especial que también usa óptica de
Fresnel, y una cámara para grabar las imágenes) al foco pero, en
este caso, es suficiente una precisión de tan solo centímetros, no
micras. Esta es la gran ventaja de los frenelianos frente a los
newtonianos, cada orden de precisión dispara presupuestos y
complejidad técnica.
Para comprobar la idea experimentalmente, el equipo de
investigadores construyó un prototipo: una pieza de cobre de 20cmx20cm que tiene 696 anillos; los anillos realmente no son anillos
completos, si lo fuesen la pieza se desharía, sino rendijas curvas
(véase parte superior de la imagen de arriba). Esto no afecta a las
propiedades ópticas del sistema. Como la pieza es tan pequeña su
distancia focal es de sólo 18 metros.
En la fotografía que abre esta entrada podemos ver el montaje
experimental. El telescopio es el “Grand equatorial” del
observatorio de Niza, que se usó tan sólo como soporte de los
dispositivos. En el extremo podemos ver la placa de Fresnel cuadrada
sujeta con una varilla y un marco circular, el módulo secundario está justo por encima
de la cabeza del operario, a un metro de la base del tubo del telescopio. La luz se propaga por el exterior del
Grand equatorial, “al aire”.
Cuando apuntaron el telescopio a Marte los investigadores pudieron
distinguir las dos pequeñas lunas del planeta, lo que requeriría un
telescopio newtoniano con un espejo de, al menos, 30 cm de diámetro. Y
cuando observaron Sirio pudieron ver la débil luz de la enana blanca
que orbita la que es la estrella más brillante del cielo nocturno.
(Imágenes y detalles técnicos pueden obtenerse en el artículo que
está aquí en PDF gratuito; vídeos se pueden descargar de la web de Koechlin)
Extrapolando estos resultados los autores piensan que una placa
zonal de un tamaño de entre 15 y 40 metros de diámetro sería
suficiente para distinguir el espectro de un planeta parecido a la
Tierra a una distancia de 30 años luz. No estaría mal como
reivindicación del señor Fresnel.
Referencia:
¿Y cómo de cerca estamos de que esa empresa sea viable?
ResponderEliminarGracias por el enlace. Muy interesante el hecho de que este sistema pueda sólo competir con otros telescopios espaciales que rastrean la banda del ultravioleta.
ResponderEliminarUna solución ingeniosa, muy interesante.
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