Cómo Funcionan Los Telescopios De Espejo Líquido Lunar

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Los telescopios de espejo líquido lunar usan líquido en lugar de vidrio para el espejo primario. Descubra cómo un telescopio de espejo líquido lunar puede ver más allá del telescopio hubble.

Desde que se reparó en 1993, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha sorprendido a científicos y ciudadanos por igual con sus visiones del universo, incluidos destellos de las galaxias más lejanas conocidas. El espejo en el Hubble, sin embargo, es relativamente pequeño con 94.5 pulgadas (casi 8 pies) de ancho, una limitación que ha alentado a la NASA a pensar en grande. El Telescopio Espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2013, contará con un espejo de 20 pies capaz de proporcionar siete veces el área de recolección de luz del Hubble.

Pero la NASA también está considerando una solución más intrigante: un tipo especial de telescopio reflector que usa un líquido, no vidrio, como espejo primario. Conocido como telescopio de espejo líquido (LMT), no vería el espacio desde la órbita de la Tierra, como lo hace el Hubble. En cambio, se asomaría al universo desde la superficie de la luna. El telescopio tendría entre 66 y 328 pies de ancho, lo que lo convierte en el telescopio más grande conocido por el hombre. Recolectaría 1,736 veces más luz que el Hubble y penetraría las profundidades del universo para ver objetos casi tan antiguos como el Big Bang.

Este artículo explicará cómo funciona un telescopio de espejo líquido. Observará la estructura y función de un LMT, pero lo hará a la luz de un despliegue basado en la luna. ¿Cómo en el mundo se construye un telescopio en la luna? ¿Qué tan difícil será construir un LMT en la Luna? Y, lo que es más importante, ¿qué oportunidades puede ofrecer un telescopio lunar?

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Galería de videos: Telescopios

En un hangar de aviones en Columbus, Ohio, cerca de 80 toneladas de acero, aparatos electrónicos y equipos criogénicos están a punto de unirse, y depositan una onza de aluminio en una capa delgada sobre un espejo gigante de un telescopio.

Mire este video de NASA Brain Bites para saber cómo puede ver la Estación Espacial Internacional desde la Tierra.-

¿Qué es un telescopio de espejo líquido?

Un LMT de 3 metros en Nuevo México (ahora cerrado)

Un LMT de 3 metros en Nuevo México (ahora cerrado)

En principio, un LMT no es diferente de un telescopio reflector normal. Compruebe cómo funcionan los telescopios para obtener una explicación detallada de los telescopios. Aquí hay un resumen rápido.

UNA telescopio reflector Utiliza espejos para ver objetos distantes. Un espejo primario recoge la luz del objeto, mientras que un espejo secundario enfoca la imagen hacia el ocular. En un reflector convencional, el espejo primario se fabrica moliendo y puliendo minuciosamente el vidrio a su forma deseada, generalmente una parábola. Una vez que el vaso está preparado, un proceso conocido como aluminización lo hace reflexivo. La aluminización implica vaporizar aluminio en el vacío, lo que provoca que una película de metal de aproximadamente 100 nanómetros de espesor se deposite en el vidrio. Las fallas en la producción del espejo pueden afectar la forma en que funciona el telescopio. Este era el problema con el Hubble: la curva en su espejo primario estaba descentrada solo por una fracción del ancho de un cabello, lo que causaba que la luz se reflejara desde el centro del espejo, lo que conducía a imágenes borrosas.

Un telescopio de espejo líquido, como su nombre lo indica, utiliza un vidrio líquido, no aluminizado, como su espejo primario. El liquido, usualmente mercurio, se vierte en un plato giratorio. La rotación crea dos fuerzas fundamentales que actúan sobre el mercurio: gravedad y inercia. La gravedad tira hacia abajo sobre la superficie del líquido, mientras que la inercia empuja el líquido lateralmente hacia el borde del plato. Como resultado, el líquido forma una parábola uniforme y perfecta, la superficie reflectante ideal para un telescopio. Lo mejor de todo es que la superficie del espejo líquido permanece suave y sin defectos con poco o ningún mantenimiento. Si se perturba el líquido, la gravedad y la inercia actuarán sobre el líquido para devolverlo a su estado original.

Ernesto capocci, un astrónomo italiano, fue la primera persona en describir cómo podría funcionar un LMT en 1850. Después de leer sobre experimentos, realizados por Isaac Newton y otros, concibió la idea, en relación con líquidos que giraban. A principios del siglo XX, el físico estadounidense R.W. Wood construyó lo que Capocci había descrito 50 años antes. El LMT de Wood presentaba una capa de mercurio de un centímetro colocada en un plato giratorio. Pudo observar la luna pero notó que la imagen estaba distorsionada. Los astrónomos modernos aprendieron que la calidad de la imagen de un LMT mejoraba enormemente si se usaba una capa más delgada de mercurio, por lo que los LMT de hoy usan una capa de mercurio de un milímetro.

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Las ventajas de los telescopios de espejo líquido

La mayor ventaja de un LMT es su costo relativamente bajo. Los telescopios líquidos cuestan mucho menos que los espejos de aluminio pulido de tamaño similar. Por ejemplo, el telescopio grande Zenith tenía una etiqueta de precio de $ 1 millón. Un telescopio de espejo de vidrio comparable costaría 100 veces más que construir. Y los LMT cuestan menos de mantener, principalmente porque el espejo líquido no necesita ser limpiado, ajustado o aluminizado.

Por supuesto, hay algunos inconvenientes. El mercurio es extremadamente tóxico, por lo que trabajar con él plantea algunos riesgos para la salud a largo plazo. No solo eso, el plato que contiene el mercurio solo se puede inclinar hasta que el líquido se derrame. Esto limita la vista de un LMT, que solo puede mirar hacia arriba.

El gran telescopio Zenith

El gran telescopio Zenith

El gran telescopio Zenith

El LMT más grande en la Tierra es el Telescopio Zenith grande en la columbia británica. Su espejo de líquido giratorio tiene casi 20 pies de ancho y pesa tres toneladas, lo que lo convierte en el tercer telescopio más grande de América del Norte. El plato que contiene el mercurio se fabrica a partir de segmentos hexagonales pegados entre sí para formar una concha. Cada pieza tiene un núcleo de espuma de alta densidad cubierto con fibra de vidrio.Para dar a la cáscara una forma cóncava, se calienta en un horno grande. Una pared en el borde del espejo evita que el mercurio se derrame.

Una armadura de acero y 19 almohadillas ajustables soportan el plato. La armadura, a su vez, está soportada por un acero inoxidable. cojinete de aire Diseñado sólo para el telescopio zen grande. Un cojinete de aire es un tipo especial de cojinete que usa una película delgada de aire presurizado como lubricante alrededor del eje que gira el espejo. Los rodamientos normales que usan lubricantes de aceite son menos efectivos, ya que producen vibraciones y rotaciones inestables que degradan la calidad de la imagen. Como una solución de cero fricción, un cojinete de aire elimina estos problemas, lo que lleva a una rotación perfectamente suave y sin vibraciones. Un motor de CC sin escobillas incorporado gira el eje del cojinete de aire y puede rotar una carga de hasta 10 toneladas a aproximadamente 10 revoluciones por minuto.

Cómo funcionan los telescopios de espejo líquido lunar: espejo

-Seis patas de soporte unen el espejo primario a un anillo en la parte superior del telescopio. El anillo es compatible con el detector y una lente refractiva más pequeña que ayuda a enfocar la imagen. El detector incluye un dispositivo acoplado de carga (CCD), que reúne fotones de luz y los convierte en elementos de imagen o píxeles. Estos píxeles se transfieren a la pantalla de una computadora y se juntan para formar una imagen que se puede manipular y mejorar para mejorar el detalle de la imagen. La computadora no se encuentra en la estructura del observatorio del telescopio, sino en un edificio cercano.

El único problema con el telescopio grande Zenith, un problema que comparte con todos los telescopios terrestres, es su ubicación. Incluso a una altura de 1,295 pies, la atmósfera aún protege su vista de los cielos. Si se pudiera colocar un telescopio de espejo líquido en la luna, donde no hay una atmósfera que bloquee la energía ultravioleta, infrarroja y otras formas de energía, podría proporcionar resultados aún más espectaculares. Pero, como veremos en la siguiente sección, construir un LMT en la Luna presenta sus propios desafíos.-

¿Qué es un telescopio lunar de espejo líquido?

Una representación de la NASA de un telescopio de espejo líquido lunar

Una representación de la NASA de un telescopio de espejo líquido lunar

Un telescopio de espejo líquido construido en la superficie de la luna es un Telescopio de espejo líquido lunar (LLMT). Realmente no es diferente del Telescopio Zenith grande descrito en la sección anterior, excepto que el líquido elegido debe tener las propiedades correctas para permanecer líquido en el clima severo de la luna. El mercurio no funcionará porque su punto de congelación es de -101.966° F (-74.43° C). La baja temperatura en la Luna puede alcanzar los -243° F (-153° C), por lo que el mercurio se solidificaría, lo que lo convierte en una opción inaceptable para el espejo primario.

-Recientemente, los científicos han descubierto una clase de líquidos que podrían hacer posible un LLMT. Son conocidos como fluidos ionicos, y tienen estas importantes propiedades:

  • Son líquidos a temperaturas inferiores a -212° F (-136° C).
  • Están compuestos enteramente de iones.
  • No poseen presión de vapor a temperatura ambiente o inferior, lo que significa que no se evaporarán.
  • Son muy viscosos.

Lo más importante es que los líquidos iónicos pueden recubrirse con materiales que les brindan una alta reflectividad. Un fluido iónico que muestra promesa es 1-etil-3-metili-

etilsulfato de midazolio, conocido comercialmente como ECOENG 212. ECOENG 212 se puede recubrir de plata, lo que lo hace altamente reflectante. Su reflectividad se puede mejorar aún más depositando primero una película de cromo, seguida de plata. Sin embargo, ECOENG 212 tiene un punto de congelación de -144° F (-98° C), por lo que aún podría solidificarse en las temperaturas frías y frías de la luna. Dado que hay millones de líquidos iónicos, los científicos confían en que encontrarán otro candidato con un mejor perfil de punto de congelación.

También tendrán que encontrar otra forma de apoyar el espejo primario. El cojinete de aire utilizado en el Telescopio de Gran Zenit no funcionará en la Luna porque no hay aire para alimentar el sistema. Una solución sería un cojinete magnético superconductor. Dicho rodamiento se basa en la misma tecnología utilizada en los vehículos de levitación magnética, que utilizan un campo magnético para levitar un vehículo por encima de una guía. En este caso, el campo magnético crea un amortiguador de cero fricción entre el husillo y su alojamiento.

Por supuesto, todos estos materiales tendrán que ser enviados por cohete a la luna y ensamblados allí. Incluso teniendo esto en cuenta, un telescopio de espejo líquido plantea muchos menos problemas logísticos que un telescopio reflector convencional hecho de vidrio. El espejo, porque es líquido, simplemente se transportará en una jarra y se almacenará hasta que la infraestructura del telescopio esté lista. Luego, un astronauta vierte el líquido en el plato para formar el espejo primario. El sistema de armadura utilizado para soportar el plato y el espejo podría ser precompilado e implementado de forma robótica, desplegando su estructura como un paraguas abierto. Pero usar un robot para construir un LMT en la Luna requeriría que el instrumento permanezca bastante pequeño. Como veremos en la siguiente sección, el LMT previsto por los astrónomos y los ingenieros de la NASA es todo menos pequeño.

¿Qué verá el telescopio de espejo líquido lunar?

Imagen de estrellas y galaxias tomadas con el LMT de 6 metros en la Universidad de British Columbia

Imagen de estrellas y galaxias tomadas con el LMT de 6 metros. en la universidad de columbia británica

Un telescopio de espejo líquido colocado en la luna tiene instantáneamente una gran ventaja sobre un telescopio terrestre: está libre de distorsión atmosférica, lo que afecta a las imágenes celestes. Por la misma razón, también es capaz de detectar más formas de energía electromagnética. La mayoría de los tipos de radiación electromagnética, excepto la luz visible y las ondas de radio, son absorbidas por la atmósfera terrestre. En la luna, que no tiene ninguna atmósfera, un telescopio estaría expuesto a todo el espectro de radiación electromagnética: rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, microondas y ondas de radio.

Un telescopio que use un líquido iónico como su espejo primario sería particularmente sensible a la luz visible y la radiación infrarroja. Esto sería importante para observar los objetos más distantes del universo, que se alejan rápidamente de la Tierra. El efecto Doppler hace que creen radiación en la porción infrarroja de longitud de onda más larga del espectro.

El tamaño también es un factor clave. En el entorno de baja gravedad de la Luna, es mucho más fácil construir grandes estructuras. El equipo que diseña el LLMT cree que puede construir un espejo líquido primario de 66 a 328 pies de ancho. Tal espejo podría observar objetos 100 a 1,000 veces más débiles que la próxima generación de telescopios, incluido el Telescopio Espacial James Webb, que son capaces de hacerlo. Eso significa que los astrónomos podrían usar el instrumento para mirar más profundamente en el espacio y el tiempo que nunca antes. Por primera vez, podríamos detectar las fases muy tempranas del universo justo después del Big Bang, ampliando nuestra comprensión de cómo se comportó el universo recién formado.

¿Cuándo un telescopio de espejo líquido lunar puede convertirse en realidad?

En este momento, el LLMT sigue siendo un concepto. El proyecto ha recibido fondos del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA para un estudio que muestre cómo un telescopio en la luna podría soportar la astronomía. Esto es importante porque la luna es el primer objetivo en la Visión para la Exploración del Espacio, una iniciativa que busca cómo ir más allá de la órbita de la Tierra con el propósito de la exploración humana y el descubrimiento científico. Si la NASA puede demostrar que los puestos avanzados lunares serían prácticos, con valor económico y científico, entonces el público, y en última instancia, el Congreso, podría estar dispuesto a mostrar el apoyo financiero adecuado.

Un telescopio de espejo líquido lunar se encuentra entre varios proyectos que ayudarán a la NASA a probar la viabilidad de la exploración espacial. Aún así, lo más temprano que se podría desplegar es el 2020. Hasta entonces, los astrónomos tendrán que conformarse con los telescopios de espejo líquido, como el Gran Telescopio Zenith, que ven los cielos de la Tierra.

Para obtener más información sobre los telescopios de espejo líquido lunar, consulte los enlaces en la página siguiente.

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Más grandes enlaces

  • Página de inicio del telescopio de espejo líquido UBC
  • Espejos liquidos
  • El gran telescopio Zenith
  • Observatorio de desechos orbitales de la NASA
  • NIAC

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Suplemento De Vídeo: Como Hacer Telescopio Casero para un Celular o Móvil (Experimentar En Casa).




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