El nuevo diseño de telescopio de lente delgada podría superar a James Webb de Ars Technica

Los astrónomos han descubierto más de 5000 planetas fuera del sistema solar Salir en una cita. La gran pregunta es si ¿Cuál de estos planetas alberga vida?. Para encontrar la respuesta, los astrónomos probablemente necesitarán Telescopios más potentes que lo que existe hoy.

Soy Astrónomo que estudia astrobiología. Y planetas alrededor de estrellas distantes. Durante los últimos siete años, he estado codirigiendo un equipo que desarrolla un nuevo tipo de telescopio espacial que puede captar 100 veces más luz que la Tierra. Telescopio espacial James Webbel telescopio espacial más grande jamás construido.

Casi todos los telescopios espaciales, incluidos el Hubble y el Webb, recogen la luz mediante espejos. nuestro telescopio propuesto, Observatorio espacial NautilusReemplazará los espejos grandes y pesados ​​con una nueva lente delgada que es más liviana, económica y fácil de producir que los telescopios reflectores. Debido a estas diferencias, será posible poner en órbita muchos módulos individuales y crear una poderosa red de telescopios.

La necesidad de telescopios más grandes

Los exoplanetas, planetas que orbitan estrellas distintas del Sol, son objetivos principales en la búsqueda de vida. Los astrónomos necesitan usar telescopios espaciales gigantes que recolectan grandes cantidades de luz Examine estos objetos oscuros y distantes.

Los telescopios actuales pueden detectar pequeños exoplanetas como la Tierra. Sin embargo, se necesita mucha sensibilidad para comenzar a aprender sobre la composición química de estos planetas. Incluso Webb es apenas lo suficientemente potente como para buscar Algunos exoplanetas en busca de pistas sobre la vida-el es llamado gases en la atmosfera.

El telescopio espacial James Webb costó más de $ 8 mil millones y tomó más de 20 años para construir. No se espera que el próximo telescopio insignia vuele antes de 2045 y se estima que será costó 11 mil millones de dólares. Estos ambiciosos proyectos de telescopios son siempre costosos y arduos y dan como resultado un observatorio poderoso, pero muy especializado.

Un nuevo tipo de telescopio

En 2016, el gigante espacial Northrop Grumman Me invitó a mí y a otros 14 profesores y científicos de la NASA, todos expertos en exoplanetas y en la búsqueda de vida extraterrestre, a Los Ángeles para responder una pregunta: ¿Cómo serán los telescopios espaciales para los exoplanetas en 50 años?

En nuestras conversaciones, nos dimos cuenta de que el principal obstáculo que impedía construir telescopios más potentes era el desafío de fabricar espejos más grandes y ponerlos en órbita. Para evitar este cuello de botella, a algunos de nosotros se nos ocurrió la idea de revisar una tecnología antigua llamada lentes refractivos.

Las lentes convencionales usan la refracción para enfocar la luz. La refracción es cuando la luz cambia de dirección. Porque pasa de un medio a otro, razón por la cual la luz se desvía cuando entra al agua. Por el contrario, la difracción ocurre cuando la luz se desvía alrededor de las esquinas y los obstáculos. El patrón de escalones y ángulos ingeniosamente dispuestos sobre una superficie de vidrio puede formar una lente refractiva.

Los primeros lentes de este tipo fueron inventados por el científico francés Augustin-Jean Fresnel en 1819 para proporcionar lentes livianos. faros. Hoy en día, se pueden encontrar lentes refractivos similares en muchas ópticas de consumo compactas, desde lentes de camara a Cascos de realidad virtual.

Los lentes refractivos son delgados y simples. Es conocido por sus imágenes mediocres., por lo que nunca se ha utilizado en observatorios astronómicos. Pero si puede mejorar su nitidez, usar lentes refractores en lugar de espejos o lentes refractores permitirá que un telescopio espacial sea mucho más barato, liviano y grande.

Lente delgada de alta resolución

Después de la reunión, volví a la Universidad de Arizona y decidí explorar si la tecnología moderna podría producir lentes refractivos de mejor calidad de imagen. Soy suertudo, Tomas Melster– uno de los principales expertos mundiales en diseño de lentes refractivos – trabaja en el edificio de al lado. Formamos un equipo y nos pusimos manos a la obra.

Durante los siguientes dos años, nuestro equipo inventó un nuevo tipo de lente refractiva que requería nuevas técnicas de fabricación para grabar un patrón intrincado de pequeñas ranuras en una pieza de vidrio o plástico transparente. El patrón y la forma específicos de los cortes enfocan la luz entrante en un solo punto detrás de la lente. El nuevo diseño produce un Calidad de imagen casi perfectaMucho mejor que las lentes refractivas anteriores.

Dado que es la textura de la superficie de la lente la que hace el enfoque, no el grosor, puede acercar fácilmente la lente mientras lo hace. Manteniéndolo delgado y liviano. Las lentes más grandes captan más luz y significan menos peso. Lanzamientos más baratos en órbita– ambos grandes atributos de un telescopio espacial.

En agosto de 2018, nuestro equipo produjo el primer prototipo, una lente con un diámetro de 2 pulgadas (5 cm). Durante los siguientes cinco años, mejoramos la calidad de la imagen y aumentamos el tamaño. Ahora estamos completando una lente de 24 cm (10 pulgadas) de diámetro que será 10 veces más liviana que una lente refractiva convencional.

Potencia del telescopio de difracción espacial

Este nuevo diseño de lente permite repensar cómo se construye un telescopio espacial. En 2019, nuestro equipo publicó un concepto llamado Observatorio espacial Nautilus.

Usando la nueva tecnología, nuestro equipo cree que es posible construir una lente de 29,5 pies (8,5 metros) de diámetro con un grosor de solo 0,2 pulgadas (0,5 cm). La lente y la estructura de soporte de nuestro nuevo telescopio pueden pesar alrededor de 500 kilogramos. Estos son tres veces más livianos que un espejo Webb de tamaño similar y serán más grandes que un espejo Webb de 21 pies (6,5 m) de diámetro.

Los lentes también tienen otros beneficios. Primero, son Mucho más fácil y rápido estar hecho de espejos Se puede hacer colectivamente. En segundo lugar, los telescopios basados ​​en oculares funcionan bien incluso cuando no están perfectamente alineados, lo que hace que estos telescopios sean más fáciles de usar. reunión Y volar en el espacio en lugar de telescopios basados ​​en espejos, que requieren una alineación muy precisa.

Finalmente, dado que un solo Nautilus sería liviano y relativamente barato de producir, sería posible poner en órbita docenas de ellos. Nuestro diseño actual no es en realidad un solo telescopio, sino una constelación de 35 módulos de telescopio individuales.

Cada telescopio individual será un observatorio independiente de alta sensibilidad capaz de recoger más luz que Webb. Pero el verdadero poder de Nautilus provendrá de orientar todos los telescopios individuales hacia un solo objetivo.

Al integrar los datos de todos los módulos, el poder de captación de luz de Nautilus sería equivalente a un telescopio casi 10 veces más grande que el de Webb. Con este poderoso telescopio, los astrónomos pueden buscar gases en sus atmósferas en cientos de exoplanetas. Se refiere a la vida extraterrestre..

Aunque el Observatorio Espacial Nautilus todavía está muy lejos del lanzamiento, nuestro equipo ha progresado mucho. Hemos demostrado que todos los aspectos de la tecnología funcionan en prototipos a pequeña escala y ahora estamos enfocados en construir una lente con un diámetro de 3,3 pies (1 metro). Nuestros próximos pasos son enviar una versión pequeña del telescopio al borde del espacio en un globo alto.

Dicho esto, estaremos listos para proponer el nuevo y revolucionario telescopio espacial de la NASA y, con suerte, estar en camino de explorar cientos de mundos en busca de firmas de vida.

daniel abayDecano asociado de investigación y profesor de astronomía y ciencias planetarias. universidad de arizona. Este artículo ha sido republicado desde Conversación Bajo licencia Creative Commons. Leer el el articulo original.