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27 de febrero de 2017

GTCdigital

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Los espejos

Espejo primario

Para alcanzar una superficie de 10,4 m de diámetro en el espejo primario es prácticamente imposible contar con una sola pieza, ya que, por un lado existe un límite tecnológico en el tamaño de los espejos (alrededor de 8 m), y por otro, entrañaría serias dificultades transportar un espejo de este tamaño, así que en el caso del GTC se ha optado por la técnica de espejo segmentado, dividiéndolo en 36 trozos.

Por ello el GTC pertenece a una generación de telescopios de espejo primario segmentado que a su vez aplica la tecnología de espejos delgados con el fin de reducir su peso. Esta técnica se utilizó por primera vez en los telescopios Keck, en Hawaii.

El tamaño del espejo primario es muy importante: cuanto mayor sea,mayor es su poder captador de luz. La nitidez o calidad de imagen (resolución angular) aumenta con el diámetro del espejo primario, mientras que el poder colector de fotones aumenta con la superficie (el cuadrado del diámetro). Es la combinación de una mayor capacidad colectora de luz con una también mayor resolución espacial lo que hace que telescopios como el GTC sean clave para la investigación astronómica de los próximos años.

El espejo primario del GTC se asemeja a un puzzle de piezas a las que hay que aplicar movimientos perfectamente sincronizados. Formado por 36 espejos vitrocerámicos hexagonales de 1,90 m entre vértices, 8 cm de grosor, y 470 kg de peso cada uno, funcionará en todo momento como una sola superficie cuasi hexagonal de 11,3 m de extremo a extremo (equivalente a la superficie de un espejo circular de 10,4 m de diámetro), con una separación máxima entre segmentos adyacentes de 3 mm. ¡¡En total, sólo el espejo primario pesará unas 16 toneladas!!

Aparentemente, todos estos hexágonos son iguales, pero su forma difiere un poco ya que juntos forman un hiperboloide, es decir, juntos tendrán forma de cuenco muy abierto.

Los 42 espejos (36, y 6 de repuesto), cuyos bloques han sido fabricados en Alemania, han sido pulidos por una empresa francesa con un límite de error superficial de 15 nanometros (millonésima de milímetro), es decir, un tamaño más de 3.000 veces más fino que un cabello humano.

El material del que están compuestos, el ZERODURTM, es un tipo de vitrocerámica, como la que se utiliza en las cocinas, cuya característica principal es su bajo coeficiente de expansión térmica. Esto implica que la dilatación y contracción de los espejos por los cambios de temperatura serán prácticamente nulas y, por lo tanto, la deformación del espejo será casi inapreciable.

Poner de acuerdo a los 36 espejos, cada uno con su perfil, para formar una perfecta superficie hiperbólica cóncava no es nada fácil. Esto se logra mediante unos “actuadores” dirigidos por un ordenador. Las irregularidades del espejo primario debidas a posición relativa entre ellos no deben superar los 90 nanometros de error; aproximadamente, lo que equivaldría, en una superficie del tamaño de la Península Ibérica, a  “montañas” de tan sólo un milímetro de altura.

A través de unos sensores, que cada dos segundos envían información, se sabe el margen de error que hay que corregir para que los espejos estén correctamente colocados. Esta técnica se denomina óptica activa.

Los espejos se limpiarán periódicamente con productos especiales (aguas destiladas, alcoholes, espumas...) con el fin de retirar el polvo que pueda acumularse sobre ellos.

Además, habitualmente, los espejos de un telescopio renuevan su capa reflectante mediante “baños” de vapor de aluminio para tener la máxima reflectancia posible (lo que se denomina recubrimiento óptico). Esto se hará en una cámara especialmente preparada para ello, en el edificio del telescopio, denominada planta de recubrimientos.

Se trata de una cámara de vacío en la que se aluminizarán los segmentos del espejo primario. La operación consiste en, primero, la retirada del segmento (que es sustituido por otro de los seis de repuesto) y su introducción en la cámara. Una vez allí se vaporizará el aluminio, que se adhiere a todas las superficies del interior, entre ellas la del espejo. La vaporización se lleva a cabo colocando barras de este metal en resistencias eléctricas que, al elevar su temperatura en cuestión de segundos, hacen que el aluminio sólido se convierta directamente en gaseoso.

Es importante recordar que en todas estas operaciones no se pierde tiempo de observación, ya que al tratarse de un espejo segmentado, se sustituyen las piezas que vayan a ser aluminizadas y se continúa trabajando. En un telescopio con espejo monolítico, la operación de aluminizado, además de ser muy delicada,  puede tardar entre dos y tres días.