viernes, 8 de junio de 2012

Buscando vida extraterrestre con un telescopio de Fresnel.



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.

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:

Koechlin, L., Rivet, J., Deba, P., Serre, D., Raksasataya, T., Gili, R., & David, J. (2012). First high dynamic range and high resolution images of the sky obtained with a diffractive Fresnel array telescope Experimental Astronomy, 33 (1), 129-140 DOI: 10.1007/s10686-011-9277-7

3 comentarios:

Ununcuadio Uuq dijo...

¿Y cómo de cerca estamos de que esa empresa sea viable?

fernando beltran dijo...

Gracias por el enlace. Muy interesante el hecho de que este sistema pueda sólo competir con otros telescopios espaciales que rastrean la banda del ultravioleta.

Paco Bellido dijo...

Una solución ingeniosa, muy interesante.