La óptica ojo de langosta es un diseño biomimético , basado en la estructura de los ojos de una langosta con un campo de visión ultra amplio , utilizado en óptica de rayos X. Esta configuración permite que la luz de rayos X entre desde múltiples ángulos, capturando más rayos X de un área más grande que otros telescopios de rayos X. La idea fue propuesta originalmente para su uso en astronomía de rayos X por Roger Angel en 1979, con una idea similar presentada anteriormente por WKH Schmidt en 1975. Fue utilizada por primera vez por la NASA en un experimento con un cohete de sondeo suborbital en 2012 . Imager for Astronomy , un satélite demostrador de tecnología chino , se lanzó en 2022. La sonda china Einstein , lanzada en 2024, es el primer gran telescopio espacial que utiliza óptica de ojo de langosta. Actualmente se están desarrollando o considerando varios otros telescopios espaciales de este tipo.
Si bien la mayoría de los animales tienen ojos refractivos , las langostas y otros crustáceos tienen ojos reflectantes . [2] Los ojos de un crustáceo contienen grupos de células , cada una de las cuales refleja una pequeña cantidad de luz desde una dirección particular. La tecnología óptica de ojo de langosta imita esta estructura reflectante. Esta disposición permite enfocar la luz de un área de visión amplia en una sola imagen. La óptica está formada por placas de microcanales . La luz de rayos X puede entrar en pequeños tubos dentro de estas placas desde múltiples ángulos y se enfoca a través de una reflexión de incidencia rasante que brinda un amplio campo de visión . Esto, a su vez, hace posible localizar y obtener imágenes de eventos astronómicos transitorios que no podrían haberse predicho de antemano. [3]
El campo de visión (FoV) de una óptica de ojo de langosta, que es el ángulo sólido subtendido por la placa óptica hasta el centro de curvatura, está limitado únicamente por el tamaño de la óptica para un radio de curvatura determinado. Dado que la óptica de microporos es esféricamente simétrica esencialmente en todas las direcciones, teóricamente, una óptica de ojo de langosta idealizada está casi libre de viñeteado, excepto cerca del borde del FoV. [4] Los generadores de imágenes de microporos se crean a partir de varias capas de óptica de ojo de langosta que crea una aproximación del diseño óptico Wolter tipo I. [2]
Sólo se conocen tres geometrías que utilizan la reflexión de incidencia rasante de los rayos X para producir imágenes de rayos X: el sistema Wolter , el sistema Kirkpatrick-Baez y la geometría del ojo de langosta. [5]
El diseño de óptica de rayos X de ojo de langosta fue propuesto por primera vez en 1979 por Roger Angel . [6] [7] Su diseño se basa en la óptica de Kirkpatrick-Baez , pero requiere poros con una sección transversal cuadrada, y se conoce como la "lente multicanal de ángel". [5] Este diseño se inspiró directamente en las propiedades reflectantes de los ojos de langosta. [1] [4] Antes de Angel, WKH Schmidt había propuesto en 1975 un diseño alternativo que implicaba una disposición unidimensional que constaba de un conjunto de superficies reflectantes planas, conocido como "objetivo colimador de enfoque Schmidt". [5] [8] [9] En 1989, los físicos Keith Nugent y Stephen W. Wilkins colaboraron para desarrollar la óptica del ojo de langosta independientemente de Angel. Su contribución clave fue abrir un enfoque para la fabricación de estos dispositivos utilizando tecnología de placas de microcanales. Este enfoque de ojo de langosta allanó el camino para los telescopios de rayos X con una vista de 360 grados del cielo. [10]
En 1992, Philip E. Kaaret y Phillip Geissbuehler propusieron un nuevo método para crear ópticas de ojo de langosta con placas de microcanales. [11] Los microporos necesarios para la óptica de ojo de langosta son difíciles de fabricar y tienen requisitos estrictos. Los poros deben tener anchos entre 0,01 y 0,5 mm y deben tener una relación largo-ancho de 20 a 200 (depende del rango de energía de los rayos X); deben recubrirse con un material denso para una reflexión óptima de los rayos X. Las paredes internas del poro deben ser planas y deben estar organizadas en una densa matriz sobre una superficie esférica con un radio de curvatura de 2F, asegurando una fracción abierta superior al 50% y una precisión de alineación de los poros entre 0,1 y 5 minutos de arco hacia un centro común. . [5]
Diseños ópticos similares incluyen colimadores de panal (utilizados en los detectores XGRS de NEAR Shoemaker y XRS de MESSENGER ) y generadores de imágenes de poros de silicio (desarrollados por la ESA para su misión planificada ATHENA ). [2]
La NASA lanzó el primer generador de imágenes de ojo de langosta en un cohete de sondeo suborbital Black Brant IX en 2012. El instrumento STORM/DXL (Sheath Transport Observer for the Redistribution of Mass/Diffuse X-ray emit from the Local galaxy) tenía reflectores de microporos dispuestos en una matriz para formar un sistema Kirkpatrick-Baez. [12] [13] BepiColombo , una misión conjunta de la ESA y JAXA Mercury lanzada en 2018, tiene un colimador sin imágenes MIXS-C, con una geometría de microcanal similar al diseño de microporos del ojo de langosta. [8] [14]
CNSA lanzó el satélite de rayos X Lobster-Eye en 2020, el primer telescopio ojo de langosta en órbita. [15] En 2022, la Academia de Ciencias de China construyó y lanzó el Lobster Eye Imager for Astronomy (LEIA), un telescopio espacial de imágenes de rayos X de campo amplio. Se trata de una misión de demostración de tecnología que prueba el diseño del sensor de la sonda Einstein . [16] LEIA tiene un módulo sensor que le proporciona un campo de visión de 340 grados cuadrados . [16] En agosto y septiembre de 2022, LEIA realizó mediciones para verificar su funcionalidad. Se observaron varias regiones del cielo y objetivos preseleccionados, incluido el Centro Galáctico , las Nubes de Magallanes , Sco X-1 , Cas A , Cygnus Loop y algunas fuentes extragalácticas . Para eliminar la interferencia de la luz solar, las observaciones se obtuvieron en la sombra de la Tierra, comenzando 2 minutos después de que el satélite entrara en la sombra y terminando 10 minutos antes de salir de ella, lo que resultó en una duración de observación de ~23 minutos en cada órbita. Los detectores CMOS estaban funcionando en modo evento. [4]
La sonda Einstein , una misión conjunta de la Academia China de Ciencias (CAS) en asociación con la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre , fue lanzada el 9 de enero de 2024. [17] Utiliza un sensor de 12 Módulo sensor Telescopio de rayos X de campo amplio para un campo de visión de 3600 grados cuadrados, probado por primera vez por la misión Lobster Eye Imager for Astronomy . [dieciséis]
El SVOM conjunto franco-chino se lanzó el 22 de junio de 2024. [18]
El Centro Espacial Goddard de la NASA propuso un instrumento que utiliza el diseño de ojo de langosta para la misión ISS-TAO (Observatorio de Astrofísica Transitoria en la Estación Espacial Internacional ), llamado X-ray Wide-Field Imager. [3] ISS-Lobster es un concepto similar de la ESA. [19]
Se están construyendo varios telescopios espaciales que utilizan ópticas de ojo de langosta. Está previsto que SMILE , un proyecto de telescopio espacial de la ESA y CAS, se lance en 2025. [20] Actualmente se está considerando el THESEUS de la ESA . [21]
La óptica de ojo de langosta también se puede utilizar para imágenes de retrodispersión para seguridad nacional , detección de dispositivos explosivos improvisados , pruebas no destructivas e imágenes médicas . [1]
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Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .El material se copió de esta fuente, que está disponible bajo Creative Commons Attribution 4.0 Archivado el 16 de octubre de 2017 en Wayback Machine.![Imagen de rayos X con primera luz de la región del Centro Galáctico obtenida por LEIA en una observación única de 798 s en 0,5–4 keV, que cubre un campo de visión de 18° × 18° (izquierda). Los colores representan recuentos por píxel.[4]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bb/First-light_X-ray_image_of_the_Galactic_center_region_obtained_by_LEIA.jpg/1280px-First-light_X-ray_image_of_the_Galactic_center_region_obtained_by_LEIA.jpg)
![Izquierda: imagen de rayos X de Sco X-1 en 0,5–4 keV observada por LEIA con 673 s de exposición. Derecha: Imagen de rayos X de la nebulosa Cygnus Loop con un diámetro de ~2fdg5 obtenida con una observación de 604 s. Los colores representan energías de fotones.[4]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/X-ray_image_of_Sco_X-1_and_Cygnus_Loop_nebula.jpg/1280px-X-ray_image_of_Sco_X-1_and_Cygnus_Loop_nebula.jpg)