Un espejo segmentado es un conjunto de espejos más pequeños diseñados para actuar como segmentos de un único espejo curvo de gran tamaño . Los segmentos pueden ser esféricos o asimétricos (si forman parte de un reflector parabólico más grande [1] ). Se utilizan como objetivos para grandes telescopios reflectores . Para funcionar, todos los segmentos del espejo deben pulirse hasta obtener una forma precisa y alinearse activamente mediante un sistema de óptica activa controlado por ordenador que utiliza actuadores integrados en la celda de soporte del espejo .
El concepto fue iniciado por Guido Horn D'Arturo , quien construyó el primer espejo segmentado funcional en 1952, después de veinte años de investigación; [2] Más tarde fue redescubierto y desarrollado de forma independiente bajo el liderazgo del Dr. Jerry Nelson en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de California durante la década de 1980 [ cita requerida ] , y desde entonces todas las tecnologías necesarias se han extendido por todo el mundo hasta el punto de que esencialmente todos los futuros telescopios ópticos grandes planean utilizar espejos segmentados.
Existe un límite tecnológico para los espejos primarios hechos de una única pieza rígida de vidrio. Dichos espejos no segmentados o monolíticos no pueden construirse con un diámetro mayor que unos ocho metros. Los espejos monolíticos más grandes en uso actualmente son los dos espejos primarios del Gran Telescopio Binocular , cada uno con un diámetro de 8,4 metros. Por lo tanto, el uso de espejos segmentados es un componente clave para los telescopios de gran apertura . [3] [4] El uso de un espejo monolítico mucho más grande que 5 metros es prohibitivamente caro debido al costo tanto del espejo como de la enorme estructura necesaria para sostenerlo. Un espejo más allá de ese tamaño también se combaría ligeramente por su propio peso a medida que el telescopio girara a diferentes posiciones, [5] [6] cambiando la forma precisa de la superficie. Los segmentos también son más fáciles de fabricar, transportar, instalar y mantener que los espejos monolíticos muy grandes.
Los espejos segmentados tienen el inconveniente de que cada segmento puede requerir una forma asimétrica precisa y dependen de un complicado sistema de montaje controlado por ordenador. Además, todos los segmentos provocan efectos de difracción en la imagen final.
Otra aplicación de los espejos segmentados se puede encontrar en el sector de la realidad aumentada para minimizar el tamaño de los componentes ópticos. Tooz utiliza una matriz de espejos segmentados parcialmente reflectantes para acoplar la luz de sus guías de luz, que se utiliza como un elemento de vidrio inteligente óptico . [7]
Algunos de los telescopios ópticos más grandes del mundo utilizan espejos primarios segmentados. Entre ellos se incluyen, entre otros, los siguientes telescopios:
Los telescopios gemelos Keck son los más destacados de los observatorios de Mauna Kea y se encuentran a una altitud de 4.145 metros (13.600 pies) cerca de la cima de Mauna Kea en Hawái , Estados Unidos. Ambos telescopios cuentan con espejos primarios de 10 m (33 pies).
El telescopio Hobby-Eberly (HET) es un telescopio de 9,2 metros (30 pies) ubicado en el Observatorio McDonald , en el oeste de Texas, a una altitud de 2026 m (6647 pies). Su espejo primario está construido a partir de 91 segmentos hexagonales. El espejo principal del telescopio está fijo en un ángulo de 55 grados y puede girar alrededor de su base. Se sigue un objetivo moviendo los instrumentos en el foco del telescopio; esto permite acceder a aproximadamente el 70-81% del cielo en su ubicación y se puede seguir un solo objetivo durante hasta dos horas.
El Gran Telescopio de África Austral (SALT) es un telescopio de 10 metros dedicado a la espectroscopia durante la mayor parte de su tiempo de observación. Comparte similitudes con el Telescopio Hobby-Eberly y también consta de 91 segmentos de espejo hexagonal, cada uno de 1 metro de ancho, lo que da como resultado un espejo hexagonal total de 11,1 m por 9,8 m. [8] Está ubicado cerca de la ciudad de Sutherland en la región semidesértica de Karoo , Sudáfrica. Es una instalación del Observatorio Astronómico Sudafricano , el observatorio óptico nacional de Sudáfrica.
También conocido como GranTeCan, el Gran Telescopio de Canarias utiliza un total de 36 espejos segmentados. [9] [10] Con un espejo primario de 10,4 m (34 pies), es actualmente el telescopio óptico más grande del mundo , ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma , en las Islas Canarias en España.
El telescopio espectroscópico de fibra multiobjeto de gran superficie celeste es un telescopio de sondeo ubicado en la provincia china de Hebei. Está formado por dos espejos rectangulares, compuestos por 24 y 37 segmentos, respectivamente. Cada segmento hexagonal tiene un tamaño de 1,1 metros.
Los 18 segmentos del espejo del telescopio espacial James Webb se fabricaron en su mayoría en 2011. [11] El telescopio espacial fue lanzado por un Ariane 5 desde el Centro Espacial de Guayana el 25 de diciembre de 2021. [12]
Tres telescopios extremadamente grandes constituirán la próxima generación de telescopios de espejo segmentado y se prevé que entren en funcionamiento en la década de 2020. El Telescopio Gigante de Magallanes utiliza siete segmentos grandes y se agrupa con los telescopios de espejo segmentado o tiene su propia categoría. El Telescopio de Treinta Metros se construirá en los Observatorios de Mauna Kea en Hawái, aunque la construcción está suspendida. Utilizará 492 segmentos hexagonales. El Telescopio Europeo Extremadamente Grande será el más grande de los tres, utilizando un total de 798 segmentos para su espejo primario. Su primera luz está prevista para 2027. [13]
Las imágenes de telescopios con espejos segmentados también presentan picos de difracción debidos a la difracción de los bordes de los espejos. Como antes, dos picos son perpendiculares a la orientación de cada borde, lo que da como resultado seis picos (más dos más tenues debido a la araña que sostiene el espejo secundario) en fotografías tomadas por el telescopio espacial James Webb . [14]
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