Un espejo segmentado es una serie de espejos más pequeños diseñados para actuar como segmentos de un único espejo curvo grande . 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 óptico activo controlado por computadora 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] Posteriormente 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 necesaria ] , y desde entonces todas las tecnologías necesarias se han extendido por todo el mundo hasta el punto que esencialmente todos los futuros grandes telescopios ópticos planean utilizar espejos segmentados.
Existe un límite tecnológico para los espejos primarios fabricados con una única pieza rígida de vidrio. Estos espejos monolíticos o no segmentados no pueden construirse con un diámetro superior a unos ocho metros. Los espejos monolíticos más grandes que se utilizan 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] Usar un espejo monolítico mucho más grande que 5 metros es prohibitivamente costoso debido al costo tanto del espejo como de la enorme estructura necesaria para soportarlo. Un espejo de más de ese tamaño también se hundiría ligeramente por su propio peso al girar el telescopio a diferentes posiciones, [5] [6] cambiando la forma precisa de la superficie. Los segmentos también son más fáciles de fabricar, transportar, instalar y mantener sobre 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 computadora. Todos los segmentos también provocan efectos de difracción en la imagen final.
Otra aplicación de los espejos segmentados la podemos encontrar en el sector de la realidad aumentada para minimizar el tamaño de los componentes ópticos. Tooz utiliza una matriz de espejos segmentados y reflectantes parciales para desacoplar la luz de sus guías de luz, que se utiliza como un elemento óptico de vidrio inteligente . [7]
Algunos de los telescopios ópticos más grandes del mundo utilizan espejos primarios segmentados. Estos incluyen, entre otros, los siguientes telescopios:
Los telescopios gemelos Keck son los más destacados de los observatorios de Mauna Kea a una altura de 4.145 metros (13.600 pies) cerca de la cumbre de Mauna Kea en Hawaii , 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 fijado 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 el acceso a aproximadamente el 70-81% del cielo en su ubicación y se puede rastrear 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 situado cerca de la ciudad de Sutherland en la región semidesértica del Karoo , Sudáfrica. Es una instalación del Observatorio Astronómico de Sudáfrica , 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), actualmente es el telescopio óptico más grande del mundo , ubicado en el Observatorio Roque de los Muchachos en la isla de La Palma , en las Islas Canarias en España.
El Telescopio espectroscópico de fibra multiobjeto de gran área celeste es un telescopio de rastreo ubicado en la provincia china de Hebei. Consta de dos espejos rectangulares, formados por 24 y 37 segmentos, respectivamente. Cada segmento hexagonal tiene un tamaño de 1,1 metros.
Los 18 segmentos de 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 espejos segmentados y su puesta en funcionamiento está prevista para la década de 2020. El Telescopio Gigante de Magallanes utiliza siete grandes segmentos y está agrupado con telescopios de espejos segmentados o en su propia categoría. El Telescopio de Treinta Metros se construirá en los Observatorios de Mauna Kea en Hawaii, aunque la construcción está en suspenso. Esto utilizará 492 segmentos hexagonales. El Telescopio Europeo Extremadamente Grande será el más grande de los tres y utilizará un total de 798 segmentos para su espejo primario. Se espera su primera luz para 2027. [13]
Las imágenes de telescopios con espejos segmentados también exhiben picos de difracción debido a la difracción de los bordes de los espejos. Como antes, dos picos son perpendiculares a cada orientación de borde, lo que da como resultado seis picos (más dos más débiles debido a la araña que sostiene el espejo secundario) en fotografías tomadas por el Telescopio Espacial James Webb . [14]
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