El Telescopio Gigante de Magallanes (GMT) es un telescopio terrestre de gran tamaño que se encuentra actualmente en construcción en el Observatorio Las Campanas, en el desierto de Atacama, en Chile . Con un diámetro de espejo primario de 25,4 metros, se espera que sea el telescopio gregoriano más grande jamás construido, y que observe en longitudes de onda ópticas e infrarrojas medias (320-25.000 nm). [1] Se prevé que el telescopio entre en funcionamiento a principios de la década de 2030. [2] [3] [4] [5]
El GMT contará con siete de los espejos más grandes del mundo, que en conjunto proporcionarán un área de recolección de luz de 368 metros cuadrados. [6] [7] Se espera que tenga un poder de resolución aproximadamente 10 veces mayor que el Telescopio Espacial Hubble y cuatro veces mayor que el Telescopio Espacial James Webb . Sin embargo, no podrá observar en las mismas frecuencias infrarrojas que los telescopios espaciales. El GMT se utilizará para explorar una amplia gama de fenómenos astrofísicos, incluida la búsqueda de signos de vida en exoplanetas y el estudio de los orígenes cósmicos de los elementos químicos. [8] [9] [10] [11]
La fundición de los espejos primarios del GMT comenzó en 2005, y la construcción en el sitio comenzó en 2015. Para 2023, los siete espejos primarios habían sido fundidos, el primero de los siete espejos secundarios adaptativos estaba en construcción y la montura del telescopio estaba en la etapa de fabricación. Otros subsistemas del telescopio estaban en las etapas finales de diseño. [12] [13] [14]
El proyecto, con un costo estimado de 2.000 millones de dólares, está siendo desarrollado por la Corporación GMTO, un consorcio de instituciones de investigación de siete países: Australia, Brasil, Chile, Israel, Corea del Sur, Taiwán y Estados Unidos. [15]
El telescopio está ubicado en el Observatorio Las Campanas, [16] que también alberga los Telescopios Magallanes . El observatorio está situado aproximadamente a 115 km (71 mi) al noreste de La Serena y a 180 km (112 mi) al sur de Copiapó , a una altitud de 2516 m (8255 ft). [17] [18] El sitio ha sido propiedad de la Carnegie Institution for Science desde 1960.
Las Campanas fue seleccionada como la ubicación para el GMT debido a sus excepcionales condiciones de observación astronómica y clima despejado durante gran parte del año. [19] La escasa población en el desierto de Atacama circundante, combinada con condiciones geográficas favorables, asegura una contaminación atmosférica y lumínica mínima . Esto hace que el área sea una de las mejores ubicaciones en la Tierra para la observación astronómica a largo plazo. La ubicación del observatorio en el hemisferio sur también proporciona acceso a objetivos astronómicos importantes, incluido el centro galáctico de la Vía Láctea , el agujero negro supermasivo más cercano ( Sagitario A* ), la estrella más cercana al Sol ( Próxima Centauri ), las Nubes de Magallanes y numerosas galaxias y exoplanetas cercanos. [9] [10]
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El diseño gregoriano del Telescopio Gigante de Magallanes producirá la mayor resolución de imagen posible del universo en el campo de visión más amplio con solo dos superficies colectoras de luz, lo que lo convierte en el telescopio de mayor capacidad óptica de todos los telescopios extremadamente grandes de la clase de 30 metros. [20]
La preparación del sitio comenzó con la primera explosión para nivelar la cima de la montaña el 23 de marzo de 2012. [21] En noviembre de 2015, se inició la construcción en el sitio, con una ceremonia de inicio de obras. En enero de 2018, WSP recibió el contrato para gestionar la construcción del Telescopio Gigante de Magallanes. [22]
La fundición del primer espejo, en un horno rotatorio , se completó el 3 de noviembre de 2005. [23] [24] Un tercer segmento se fundió en agosto de 2013, [13] [25] el cuarto en septiembre de 2015, [26] el quinto en 2017, [27] el sexto en 2021, [11] y el último en 2023. [14]
El pulido del primer espejo se completó en noviembre de 2012. [28]
En diciembre de 2021, Ingersoll Machine Tools terminó de construir una planta de fabricación para fabricar la montura del Telescopio Magallanes Gigante en Rockford, Illinois. En 2022, la construcción de la montura del telescopio estaba en marcha. Se espera que la estructura se entregue en Chile a fines de 2025. [29] [30]
El recinto del Telescopio Gigante de Magallanes es una estructura de 65 metros de altura que protege los espejos y componentes del telescopio de las condiciones climáticas extremas y los terremotos en el desierto de Atacama, en Chile. El recinto, que pesa 4.800 toneladas, puede completar una rotación completa en poco más de tres minutos y está diseñado con un sistema de convección de aire forzado de ciclo cerrado para mantener un equilibrio térmico dentro del recinto del telescopio y reducir los gradientes térmicos ambientales a lo largo de la superficie del espejo primario. [31]
El diseño del recinto proporciona al pilar del telescopio un sistema de aislamiento sísmico que puede sobrevivir a los terremotos más fuertes esperados durante los 50 años de vida útil del observatorio y permitirá que el telescopio regrese rápidamente a operaciones después de los eventos sísmicos más frecuentes, pero menos intensos, que se experimentan varias veces al mes. [31]
En marzo de 2022, la firma de ingeniería y arquitectura IDOM recibió el contrato para finalizar el diseño de la carcasa del telescopio para 2024. [32]
La estructura de montaje del telescopio es un diseño altazimutal de 39 metros de altura que se asentará sobre un pilar de 22 metros de diámetro. La estructura pesará 1.800 toneladas sin espejos ni instrumentos. Con espejos e instrumentos, pesará 2.100 toneladas. Esta estructura flotará sobre una película de aceite (de 50 micrones de espesor), sostenida por una serie de cojinetes hidrostáticos para permitir que la montura del telescopio se deslice sin fricción en tres grados de libertad. [33]
En octubre de 2019, GMTO Corporation anunció la firma de un contrato con la empresa alemana MT Mechatronics (filial de OHB SE) e Ingersoll Machine Tools, con sede en Illinois, para diseñar, construir e instalar la estructura del Telescopio Gigante Magallanes. Ingersoll Machine Tools terminó de construir una instalación de 40.000 pies cuadrados para fabricar la montura del Telescopio Gigante Magallanes en Rockford, Illinois, en diciembre de 2021. En 2022, la construcción de la montura del telescopio estaba en marcha y se espera que esté terminada en 2025. [33]
La montura del telescopio consta de siete “celdas” que sostienen y protegen los espejos primarios del telescopio, que pesan 18 toneladas. El sistema de soporte del espejo no tiene un marco de carga interno tradicional. En cambio, la resistencia proviene de su forma única y su carcasa externa. Esto permite que la montura del telescopio tenga un diseño compacto y liviano para su tamaño. También hace que el telescopio sea extremadamente rígido y estable para que pueda resistir interrupciones en la calidad de la imagen causadas por el viento y las vibraciones mecánicas. [33]
El sistema de soporte del espejo primario, que consta de una “célula”, contiene una “óptica activa” con actuadores neumáticos que empujarán la parte posterior de los espejos primarios para corregir los efectos de la gravedad y las variaciones de temperatura en los siete espejos primarios de 8,4 metros de diámetro. [34] Además, en el interior del sistema de soporte del espejo se montan catorce unidades de tratamiento de aire que utilizan refrigeración basada en CO2 (el primer sistema de este tipo utilizado para telescopios) para hacer circular el aire. [35]
Se utiliza un sistema de convección de aire forzado de ciclo cerrado para mantener un equilibrio térmico dentro del recinto del telescopio y reducir los gradientes térmicos a través de la superficie del espejo primario. [35]
Como precursor de la fabricación de los siete sistemas de soporte de espejos, también se ha construido un prototipo a escala real para validar las decisiones de diseño y demostrar el rendimiento. [33]
En abril de 2023, OHB Italia SpA terminó de fabricar y probar la primera de las siete cubiertas de espejos para el gigante Magallanes. En poco más de dos minutos, las cubiertas se retraerán al unísono para proteger los espejos más grandes del mundo cuando no estén en uso. [36]
El telescopio utilizará siete de los espejos más grandes del mundo como segmentos de espejo primario, cada uno de 8,417 m (27,61 pies) de diámetro. Estos segmentos se dispondrán con un espejo en el centro y los otros seis dispuestos simétricamente a su alrededor. El desafío es que los seis segmentos de espejo externos estarán fuera del eje y, aunque idénticos entre sí, no serán simétricos radialmente de forma individual, lo que requerirá una modificación de los procedimientos habituales de pulido y prueba. [37]
Los espejos están siendo construidos por el Laboratorio de Espejos Richard F. Caris del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona . [38]
Para la fundición de cada espejo se utilizan 20 toneladas de vidrio de borosilicato E6 de la Corporación Ohara de Japón y se necesitan entre 12 y 13 semanas. [39] Después de la fundición, deben enfriarse durante unos seis meses. [13] Cada uno de ellos tarda aproximadamente 4 años en fundirse y pulirse, obteniendo un acabado tan suave que los picos y valles más altos son más pequeños que 1/1000 del ancho de un cabello humano. [13]
Como se trataba de un segmento fuera del eje, fue necesario desarrollar una amplia gama de nuevas pruebas ópticas e infraestructura de laboratorio para pulir el espejo.
La intención es construir siete espejos idénticos fuera del eje, de modo que haya uno de repuesto disponible para sustituir un segmento que se esté recubriendo, un proceso que requiere de 1 a 2 semanas (por segmento) cada 1 a 2 años. [40] Si bien el telescopio completo utilizará siete espejos, está previsto comenzar a funcionar con cuatro espejos. [13]
Los segmentos 1 a 3 están completos. Los segmentos 4 a 6 están en proceso de pulido y prueba. El segmento 7 estaba previsto para su fundición en 2023. [13]
El conjunto de espejos primarios tendrá una relación focal (distancia focal dividida por el diámetro) de f/0,71. Para un segmento individual (un tercio de ese diámetro), esto da como resultado una relación focal de f/2,14. [25] La relación focal general del telescopio completo será f/8 y la prescripción óptica es un telescopio gregoriano aplanático . Como todos los grandes telescopios modernos, utilizará óptica adaptativa . [41] [42]
Los científicos esperan imágenes de muy alta calidad debido a la gran apertura y la óptica adaptativa avanzada. La calidad de la imagen se proyecta en un campo de visión de 20 minutos de arco, corregible de 0 a 20 minutos de arco. Las imágenes serán lo suficientemente nítidas como para distinguir la antorcha grabada en una moneda de diez centavos de dólar estadounidense desde casi 160 kilómetros (100 millas) de distancia y se espera que superen las del telescopio espacial Hubble . [43]
La oficina de Carnegie Observatories en Pasadena tiene un contorno del conjunto de espejos primarios del Telescopio Magallanes Gigante pintado en su estacionamiento. Es fácilmente visible en imágenes satelitales en 34°09′21″N 118°08′00″O / 34.15591, -118.13345 (Dibujo del contorno del Telescopio Magallanes Gigante) . [44]
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El espejo secundario adaptativo del Telescopio Magallanes Gigante consta de siete segmentos de aproximadamente 1,1 metros de diámetro. Son espejos deformables de “óptica adaptativa” cuya función es corregir la distorsión atmosférica de la luz captada por el telescopio. Los espejos secundarios adaptativos consisten en una fina lámina de vidrio adherida a más de 7000 actuadores de bobina móvil controlados independientemente. Cada segmento puede deformar/remodelar su superficie de 2 milímetros de espesor 2000 veces por segundo para corregir el efecto de desenfoque óptico de la atmósfera terrestre. [8]
El primer segmento está en construcción desde agosto de 2022 y se completará en 2024. [8]
El Telescopio Gigante Magallanes tendrá tres modos de óptica adaptativa.
El telescopio gigante Magallanes es el único telescopio de 30 metros con óptica adaptativa de capa terrestre sobre un campo de visión completo. [45]
El diseño gregoriano del Telescopio Gigante Magallanes puede albergar hasta 10 instrumentos científicos que abarcan desde el espectro visible hasta el infrarrojo medio, desde espectrógrafos e imágenes de campo amplio que alcanzan cientos de objetos a la vez hasta espectrógrafos e imágenes de alta resolución que pueden estudiar exoplanetas e incluso encontrar biofirmas . Cada instrumento científico está diseñado para aprovechar los cuatro modos de observación del telescopio.
El telescopio contará con un avanzado sistema de fibra óptica que utiliza pequeños posicionadores robóticos para ampliar las capacidades de los espectrógrafos al permitirles acceder a la resolución más alta de todos los telescopios en la clase de 30 metros en un campo de visión completo de 20 minutos de arco. Usando este sistema, es posible observar múltiples objetivos en todo el campo con uno o más de los espectrógrafos. Esto permite que el telescopio vea objetos más débiles con una resolución y sensibilidad inigualables. La ventaja es extremadamente poderosa para la espectroscopia y las mediciones precisas de distancias, dinámica, química y masas de objetos celestes en el espacio profundo.
Además, la cámara de puesta en servicio (ComCam) se utilizará para validar el rendimiento de la óptica adaptativa de la capa terrestre del sistema de óptica adaptativa de la instalación GMT. [51]
Los impulsores científicos del Telescopio Gigante de Magallanes incluyen el estudio de planetas en las zonas habitables de su estrella madre en la búsqueda de vida; la naturaleza de la materia oscura, la energía oscura, la gravedad y muchos otros aspectos de la física fundamental; la formación y evolución de las primeras estrellas y galaxias; y cómo los agujeros negros y las galaxias coevolucionan. [52]
El Telescopio Gigante de Magallanes forma parte de una nueva clase de telescopios llamados telescopios extremadamente grandes , cada uno de ellos con un diseño mucho más grande que los telescopios terrestres existentes. [53] Otros telescopios extremadamente grandes planificados incluyen el Telescopio Extremadamente Grande y el Telescopio de Treinta Metros . [54]
El Telescopio Gigante de Magallanes es obra de la Corporación GMTO, un consorcio internacional de instituciones de investigación que representan a siete países: Australia, Brasil, Chile, Israel, Corea del Sur, Taiwán y los Estados Unidos. [9] [57] La Corporación GMTO es una organización sin fines de lucro 501(c)(3) con oficinas en Pasadena, California y Santiago de Chile. La organización tiene una relación establecida con el gobierno chileno, habiendo sido reconocida a través de un decreto presidencial como una “organización internacional” en Chile. El telescopio opera bajo un acuerdo de cooperación con la Universidad de Chile, otorgando el 10% del tiempo de observación a astrónomos que trabajan en instituciones chilenas. [58] [8] Las siguientes organizaciones son miembros del consorcio que desarrolla el telescopio. [59]
El Telescopio Gigante de Magallanes es parte del Programa de Telescopios Extremadamente Grandes de Estados Unidos (US-ELTP), desde 2018. El US-ELTP proporcionará a los astrónomos con base en Estados Unidos acceso a la observación de todo el cielo, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos , tanto al Telescopio Gigante de Magallanes como al Telescopio de Treinta Metros. El programa fue clasificado como la máxima prioridad terrestre en la Encuesta Decenal Astro2020 de la Academia Nacional de Ciencias , que señaló que el US-ELTP proporcionará "capacidades de observación inigualables en el espacio o en la tierra y abrirá un enorme espacio de descubrimiento para nuevas observaciones y descubrimientos aún no anticipados". [60]
Mientras los invitados recorrían las instalaciones, el personal del laboratorio hizo funcionar nuestras dos máquinas pulidoras en proyectos actuales, incluida esta vista del pulido final en el primer segmento GMT.
El segmento central y la celda no tendrán un repuesto, por lo que las observaciones se interrumpirán cada uno o dos años durante el período de una a dos semanas necesario para recubrir el espejo.
GMT está diseñado desde el principio en torno a la óptica adaptativa (OA) con el objetivo de producir imágenes limitadas por difracción a 1 μm y longitudes de onda más largas.
