La óptica de 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 la óptica de rayos X. Esta configuración permite que la luz de rayos X entre desde múltiples ángulos, capturando más rayos X desde 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 de cohete de sondeo suborbital en 2012. El Lobster Eye Imager for Astronomy , un satélite chino de demostración de tecnología , se lanzó en 2022. La sonda Einstein china , lanzada en 2024, es el primer telescopio espacial importante que utiliza la óptica de ojo de langosta. Varios otros telescopios espaciales de este tipo están actualmente en desarrollo o consideración.
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 del ojo de la langosta imita esta estructura reflectante. Esta disposición permite que la luz de un área de visión amplia se enfoque en una sola imagen. La óptica está hecha de placas de microcanales . La luz de rayos X puede ingresar a 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 . Eso, 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 en prácticamente todas las direcciones, en teoría, una óptica de ojo de langosta idealizada está casi libre de viñeteado, excepto cerca del borde del campo de visión. [4] Los generadores de imágenes de microporos se crean a partir de varias capas de óptica de ojo de langosta que crean una aproximación del diseño óptico de tipo I de Wolter. [2]
Sólo se conocen tres geometrías que utilizan la reflexión de incidencia rasante de rayos X para producir imágenes de rayos X: el sistema Wolter , el sistema Kirkpatrick-Baez y la geometría de ojo de langosta. [5]
El diseño de la 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 Angel". [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 consistía en un conjunto de superficies reflectantes planas, conocido como el "objetivo colimador de enfoque Schmidt". [5] [8] [9] En 1989, los físicos Keith Nugent y Stephen W. Wilkins colaboraron para desarrollar la óptica de ojo de langosta independientemente de Angel. Su contribución clave fue abrir un enfoque para la fabricación de estos dispositivos utilizando tecnología de placa de microcanal. 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 longitud-ancho de 20-200 (dependiendo del rango de energía de rayos X); deben estar recubiertos 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 matriz densa sobre una superficie esférica con un radio de curvatura de 2F, asegurando una fracción abierta mayor del 50% y una precisión de alineación de poros entre 0,1 y 5 minutos de arco hacia un centro común. [5]
Los 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 ATHENA planificada ). [2]
En 2012, la NASA lanzó el primer generador de imágenes de ojo de langosta a bordo de un cohete de sondeo suborbital Black Brant IX. El instrumento STORM/DXL (Sheath Transport Observer for the Redistribution of Mass/Diffuse X-ray emission 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 la JAXA a Mercury lanzada en 2018, tiene un colimador MIXS-C sin imágenes , con una geometría de microcanal similar al diseño de microporos del ojo de langosta. [8] [14]
En 2020, la CNSA lanzó el satélite de rayos X Lobster-Eye, el primer telescopio en órbita con forma de ojo de langosta. [15] En 2022, la Academia China de Ciencias construyó y lanzó el Lobster Eye Imager for Astronomy (LEIA), un telescopio espacial de imágenes de rayos X de campo amplio. Es una misión de demostración de tecnología que prueba el diseño del sensor para la sonda Einstein . [16] LEIA tiene un módulo sensor que le da 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 y objetivos del cielo 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 dio como resultado una duración de observación de ~23 minutos en cada órbita. Los detectores CMOS funcionaban en modo de evento. [4]
La sonda Einstein , una misión conjunta de la Academia China de Ciencias (ACC) en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre , se lanzó el 9 de enero de 2024. [17] Utiliza un telescopio de rayos X de campo amplio con un módulo de 12 sensores para un campo de visión de 3600 grados cuadrados, probado por primera vez por la misión Lobster Eye Imager for Astronomy . [16]
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. SMILE , un proyecto de telescopio espacial de la ESA y la CAS, está previsto que se lance en 2025. [20] El telescopio THESEUS de la ESA está siendo estudiado actualmente. [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 fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0 Archivado el 16 de octubre de 2017 en Wayback Machine.![Imagen de rayos X 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 los 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 una exposición de 673 s. 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)
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