Nube de brillo puede servir como espejo en el espacio...

Esta imagen muestra blanca luz reflejada en un espejo de brillo a un sensor de la cámara. Los investigadores esta probado en un laboratorio como parte del concepto de "Rainbows en órbita", una solución de bajo costo para los espejos de telescopio espacial. Fotografía: G. Swartzlander/Rochester Institute of Technology

 

¿Qué tiene que ver con la búsqueda de estrellas y planetas fuera de nuestro sistema solar el brillo? Los Telescopios Espaciales pueden un día hacer uso de materiales de brillo para ayudar a tomar imágenes de nuevos mundos, según los investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California.

 

Los Telescopios estándar usan espejos sólidos a objetos lejanos de imagen. Pero los espejos grandes y complejos necesarios para la astronomía pueden ser muy costosos y difícil de construir. Su tamaño y peso también aumentan las dificultades de poner en marcha un telescopio espacial en primer lugar.

 

Un concepto llamado arco iris orbitando pretende abordar estos temas. Los investigadores proponen usar nubes de partículas de brillo como reflexivas en lugar de espejos para permitir que un telescopio vea estrellas y exoplanetas. La tecnología permitiría las imágenes de alta resolución a una fracción del costo.

 

"Es una nube flotante que actúa como un espejo," dijo Marco Quadrelli de JPL, investigador principal del arco iris en órbita. "No hay ninguna estructura de apoyo, no de acero alrededor de él, ni bisagras; Sólo una nube".

 

En el sistema propuesto de arco iris en órbita, la pequeña nube de purpurina-como granos sería atrapada y manipulada con múltiples rayos láser. La captura ocurre debido a la presión de la luz laser, específicamente, el impulso de fotones se traduce en dos fuerzas: una que empuja a las partículas y otra que empuja las partículas hacia el eje del haz de luz. La presión de la luz láser proveniente de diferentes direcciones forma la nube y empuja los granos pequeños para alinear en la misma dirección. En un telescopio espacial, la nube tenue estaría formada por millones de granos, cada uno posiblemente tan pequeñas como las fracciones de un milímetro de diámetro.

 

Tal telescopio tendría una apertura amplia ajustable, el espacio a través de la luz que pasa durante una medición óptica o fotográfica; de hecho, podría llevar a aberturas posiblemente más grandes que los de telescopios espaciales existentes.

 

También sería mucho más sencillo de envasar, transportar y desplegar, que un telescopio espacial convencional.

 

"Implementar la nube, atraparla y darle forma," dijo Quadrelli.

 

La naturaleza está llena de estructuras que tienen propiedades de dispersión de luz y enfoque, tales como un arco iris, fenómenos ópticos en las nubes, o colas de cometa. Las observaciones de estos fenómenos y los recientes éxitos de laboratorio óptico captura y manipulación han contribuido al concepto de arco iris en órbita. La idea original para un telescopio basado en un espejo láser-atrapado fue propuesta en un documento de 1979 por el astrónomo Antoine Labeyrie en el College de France en París.

 

Ahora, el equipo de arco iris en órbita está tratando de identificar maneras de manipular y mantener la forma de una nube de polvo-como materia usando la presión del laser puede funcionar como una superficie adaptable con útiles características electromagnéticas, por ejemplo, en los grupos ópticos o radar en órbita.

 

Porque una nube de partículas de brillo no es una superficie lisa, la imagen producida a partir de esas partículas en un telescopio será más ruidosa--con una distorsión más moteada--que lo que generaría un espejo normal. Por eso los investigadores están desarrollando algoritmos para tomar imágenes múltiples y cómputo para eliminar el efecto moteado de la escarcha.

 

 

Para probar la idea, el co-investigador Grover Swartzlander, profesor asociado en el Instituto de tecnología de Rochester en Nueva York y sus estudiantes extiende el brillo en una lente cóncava en el laboratorio. Su equipo utiliza láseres para representar a la luz de un sistema doble de estrella. Se apuntó el espejo manchado con las estrellas simuladas, después utiliza una cámara para tomar fotos. Muchas exposiciones y un montón de procesamiento, una imagen de las dos "estrellas" ha surgido utilizando el brillo espejo. "Esto es un logro importante", dijo Quadrelli. "Esto demuestra un experimento muy controlado en el que hemos sido capaces de hacer imágenes en el espectro de luz visible".

La tecnología podría utilizarse más fácilmente para señales de radio en distintas bandas. Debido a que la longitud de onda es mucho más larga (aproximadamente un centímetro, comparado con nanómetros en luz visible), los granos de espejo no tienen que ser exactamente controlados o alineado. Esto abre las aplicaciones de Ciencias de la Tierra como detección de terremoto y teledetección de agua y otros fenómenos. Darmindra Arumugam de JPL está investigando los mecanismos posibles para teledetección con un arco iris en órbita.

El equipo de diseño óptico de JPL, incluyendo Scott Basinger y Mayer Rud, ha estado trabajando en las técnicas de óptica adaptativa que sería necesario por un telescopio en órbita un arco iris. Hasta ahora, el equipo ha estado explorando reflexión, refracción y difractivos versiones de un telescopio basado en un arco iris en órbita, con máxima sensibilidad a una frecuencia específica.

Orbitando arco iris todavía no ha sido demostrada en el espacio. Para una prueba en órbita terrestre baja, los investigadores despliegan un telescopio con un pequeño parche de partículas, no más grandes que la tapa de una botella, para mostrar que puede ser atrapado y en forma para reflejar la luz. El siguiente paso sería realizar muchos de estos parches y sintetizar una apertura con la que hacer la imagen.

El proyecto representa una nueva aplicación de la "materia granular," materiales como granos de polvo, polvos y aerosoles. Dichos materiales son muy ligeros, se pueden producir a bajo costo y podrían ser útiles a la comunidad de exploración espacial. En este proyecto en particular, el "brillo" puede ser diminutos gránulos metálicos recubiertos de plástico, cuarzo o algún otro material.

El Orbitandor arco iris está actualmente en fase II desarrollo a través del programa innovador avanzados conceptos (NIAC) de la NASA. Fue uno de cinco propuestas de tecnología elegidas para el estudio continuo en 2014. En la fase actual, arco iris en órbita los investigadores están realizando en tierra pequeños experimentos para demostrar cómo granulares materiales pueden manipularse mediante láser y simulaciones de cómo se comportaría el sistema de imagen en órbita.

NIAC es un programa de la tecnología del espacio de la dirección de la NASA de misiones, ubicada en la sede de la agencia en Washington. JPL es administrado por el California Institute of Technology de la NASA.

 

"Courtesy NASA/JPL-Caltech."

 

Elizabeth Landau
NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-6425
Elizabeth.Landau@jpl.nasa.gov

Traducción: El Quelonio Volador