La maravilla de la óptica adaptativa

En el año 1953 un astrónomo llamado Horace W. Babcock (1912-2003) tuvo una idea: Eliminar las turbulencias atmosféricas para tener una visión del universo más nítida sin salir de nuestro planeta. Pero con la tecnología de aquella época, ese proyecto era inalcanzable, descabellado e ilusorio por lo que aquello estaba más cerca de la fantasía que de la realidad. Loco, descerebrado, mentecato… Es lo que seguramente le dijeron sus colegas cuando les contó su idea.

A día de hoy, 63 años más tarde de aquella idea, les puedo afirmar que no solo somos capaces de corregir las turbulencias atmosféricas sin salir de nuestro planeta, sino que también lo podemos hacer en tiempo real. Esto quiere decir que podemos medir la influencia de las turbulencias atmosféricas en un instante dado, aplicar una correción, volver a medir en el instante siguiente y reajustar para adaptar el sistema a las nuevas condiciones. A esto se le conoce como óptica adaptativa y ha revolucionado las observaciones basadas en tierra. Los astrónomos sintieron algo así como cuando te das cuenta de que tienes las gafas sucias y las limpias: ¡el mundo se abre ante ti!

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El planeta Neptuno en falso color observado con el telescopio Keck, de 10 m de espejo primario, en la banda de metano. A la izquierda, la imagen obtenida con el sistema de óptica adaptativa. A la derecha, imagen sin corregir. Fuente: IAC.

La primera óptica adaptativa

Se ha avanzado mucho desde que en 1989 el ESO (Observatorio Europeo Austral) comenzara con sus primeras pruebas de óptica adaptativa. Y el mecanismo de funcionamiento es muy sencillo: solo necesitamos una estrella virtual que obtendremos mediante un láser que emite una longitud de onda determinada que hace brillar los átomos de sodio de la atmósfera cuando el haz láser pasa sobre ellos. Cuando analicemos la luz procedente de esa estrella virtual, tendremos un patrón muy determinado de las turbulencias atmosféricas en cada instante.

Ahora viene lo complicado: eliminar las turbulencias. ¿Cómo se procede? Estarán de acuerdo conmigo que eliminar parte de la atmósfera es complicado, así que no nos queda otra opción que modificar la óptica cada vez que las condiciones atmosféricas cambien, tomando como patrón el obtenido tras el análisis de la estrella virtual en cada instante. Y por eso este método se llama óptica adaptativa (y no destrucción parcial de la atmósfera).

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Comparación de dos imágenes de Urano en la banda H. A la izquierda sin corrección por óptica adaptativa, a la derecha con corrección por óptica adaptativa utilizando el láser GLAS. El punto situado abajo a la izquierda es el satélite de Urano llamado Miranda. Créditos: René Rutten, Javier Méndez, equipo de GLAS.

Controlando la turbulencia

Para llevar a cabo esa adaptación de la óptica la opción más sencilla sería tener una rueda con diferentes espejos y dependiendo de la turbulencia existente, cambiarlo por el que mejor se adapte. Pero como verán, esto conlleva tres inconvenientes fundamentales, además de otros muchos otros. A saber:

  • Se debería de tener una gran cantidad de espejos para cubrir las necesidades observacionales que nos presenten los patrones de turbulencias.
  • Si un espejo de telescopio ya es caro de por sí, el precio aumentaría con la cantidad de espejos que quisiéramos disponer.
  • Al cambiar un espejo por otro junto a las correspondientes pruebas de posicionamiento, se perdería un valiosísimo tiempo de observación.

Descartando esa idea, lo que se está llevando a cabo es crear espejos deformables sostenidos sobre una estructura controlada por ordenador que es la que se encarga de ajustar las variaciones en todo el espejo y adaptarla a las condiciones que presentan las turbulencias. La última novedad de esta técnica la presentó esta misma semana el ESO con un sistema que en lugar de generar una estrella virtual, genera cuatro con un sistema llamado 4LGSF (Four Laser Guide Star Facility), aumentando así la fiabilidad de la corrección. Esto ya no se puede comparar con limpiarte las gafas; son palabras mayores comparables con… por ejemplo, ¡la visión de rayos X de Superman!

On 26 April 2016 an event at ESO’s Paranal Observatory in Chile marked the brilliant first light for the four powerful lasers that form a crucial part of the adaptive optics systems on ESO’s Very Large Telescope. Attendees were treated to a spectacular display of cutting-edge laser technology against the majestic skies of Paranal. These are the most powerful laser guide stars ever used for astronomy and mark the first use of multiple laser guide stars at ESO. This spectacular image shows the four beams emerging from the new laser system on Unit Telescope 4 of the VLT.

Los cuatro láseres del 4LGSF instalados en el telescopio unitario 4 del VLT del Observatorio Paranal. Créditos: ESO/F. Kamphues (tamaño original).

Y para terminar, un símil

Yendo a un plano más terrenal, la óptica adaptativa se correspondería, por ejemplo, con el hecho de tener unas gafas que emitiesen un laser que iluminara el fondo de una piscina y dependiendo de cómo recibiéramos el punto del láser, las lentes de nuestras gafas se deformarían para ver el fondo de la piscina de una forma nítida. Si por ejemplo, alguien se tirase a la piscina, nuestras gafas corregirían en tiempo real el efecto de las olas producidas por el chapuzón para que siguiéramos viendo nítidamente el fondo.

Lo bueno de todo esto es que la óptica adaptativa no se ha limitado al campo de la astronomía, sino que, por ejemplo, en oftalmología han utilizado estas técnicas para examinar la retina evitando de esta forma las propias aberraciones del ojo humano, pudiendo hacer un análisis con una nitidez nunca antes vista, y con todo lo que eso conlleva para una buena calidad de vida. Así que, aunque todavía no tengamos la visión de rayos X de superman o las gafas para ver el fondo de la piscina, ya podemos asomarnos al universo desde la Tierra y apreciarlo como si estuviéramos en el espacio.

Referencias

  • eso1613 (2016). “Four Lasers Over Paranal”. Organisation Release (Ver).
  • eso1613es (2016). “Cuatro láseres sobre Paranal”. ESO Comunicado Institucional (Ver).

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