Un telescopio planetario usaría la atmósfera de la Tierra como una lente gigante

De la figura 12 del artículo: ejemplos de mapas de nubes elaborados a partir de los datos de la fracción de nubes efectiva, en función de la altitud El 'Terrascope': sobre la posibilidad de utilizar la Tierra como lente atmosférica

Los telescopios son dispositivos caros. El Telescopio Gigante de Magallanes, actualmente en construcción en el desierto de Atacama en Chile, tendrá un espejo de 25 metros a un costo de alrededor de mil millones de dólares. El Telescopio de Treinta Metros propuesto en Mauna Kea en Hawai costará aproximadamente $ 2 mil millones.

Los telescopios basados ​​en el espacio son aún más caros. El muy retrasado Telescopio Espacial James Webb que reemplazará al Hubble en 2021, que tiene un espejo de 6,5 metros, está costando más de $ 10 mil millones.

Entonces, los astrónomos están buscando nuevas formas innovadoras de obtener imágenes de los cielos que no le cuesten a la Tierra.

Ingrese a David Kipping en la Universidad de Columbia en Nueva York, quien hoy propone usar la atmósfera de la Tierra para enfocar la luz astronómica. Su idea es usar todo el planeta como una especie de lente gigante y colocar un telescopio espacial en el punto focal para tomar las imágenes. Este telescopio, el terrascopio, tendría el poder de captación de luz de un telescopio de 150 metros en la Tierra a una fracción del costo.

Primero algunos antecedentes. Los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que la atmósfera desvía la luz que la atraviesa. Un sol poniente está un poco más de medio grado por debajo de lo que parece como resultado de este efecto, escribe Kipping.

Su idea es aprovechar este efecto a escala planetaria. Un observador a una distancia de aproximadamente la separación Tierra-Luna o más allá podría explotar la Tierra como una lente refractiva, escribe.

Tal lente sería compleja. Así que Kipping ha pasado algún tiempo estudiando y simulando sus propiedades y cómo podrían explotarse en un terrascopio gigante. Los desafíos son muchos.

Para empezar, la atmósfera desvía o refracta la luz de las estrellas a medida que pasa. Pero la cantidad de refracción depende de la densidad de la atmósfera, que varía con la altitud sobre la superficie. Entonces, la luz que roza la atmósfera superior se refracta menos que la luz que pasa más profundamente en la atmósfera.

Pero varios factores limitan la profundidad con la que la luz puede sumergirse en la atmósfera. La más obvia es que la luz debe evitar la Tierra misma. Pero las nubes también absorben la luz, por lo que cualquier luz refractada debe estar lo suficientemente alta sobre la superficie para evitarlas.

Otro factor importante es que la atmósfera, y los aerosoles y demás que contiene, absorben luz a frecuencias específicas. Así que Kipping ha tenido que calcular cuánto podría perderse en este proceso.

La atmósfera también brilla débilmente, lo que podría sofocar la luz de fuentes astrofísicas distantes. Este resplandor del aire, resultado de procesos como la recombinación de moléculas que se disocian con la luz solar, significa que el cielo nocturno nunca está completamente oscuro.

Pero Kipping señala que la mayor parte de esta luz podría ser bloqueada por un coronógrafo, esencialmente un pequeño disco en el terrascopio que bloquea la luz del cuerpo de la Tierra e incluso de los tramos inferiores de la atmósfera, donde no se producen lentes útiles.

Otra variable es que la atmósfera se expande o se contrae cuando hace más calor o más frío. Eso cambiaría la distancia focal del terrascopio. Por lo tanto, sería importante encontrar la órbita óptima para el dispositivo.

Kipping estudia todos estos efectos y más. Sus cálculos sugieren que un telescopio espacial de un metro que orbite a una distancia de 360.000 kilómetros, es decir, un poco más cerca que la luna, sería óptimo. Un dispositivo de este tipo debería recoger la luz que se ha sumergido no más de 14 kilómetros en la atmósfera de la Tierra y, por lo tanto, permanecer muy por encima de las nubes.

Con el planeta actuando como una lente, la luz enfocada se amplificaría por un factor de 45.000 durante un tiempo de exposición de 20 horas. Eso es equivalente a la amplificación lograda por un telescopio terrestre con un diámetro de 150 metros.

Kipping concluye que un terrascopio tiene un potencial significativo. Si bien no calcula el costo de una máquina de este tipo, sugiere que un telescopio de 100 metros en la Tierra costaría alrededor de $ 35 mil millones, una cantidad que excede el presupuesto combinado de la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.

¿Sería posible construir, lanzar y operar un telescopio de un metro a una distancia de 360.000 kilómetros por menos?

Probablemente. Uno de los observatorios más exitosos de los últimos años ha sido el Telescopio Espacial Kepler, que buscó y encontró numerosos planetas similares a la Tierra que orbitan alrededor de otras estrellas. Esto orbitaba alrededor del sol en lugar de la Tierra, a más de 150 millones de kilómetros de casa. La misión duró nueve años, hasta que se quedó sin combustible y costó apenas 550 millones de dólares.

Si esos números sirven de referencia, un terrascopio podría ofrecer una excelente relación calidad-precio.

Ref: arxiv.org/abs/1908.00490 : El 'Terrascope': sobre la posibilidad de utilizar la Tierra como lente atmosférica

esconder