Telescopios de espejo líquido en la Luna

En un futuro no muy lejano, podríamos tener telescopios
gigantescos en la Luna. Esto sería así gracias a un equipo de
astrónomos y ópticos que ha encontrado la manera de
construirlos utilizando espejos líquidos.

Octubre 9, 2008: Un equipo de astrónomos y ópticos conocidos en todo el mundo podría haber encontrado la manera de construir telescopios "increíblemente grandes" en la Luna.

"Es muy simple", dice Ermanno F. Borra, profesor de física en el Laboratorio de Óptica (Optics Laboratory, en idioma inglés), de la Universidad Laval, en Quebec, Canadá. "Isaac Newton sabía que cualquier líquido, si se lo hace girar en un receptáculo poco profundo, adopta naturalmente una forma parabólica —la misma forma que necesita el espejo de un telescopio para atraer la luz de las estrellas hacia un foco. Esta podría ser la clave para fabricar un observatorio lunar gigante".

Borra, quien ha estado estudiando telescopios de espejo líquido desde 1992, y Simon P. "Pete" Worden, ahora director del Centro de Investigaciones Ames (Ames Research Center, en idioma inglés), de la NASA, son miembros de un equipo que está tratando de desarrollar esta idea.

Derecha: Concepto artístico de un telescopio de espejo líquido giratorio en la Luna. Crédito de la imagen: Universidad de la Columbia Británica (University of British Columbia, en idioma inglés).

En la Tierra, se puede construir un espejo líquido bastante liso y perfecto si se mantiene su receptáculo en posición exactamente horizontal y si se lo apoya sobre un soporte de aire de baja fricción y de baja vibración, el cual gira mediante un motor síncrono, a una velocidad única y estable. "No es necesario que gire muy rápidamente", dice Borra. "El borde de un espejo de 4 metros de diámetro—el más grande que he hecho en mi laboratorio— viaja a sólo 4,8 km/h (3 millas por hora); o sea, a aproximadamente la velocidad de una caminata rápida. En la gravedad baja de la Luna, giraría aún más lentamente".

Para fabricar la mayoría de los telescopios de espejo líquido en la Tierra se ha utilizado mercurio. El mercurio permanece derretido a temperatura ambiente y refleja cerca del 75 por ciento de la luz que recibe; es prácticamente tan bueno como la plata. El telescopio de espejo líquido más grande en la Tierra, el Gran Telescopio Cenital (Large Zenith Telescope, en idioma inglés), operado por la Universidad de la Columbia Británica (University of British Columbia, en idioma inglés), en Canadá, mide 6 metros de un lado a otro —un diámetro 20 por ciento mayor que el famoso espejo de 5 metros (200 pulgadas) del telescopio Hale, en el Observatorio Palomar, ubicado en California. Sin embargo, cuando se lo terminó de construir en 2005, el telescopio de espejo líquido canadiense, similar al del Palomar, costó menos de un millón de dólares, lo cual constituye un bajo porcentaje del costo de un telescopio de espejo sólido del mismo diámetro y sólo una sexta parte del costo original del telescopio del Palomar, en 1948.

Esos aspectos económicos están haciendo que los astrónomos comiencen a pensar en los planes para un observatorio lunar.

"Nuestro estudio [con Borra] comenzó cuando yo aún era profesor de astronomía en la Universidad de Arizona, antes de que viniera a la NASA, en 2006", recuerda Worden. "El verdadero atractivo de esta propuesta es que podemos tener un telescopio increíblemente grande en la Luna".

No se puede trabajar el mercurio en la Luna: es muy denso y por lo tanto pesado para lanzar; además, es muy costoso y se evaporaría rápidamente cuando quedara expuesto al vacío lunar. Sin embargo, en los últimos años, Borra y sus colegas han estado experimentando con una clase de compuestos orgánicos conocidos como líquidos iónicos. "Los líquidos iónicos son básicamente sales derretidas", explica Borra. "Su tasa de evaporación es casi cero, así que no se evaporarían en el vacío lunar. También pueden permanecer en estado líquido a muy bajas temperaturas". Borra y sus colegas ahora están intentando sintetizar los líquidos iónicos que permanecen derretidos incluso a las temperaturas del nitrógeno líquido.

Abajo: El Gran Telescopio Cenital, de 6 metros, de la Universidad de la Columbia Británica, usa un espejo líquido para explorar el cielo. [Más información]

Mucho menos densos que el mercurio, los líquidos iónicos son apenas levemente más densos que el agua. Si bien no son altamente reflectantes por sí mismos, un espejo giratorio de un líquido iónico puede ser recubierto con una capa ultradelgada de plata como si fuera un espejo sólido. Lo más extraño de todo es que la capa de plata es tan delgada —sólo de 50 a 100 nanómetros— que en realidad se solidifica. En el vacío del espacio, un espejo líquido cubierto con una delgada capa sólida de plata no se evaporaría ni se empañaría.

No se puede inclinar un espejo líquido (es decir, moverlo de su posición horizontal) porque el líquido se derramaría, destruyendo de este modo el espejo. Pero eso no significa que un telescopio de espejo líquido no pueda ser enfocado. Diseñadores dedicados a la óptica están ahora experimentando con diferentes maneras de deformar electromecánicamente los espejos secundarios suspendidos sobre un espejo líquido —o incluso están probando diferentes maneras de deformar levemente el espejo líquido mismo— para apuntar hacia ángulos no verticales. Se utilizan técnicas similares para apuntar el gran radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico.

"Además", dice Borra, "si el telescopio está ubicado en cualquier lugar que no sean los polos exactamente, con cada rotación de la Tierra o de la Luna exploraría una banda circular de cielo. Y la rotación del eje de la Luna se mueve en un período de 18,6 años; de modo que en dicho período, el telescopio de hecho 'miraría' una región del cielo de buen tamaño".

Derecha: El radiotelescopio de 305 metros (1.000 pies) en Arecibo, Puerto Rico, no se mueve, pero aun así puede explorar una vasta porción del cielo usando espejos secundarios móviles. Un telescopio de espejo líquido podría emplear técnicas similares. [Más información]

Colocar un gran telescopio de espejo líquido cerca de los polos de la Luna resulta atractivo. El telescopio mismo podría estar ubicado cerca del fondo de un cráter que se encuentre permanentemente a oscuras, donde estaría a temperaturas criogénicas, lo cual resulta deseable para la mejor astronomía infrarroja. Sin embargo, se podrían colocar paneles solares en los picos de las montañas cercanas que están continuamente iluminadas con el fin de generar energía para mantener la rotación del espejo.

El hecho de que un telescopio de espejo líquido siempre "mira" directamente hacia arriba simplifica mucho su construcción y reduce la masa eliminando de este modo soportes pesados, engranajes y sistemas de control de enfoque, los cuales son necesarios para los telescopios orientables. "Todo lo que se necesita es el receptáculo para el espejo líquido mismo, el cual podría ser un dispositivo parecido a una sombrilla que se autodespliegue, con un soporte superconductor que prácticamente no tenga fricción, y un motor", dice Borra. Worden estima que todos los materiales para un telescopio lunar completo de 20 metros de diámetro pesarían "solamente unas pocas toneladas, de manera que podrían ser impulsados hacia la Luna en una misión sencilla del Ares 5, en la década de 2020". Los telescopios futuros podrían tener espejos de hasta 100 metros de diámetro —más grandes que un campo de fútbol.

"Un telescopio tan grande podría 'mirar' hacia atrás en el tiempo y remontarse al momento en el cual el universo era muy joven, es decir, cuando tenía apenas quinientos millones de años y se estaba formando la primera generación de galaxias y estrellas", exclamó Borra. "Posiblemente lo fortuito sea más excitante: las cosas nuevas que podríamos descubrir y que simplemente no esperamos".

Worden dice: "Colocar un telescopio gigante en la Luna ha sido siempre una idea de ciencia ficción, pero pronto podría convertirse en realidad".