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 Es posible que se detenga el desarrollo de telescopios astronómicos cada vez más grandes debido a limitaciones de financiación, ingeniería y geometría básica.


Piénselo: los astrónomos consideran poco el Telescopio Espacial Hubble.


El público en general cree que el Hubble es uno de los telescopios más grandes jamás construidos porque ha capturado fotografías durante 30 años con un nivel de detalle y profundidad que los telescopios terrestres simplemente no pueden igualar. Esto puede resultarle una sorpresa.


La anchura de su espejo, sin embargo, es de sólo 2,4 metros. No es una cantidad enorme. Incluso el JWST más reciente, que ahora captura imágenes que dejan boquiabiertos a los astrónomos, tiene un espejo de 6,5 metros de ancho, lo que simplemente lo ubica en la categoría de mediano a grande. El uso de cohetes para transportarlos a la órbita impone naturalmente limitaciones al peso de estos telescopios. El Very Large Telescope de Chile tiene un espejo de 8,2 metros de diámetro, mientras que los telescopios gemelos Keck de Hawai tienen unos gigantescos 10 metros de ancho. Hay telescopios considerablemente más grandes en la Tierra. Actualmente se están construyendo varios telescopios de gran tamaño, como el Telescopio de Treinta Metros en Hawaii y el Telescopio Gigante de Magallanes en Chile. El primero cuenta con siete espejos de 8,4 metros, con un espejo único adicional equivalente de 22 metros de ancho.


Además, el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) que está construyendo el Observatorio Europeo Austral es el telescopio más grande que se encuentra actualmente en proceso. Se espera que esté terminado en 2028 y tendrá un diámetro asombroso de 39 metros. En términos de luz visible e infrarroja, eclipsará a todos los demás telescopios en la Tierra o sobre ella.


Si ELT no es el edificio más grande jamás construido, bien podría serlo. Los ingenieros, la inflexibilidad de las leyes geométricas y, naturalmente, el dinero son los factores principales.


La limitación del tamaño de los telescopios gigantes se verá muy afectada por este último punto. Por la misma razón que un cubo de lluvia recoge agua, los astrónomos a veces se refieren a los telescopios como "cubos de luz" cuando describen cómo recogen la luz del cielo. Un balde más grande te permitirá recoger más lluvia. Muy poca luz procedente de objetos distantes y tenues llega a la Tierra. En teoría, los telescopios más grandes pueden observar objetos más débiles, galaxias más alejadas y estrellas más viejas porque recogen más luz. Ahora que hemos visto casi todos los objetos celestes brillantes después de años de observación, la próxima frontera en astronomía es encontrar los más débiles.


Una mejor resolución, o la capacidad de percibir detalles minúsculos, es un beneficio adicional de los telescopios más grandes. Con un telescopio dos veces más ancho se pueden detectar la mitad de detalles. Esto implica percibir las galaxias lejanas como algo más que simples puntos débiles.


Por estas razones, los astrónomos siempre desean telescopios más grandes. El problema surge cuando las dimensiones superan un umbral específico, que es de aproximadamente 8 metros de ancho. Fundir, pulir y utilizar un espejo telescópico monolítico de una sola pieza se convierte en un enorme desafío; el costo de construir una estructura por sí sola para soportar su enorme peso se vuelve insostenible. Un telescopio de diez metros pesará cuatro veces más que uno de cinco metros de ancho porque su área (4 veces el cuadrado del diámetro) aumenta con el diámetro del telescopio (4 veces el área).


Los astrónomos han recurrido a espejos segmentados, que esencialmente fusionan varios espejos más pequeños en uno solo más grande, para sortear este obstáculo. Los hexágonos se utilizan comúnmente porque se pueden colocar fácilmente en enormes matrices; JWST es un ejemplo de esto. Para asegurarse de que se fusionen con la mayor precisión posible, coloque pequeños motores en la parte trasera para inclinar estas porciones. Además de poder superar la borrosidad causada por la atmósfera terrestre, estos espejos también pueden ser bastante delgados y cambiar de forma según sea necesario. Como el aire es una sopa gaseosa caliente, curva y dispersa la luz del universo, razón por la cual las estrellas parecen brillar. Sin embargo, los segmentos del espejo se doblan en milisegundos mediante el uso de sensores y actuadores extremadamente complejos para aliviar esta turbulencia y mejorar así la resolución del telescopio. Para lograr una calidad de imagen comparable a la del Hubble y el JWST, los telescopios terrestres utilizan ahora con frecuencia este método de "óptica adaptativa".


El enorme tamaño del ELT es el resultado del uso de 798 segmentos de espejo separados. Con la ayuda de sensores y una computadora, cada uno de estos robots de 1,4 metros de ancho podrá cambiar de forma y moverse con facilidad.


El alto precio del sistema no es sorprendente; En 2023, el costo de referencia general esperado para ELT era de alrededor de $1,5 mil millones. Además, la ingeniería de este enorme monstruo es de última generación. Es necesaria una enorme cúpula de 80 por 88 metros y sostenida por amortiguadores para amortiguar las vibraciones.


Debido a esto, el ELT es muy probablemente el telescopio terrestre más grande jamás construido. Algún día se podría construir algo un poco más grande, pero cualquier cosa realmente más grande incurriría en costos que serían muchas veces más grandes. veces mayores y traen consigo problemas de ingeniería que son proporcionalmente mayores. En realidad, el plan original del ELT era construir el OverWhelmingly Large Telescope (OWL), que habría tenido unos enormes 100 metros de ancho. Sin embargo, después de una extensa deliberación, un grupo de astrónomos determinó que un haz más estrecho, de 39 metros, sería adecuado.


¿Son necesarios telescopios más grandes? Para que pudiera satisfacer las demandas científicas de la comunidad astronómica, el ELT se dimensionó en consecuencia. Uno de ellos fue la capacidad de mirar hacia el pasado, hasta el período en que nacieron las galaxias, y otro fue la obtención de imágenes directas de exoplanetas vecinos, incluidos mundos del tamaño de la Tierra, a la distancia correcta de sus estrellas para tener agua líquida. Se podrían lograr mayores capacidades astronómicas con telescopios más grandes, pero por el momento, ELT está liderando el camino. Si bien en teoría esto podría allanar el camino para telescopios aún más grandes en el futuro, su momento aún no ha llegado.


Es posible que ese futuro se posponga aún más. La interferometría es una alternativa que los astrónomos vienen utilizando desde hace décadas; Implica combinar datos de radiotelescopios a grandes distancias para crear la ilusión de una resolución de telescopio mucho mayor. El Telescopio Event Horizon, un radiointerferómetro, ha estudiado el agujero negro central de la Vía Láctea y la galaxia M87. Al vincular telescopios de todo el planeta, se crea un observatorio del tamaño de la Tierra.


Aunque pueda parecer maravillosa, la interferometría presenta dos desafíos cuando se utiliza para observaciones con luz visible. Una parte importante de las observaciones astronómicas es poder observar fuentes tenues; sin embargo, esto sigue siendo un problema ya que no aumenta el área de los telescopios individuales. Además, el espectro de luz visible tiene un rango de frecuencia significativamente mayor que el de las ondas de radio, lo que dificulta la combinación de datos. Si bien la interferometría de luz visible se ha logrado con telescopios muy próximos entre sí (por ejemplo, el interferómetro del Very Large Telescope emplea cuatro telescopios de 8 metros separados por unas pocas docenas de metros), las líneas de base más largas son teóricamente factibles, pero presentan desafíos formidables, que requieren precisión de medición en la nanoescala. escala. Puede que haya menos necesidad de un telescopio aún más grande que el ELT si la interferometría de luz visible se vuelve factible con líneas de base más largas.


Sin embargo, si estuviera disponible un telescopio más grande, ¿lo desearían los astrónomos? Sí, claro. Sin mencionar que podría resultar más barato que un telescopio espacial mucho más ágil pero más pequeño.


Con suerte, en el futuro surgirán nuevas tecnologías que puedan ayudarnos a superar algunos de los obstáculos para construir un telescopio masivo de luz visible. En comparación con la Tierra, la gravedad reducida de la Luna y la ausencia de atmósfera la convertirían en un lugar ideal para observatorios. Por ejemplo, la cara oculta de la Luna, alejada de la interferencia de la Tierra, puede albergar un radiotelescopio de un kilómetro de ancho escondido dentro de un cráter lunar. Si bien los radiotelescopios se construyen más fácilmente que los de luz visible, podría valer la pena considerar la construcción de un telescopio masivo en la Luna que pueda detectar la luz visible si estamos pensando en crear tales cosas allí. Aunque sea sólo un sueño, la tecnología tiene una manera de hacer posible lo imposible.


Manten una mente abierta. Si ELT es la estructura más grande jamás construida, probablemente seguirá siéndolo durante mucho tiempo. Sin embargo, tal vez no de forma indefinida.


Tenga en cuenta que Scientific American no siempre respalda las opiniones o análisis presentados en este artículo.

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