Esrellita, donde estas?

La canción de la estrellita es un clásico infantil; que describe como esta cambia su brillo (”twinkle, twinkle little star”). Esta descripción sobre las estrellas tiene una connotación que, desde el punto de vista de la astrofísica y astronomía, es un gran problema.

Muy probablemente te es familiar esta canción…

ESTRELLITA ¿DONDE ESTÁS?
ME PREGUNTO QUIÉN SERÁS.
EN EL CIELO O EN EL MAR
UN DIAMANTE DE VERDAD.

Ciertamente un clásico de las canciones infantiles, originalmente creada en Inglés (”twinkle, twinkle little star”), y con diversas variantes en su traducción al español; esta canción románticamente describe el encandilante centelleo que exhiben las estrellas en el cielo nocturno. Efecto hipnótico y fascinante que, de hecho no tiene nada que ver con las estrellas.

Siento mucho romper la ilusión de esta canción; más este efecto es de hecho causado por una distorsión de la luz que recibimos de las estrellas debido a la atmósfera de la tierra, y aunque hace del cielo nocturno algo probablemente más interesante y romántico para unos, es un verdadero problema para la astronomía. Esta condición afecta la luz que recibimos de estos objetos en el espacio, distorsionando su imagen y con esto, limitando en cierta medida la nitidez y detalle en las imágenes que se capturan.

 

Distorsión atmosférica

La luz de estrellas y otros objetos en el espacio sufre una distorsión al entrar a la tierra debido a los efectos de la atmosfera, dado a su constante movimiento y diferente composición. Esto impacta la habilidad de los telescopios para poder resolver claramente la imagen de estos objetos del espacio. Este efecto es similar al que observamos cuando un objeto como una roca o una moneda está bajo el agua; Al observarla desde afuera del agua, podemos notar como la forma del esta roca o moneda es distorsionada debido a la refracción que sufre la luz al cruzar la superficie irregular y cambiante del agua; este es el mismo efecto atmosférico que produce las fluctuaciones de intensidad de la luz que notamos como centelleo en las estrellas.

Piedrecillas bajo el agua.

Piedrecillas bajo el agua. (kr.123rf.com)

Aunado a este problema se tienen otras dificultades como absorción y dispersión.

Absorción: La composición de la atmósfera causa que ciertas frecuencias no lleguen a la superficie de la tierra, pues se absorben por ciertos compuestos en esta, un ejemplo típico (y benéfico para nosotros), es la absorción de rayos ultravioleta por parte de la capa de ozono en la atmósfera.

Dispersión: la luz se dispersa por el polvo y vapor de agua en la atmósfera, esto causa que ciertas frecuencias de luz que son susceptibles a estos elementos no lleguen a la tierra (al menos al nivel del mar). Podemos notar este efecto con las luces de un automóvil al viajar en un área con niebla, en estas condiciones podemos ver como la luz ilumina toda el área frente nosotros, y en todas direcciones; no solo en la carretera donde circulamos.

Obviamente, esto ha sido uno de los problemas que han causado dificultades en la historia de la astronomía, y aun cuando la resolución y cualidades de los instrumentos de observación ha mejorado continuamente, estos efectos aún causan dificultades.

 

Una solución

Uno de los más importantes y exitosos métodos para poder evitar este problema, fue el considerar el uso de telescopios espaciales. El ejemplo mas conocido es el ciertamente el del Telescopio espacial Hubble (que en mi opinión debería ser llamado observatorio espacial Hubble, pues este no es solamente un telescopio, dado que este cuenta con diferentes instrumentos y medios de observación y análisis, aunado a sus equipos en tierra).

Estos instrumentos espaciales eliminan por completo los problemas causados por la distorsión atmosférica, y aunque es en sí esta es una opción difícil de implementar, sus resultados son algo literalmente ”fuera de este mundo”, con ejemplos como los del Hubble con sus observaciones de campo profundo; el observatorio de rayos X Chandra, el sistema insignia para observaciones de radiación de alta energía; el telescopio espacial de radiación infrarroja Spitzer, con el cual se han descubierto múltiples estrellas con planetas, incluyendo el caso del sistema Trappist-1, con siete planetas detectados; y también el ejemplo del WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), sonda que genero el detallado mapa de la radiación cósmica de Microondas, el resplandor del Big Bang; Podemos notar que sus ventajas son indiscutibles.

Néubula de Cassiopeia, combinando imágenes del Chandra, Hubble and Spitzer

Néubula de Cassiopeia, combinando imágenes del Chandra, Hubble and Spitzer (nasa.org)

 

Mas opciones

Mas los equipos de observatorios en tierra no se quedaron frustrados con su suerte de vivir en un planeta con atmósfera. Volviendo al tema del centelleo de las estrellas, este efecto se acentúa al intentar hacer observaciones de áreas y objetos más y más pequeños, donde la limitante es la impuesta por la observación en sí, y no por el instrumento, esto es denominado “limitación de vista”.

La solución a este problema de limitación de vista es, primero, construir observatorios en áreas donde los efectos atmosféricos son disminuidos; lugares tales como Mauna Kea en Hawaii y el desierto de Atacama en la región de los Andes en Chile son dos de las locaciones favoritas. Dada su altura y locación, estos sitios están por encima de los efectos climáticos y de  gran parte de la atmósfera; estos lugares, por su ubicación, que generalmente están en medio del océano o cercanos a costas occidentales, reciben un flujo de aire que mantiene estas zonas libres de polución y humedad.

La ventaja de los telescopios espaciales sobre los terrestres también se está reduciendo conforme se perfeccionan técnicas y sistemas como los de óptica adaptiva e interferometría; la primera es una técnica para compensar ópticamente la distorsión causada por la atmosfera, calculando esta distorsión y compensando esta con espejos deformables para así contrarrestar su efecto. La interferometría por otra parte, es la combinación de dos o más telescopios con espejos de un diámetro menor para tener la resolución de un telescopio mucho mayor, con diámetro equivalente a la distancia total que separa estos telescopios.

Ejemplo de óptica adaptiva

Ejemplo de óptica adaptiva (atnf.csiro.au)

Actualmente El VLT (Very Large Telescope Array), es el observatorio terrestre mas grande, este usa todas las opciones mencionadas, este está localizado en el cerro Paranal en Chile, y es un grupo de cuatro telescopios con espejos de 8.2 metros de diámetro, que pueden ser usados individualmente o combinados, y hace uso de un sistema de óptica adaptativa de vanguardia.

Otros telescopios con espejos de diámetro mayor y técnicas de compensación similares están en operación o en construcción, casos como el SALT (Southern African Large Telescope), con un espejo de 11 metros de diámetro, (espejo compuesto de 91 espejos hexagonales individuales de 1 metro de diámetro), localizado cerca de Ciudad del Cabo en Sudáfrica; o el E-ELT (European Extremely Large Telescope), el que, cuando sea terminado alrededor de 2024, contara con un espejo compuesto equivalente a 39 metros de diámetro, este último se está construyendo en el cerro Armazones igualmente en el desierto de Atacama en Chile.

Observatorio VLT del ESO

Observatorio VLT del ESO (wikimedia.org)

 

El futuro de la astronomía y astrofísica

Comparando estos nuevos telescopios con la siguiente generación de telescopios espaciales, el telescopio espacial James Webb, que puede decirse que será es el reemplazo del telescopio espacial Hubble, tendrá un espejo primario de 6.5 metros, que será alrededor de una quinta parte de lo del E-ELT.

Comparación de espejos E-ELT vs. Telescopio espacial James Webb

Comparación de espejos E-ELT vs. Telescopio espacial James Webb y Hubble (twitter.com/futurism)

El futuro de la astronomía es prometedor, y aun con el centelleo de las estrellas, podremos contar con imágenes con increíble detalle, tanto en telescopios en tierra como en el espacio. Así que parece que la estrellita ya no podrá hacer uso de la atmósfera de la tierra para esconderse de nosotros.

Saludos, Alex
ScienceKindle!

 

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