Espejo segmentado

Un espejo segmentado es un conjunto de espejos más pequeños diseñados para funcionar como segmentos de un único espejo curvo de gran tamaño . Los segmentos pueden ser esféricos o asimétricos (si forman parte de un reflector parabólico más grande ^{[ 1 ]} ). Se utilizan como objetivos para grandes telescopios reflectores . Para su funcionamiento, todos los segmentos del espejo deben pulirse con precisión y alinearse activamente mediante un sistema de óptica activa controlado por ordenador que utiliza actuadores integrados en la celda de soporte del espejo .

El concepto fue impulsado por Guido Horn D'Arturo , quien construyó el primer espejo segmentado funcional en 1952, después de veinte años de investigación; ^{[ 2 ]} Posteriormente fue redescubierto de forma independiente y desarrollado aún más bajo el liderazgo del Dr. Jerry Nelson en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de California durante la década de 1980 , y desde entonces todas las tecnologías necesarias se han extendido por todo el mundo hasta el punto de que prácticamente todos los futuros grandes telescopios ópticos planean utilizar espejos segmentados.

Existe un límite tecnológico para los espejos primarios hechos de una sola pieza rígida de vidrio. Estos espejos no segmentados, o monolíticos, no pueden construirse con un diámetro mayor a unos ocho metros. Los espejos monolíticos más grandes en uso actualmente son los dos espejos primarios del Gran Telescopio Binocular , cada uno con un diámetro de 8,4 metros. Por lo tanto, el uso de espejos segmentados es un componente clave para los telescopios de gran apertura . ^{[ 3 ] [ 4 ]} El uso de un espejo monolítico mucho mayor de 5  metros es prohibitivamente caro debido al costo tanto del espejo como de la enorme estructura necesaria para soportarlo. Un espejo de mayor tamaño también se combaría ligeramente bajo su propio peso al girar el telescopio a diferentes posiciones, ^{[ 5 ] [ 6 ]} cambiando la forma precisa de la superficie. Los segmentos también son más fáciles de fabricar, transportar, instalar y mantener que los espejos monolíticos muy grandes.

Los espejos segmentados presentan el inconveniente de que cada segmento puede requerir una forma asimétrica precisa y dependen de un sistema de montaje complejo controlado por ordenador. Además, todos los segmentos provocan efectos de difracción en la imagen final.

Otra aplicación de los espejos segmentados se encuentra en el sector de la realidad aumentada para minimizar el tamaño de los componentes ópticos. Tooz utiliza una matriz de espejos segmentados parcialmente reflectantes para extraer la luz de sus guías de luz, que se emplea como elemento óptico de gafas inteligentes . ^{[ 7 ]}

Algunos de los telescopios ópticos más grandes del mundo utilizan espejos primarios segmentados. Entre ellos se incluyen, pero no se limitan a, los siguientes telescopios:

Telescopios Keck

Los telescopios gemelos Keck son los más destacados de los observatorios de Mauna Kea, ubicados a una altitud de 4145 metros (13 600  pies) cerca de la cima de Mauna Kea en Hawái , Estados Unidos. Ambos telescopios cuentan con espejos primarios de 10 metros (33 pies) .  

Telescopio espacial James Webb

Los 18 segmentos de espejo del Telescopio Espacial James Webb fueron fabricados en su mayoría en 2011. ^{[ 11 ]} El telescopio espacial fue lanzado por un Ariane 5 desde el Centro Espacial de Guayana el 25 de diciembre de 2021. ^{[ 12 ]}

Segmentos de espejo del telescopio espacial James Webb

Segmentos de espejo hechos de berilio

Pruebas criogénicas en el MSFC

Segmento después de haber sido recubierto de oro

Tres telescopios de gran tamaño serán la próxima generación de telescopios de espejos segmentados y se prevé que entren en funcionamiento en la década de 2020. El Telescopio Gigante de Magallanes utiliza siete grandes segmentos y se agrupa con los telescopios de espejos segmentados o bien constituye su propia categoría. El Telescopio de Treinta Metros se construirá en los Observatorios de Mauna Kea en Hawái, aunque su construcción está paralizada. Este utilizará 492 segmentos hexagonales. El Telescopio Extremadamente Grande será el mayor de los tres, con un total de 798 segmentos para su espejo primario. Se espera que su primera luz se genere en 2028. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Imágenes conceptuales de ELT

Telescopio extremadamente grande

Telescopio de treinta metros

Telescopio Gigante Magallanes

• Lista de los telescopios reflectores ópticos más grandes
• Conjunto de telescopios Cherenkov

• Nelson, Jerry (2005). «Telescopios de espejos segmentados» . En Foy, Renaud; Foy, François-Claude (eds.). Óptica en astrofísica . Springer Science+Business Media. pp. 61–72 . ISBN  978-1-4020-3437-4.