Telescopio lunar de espejo líquido (LLMT)

¿Por qué un telescopio en la luna?

 

El estudio de la radiación infrarroja (IR) proveniente del espacio es un campo de gran interés astronómico, por varias razones:

• ·         Muchas regiones del espacio no se pueden observar en el visible por la presencia del polvo cósmico, que es opaco en estos rangos espectrales; sin embargo, es transparente en el IR.

• ·         La espectroscopia de emisión o absorción en el infrarrojo es una técnica muy importante de caracterización de la composición de las sustancias que forman el espacio, como el de las atmósferas planetarias y gases interestelares.

• ·         La mayoría de la energía irradiada por los cuerpos celestes a baja temperatura es infrarroja, como la emitida por las superficies heladas de los planetas y asteroides.

• ·         La observación del desplazamiento al rojo cósmico que nos permite el estudio de las primeras estrellas y galaxias. La cosmología nos dice que desde el Bing Bang hasta nuestros días el espacio-tiempo ha estado en expansión. Esto implica un desplazamiento al rojo, es decir, a longitudes de onda más largas, de la radiación emitida por los astros, independientemente del desplazamiento al rojo por efectos Doppler y por efectos gravitatorios. La ley de Hubble dice que este este desplazamiento al rojo es proporcional a la distancia al cuerpo emisor. De forma que la radiación que nos llega ahora de los cuerpos más lejanos del espacio fue emitida mucho antes, debido a que la velocidad de la luz es finita y constante, presentando mayor desplazamiento al rojo.

El problema de la astronomía infrarroja desde la Tierra reside en que la atmósfera absorbe en grandes ventanas del infrarrojo (principalmente por el vapor de agua y el CO2). Una posibilidad sería la implantación de un telescopio lunar (LLMT-Lunar Liquid Mirror Telescope), donde la atmósfera es prácticamente insignificante debido a la baja gravedad. Además permitiría un diseño de espejo líquido en rotación (que adopta una curvatura parabólica por la fuerza centrífuga), imposible de realizar en los telescopios espaciales.

¿Por qué de espejo líquido?

La observación de los astros más lejanos necesita de telescopios de mayor sensibilidad y de mayor resolución. La clave reside en que a mayor tamaño de la lente mayor es tanto la sensibilidad como la resolución.

La idea original es la construcción de un LLMT cenital de larga exposición, para la observación del espectro infrarrojo cercano (1-5 micrómetros) y medio (5-30 micrómetros), con un diámetro del espejo de entre 20-100m (el Hubble tiene una apertura de 2,4 m y el futuro James Webb de 6,5 m) que permita observar cuerpos celestes entre 100 y 1000 veces menos luminosos que los detectables por los telescopios espaciales actuales, pudiendo detectar desplazamientos al rojo de z >7, siendo:

 

Otra ventaja es el poco peso de todo el telescopio de espejo líquido, permitiendo disminuir los costes de transporte, que son los dominantes en toda la operación

¿Por qué de líquido iónico?

Por lo tanto, los requisitos para un LLMT son: un líquido con bajo punto de fusión, para mantenerse líquido a la temperatura de la superficie lunar, que oscila entre 70K y 230K en los polos (en promedio 130K); con baja presión de vapor, para evitar la evaporación en condiciones de casi vacío (la presión atmosférica en la luna oscila entre y Pa); y alta reflectividad en el infrarrojo.

La última y reciente idea fue la utilización de líquidos iónicos (IL) como sustrato del espejo líquido, ya que son no volátiles (presión de vapor insignificante), la mayoría tienen baja temperatura de fusión, y presentan una alta viscosidad, que facilita el proceso de recubrimiento. Los primeros ensayos se aplicaron sobre 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulphate ([emim][EtOSO3]), pues era el que tenían disponible.

Los primeros test fueron prometedores, los resultados indicaban reflectividades sobre el 65%, mucho mejor que los otros casos anteriores en los que no se usaron IL, pero todavía lejos de ser suficientes. Vieron que la principal causa de esta baja reflectividad se debía a la difusión de las partículas de plata durante la deposición en vacío, formándose una capa de recubrimiento ancha y con arrugas. La difusión solo se producía durante la deposición, formándose un coloide superficial estable después de la misma. Según se indica, la solución la encontraron en el empleo de cromo, cuya densidad de nucleación es mayor y, por ello, más fácil de depositar sobre el IL, ya que la velocidad de crecimiento cristalino de la capa superficial es más rápida. Sobre esta capa de cromo se disponía la de plata, llegando en este caso a reflectividades superiores al 85%.

Queda claro que son necesarias más investigaciones en torno al tema para poder llegar a ver la construcción de un Telescopio Lunar de Espejo Líquido con líquidos iónicos en un futuro.

Referencias: 

"Metal Films Deposited on Liquids and Implications for the Lunar Liquid Mirror Telescope", Ermanno F. Borra, Omar Seddiki, Roger Angel, Daniel Eisenstein, Paul Hickson, Kenneth R. Seddon and Simon P. Worden, Nature vol. 447 (2007), pp. 979-981.

"A Lunar Infrared Telescope to Study the Early Universe", Borra, Worden, Roger Angel et al, The Astrophysical Journal vol. 680 (2008), p. 1582.

"The Case for a Liquid Mirror in a Lunar-Based Telescope", Ermanno F. Borra, The Astrophysical Journal vol. 373 (1991), pp. 317–321.

"Liquid Mirror Telescopes: History", Brad K. Gibson, Journal of the Royal Astronomical Society of Canada vol. 85 (1991), no. 4, pp. 158–171.