NeoFronteras

Lentes de Fresnel espaciales

Área: Espacio — viernes, 16 de mayo de 2008

Una fina lámina metálica, actuando a modo de lente de Fresnel, podría permitir ver planetas extrasolares de tamaño terrestre.

Foto
Prototipo de lente de Fresnel en acero de 8cm. Foto: L Koechlin et al/OMP.

Proponen construir un telescopio espacial cuyo dispositivo óptico principal sea un lente Fresnel. Este sistema podría tener la resolución suficiente como para ver planetas de tipo terrestre alrededor de estrellas cercanas.
Los telescopios profesionales utilizan un espejo para poder enfocar la luz que nos llega del Cosmos. Pero éstos no tienen una resolución infinita. Incluso por encima de la atmósfera terrestre el diámetro de un espejo primario limita la resolución teórica alcanzada por el telescopio. Esto se debe a la difracción, un efecto que ocurre en los fenómenos ondulatorios. En los dispositivos ópticos sus bordes se convierten en emisores de ondas electromagnéticas que introducen ruido en la imagen final. Es el mismo fenómeno que nos permite escuchar algo que esté a la vuelta de una esquina aunque no tengamos una línea visual con el objeto emisor del sonido.
Por eso los telescopios son cada vez más grandes. A mayor tamaño del espejo primario mayor resolución y obviamente mayor capacidad de recoger luz.
Pero cuanto más grande es un espejo más peso tiene y más difícil es ponerlo en órbita. Una solución es usar espejos segmentados controlados electrónicamente y colocarlos sobre un bastidor. Otra solución es eliminar el bastidor y hacer que varios telescopios pequeños vuelen en formación con una precisión inaudita para que así actúen como uno individual. Esta última solución todavía no se ha realizado.
Ahora proponen una solución diferente para enfocar la luz sobre un foco. En lugar de usar lentes o espejos convencionales para esa meta se podría usar una ligera lente de Fresnel hecha a partir de una lámina metálica. Un satélite portaría esta lente y otro recogería la imagen formada por la lente en cuestión. La lente, a pesar de ser muy grande, sería muy ligera al ser muy fina. Con el tamaño suficiente este sistema sería capaz de visualizar planetas extrasolares de tipo terrestre.
Las lentes de Fresnel son conocidas desde hace mucho tiempo, concretamente desde que Augustin-Jean Fresnel las desarrollara en el siglo XIX. Se utilizan entre otras cosas para proyectores de transparencias o para concentradores en energía solar. Se basan precisamente en el fenómeno de la difracción.
En este caso, en lugar de evitar la difracción, se maximiza con el objetivo de enfocar la luz. Para ello, y en este proyecto del telescopio espacial, se grabaría un patrón especialmente diseñado de agujeros perforados sobre una lámina de metal.
Laurent Koechlin del Observatoire Midi Pyrénées en Toulouse (Francia) ha fabricado un prototipo a escala de este tipo de lente para demostrar la viabilidad de su uso como parte de un telescopio espacial. El sistema final consistiría en una fina lámina metálica sujeta por un marco especial a un satélite artificial. La cámara y el instrumental estarían instalados en otro satélite a cierta distancia del primero para registrar las observaciones.
Como la lámina sería muy ligera para un área muy extensa sería muy barato lanzar al espacio lentes de grandes diámetros. La capacidad de recolección de luz no sería muy potente, pues solamente recogería un 10% de la luz incidente, aunque podría observar tanto en el visible como en el infrarrojo o el ultravioleta.
Una lente de Fresnel de 30 metros sería capaz de resolver planetas de tamaño terrestre a 30 años luz de distancia de nuestro sistema solar. El análisis de su espectro nos daría además pistas sobre la posibilidad de que pudieran albergar vida.
Otras aplicaciones del telescopio serían las observaciones de galaxias jóvenes lejanas en el borde del Universo, o la toma de imágenes de objetos de nuestro propio sistema solar.
La lámina se podría plegar o enrollar y lanzarse así al espacio en donde se desplegaría para su uso.
El equipo de Koechlin propone ya una misión de prueba a la ESA en la que se demuestre la viabilidad de la idea con una lente de Fresnel de 3,6 metro de tamaño.
Entre las dificultades que hay que sortear está el vuelo en formación de los dos satélites que, debido a las restricciones ópticas del sistema, deben de estar separados una distancia kilométrica entre sí. La alineación entre el objeto a observar, la lente de Frenel y la cámara debe de ser casi perfecta para poder captar la imagen. Además la precisión en el plano focal debe de ser como mínimo de un milímetro. A distancia por encima o por debajo de ese milímetro la imagen estaría fuera de foco.
Para poder observar cada objeto habría que maniobrar hasta conseguir la configuración adecuada y la precisión requerida. En la misión propuesta se podrían llegar a observar 10.000 objetos diferentes.
Otra dificultan es que el punto de foco depende de la longitud de onda, por lo que habría que filtrar las longitudes de onda para las que no se desea hacer la observación antes de que éstas (y que portan una imagen desenfocada) lleguen a la cámara.
Otra aproximación al problema es la que pretende utilizar Marc Kuchner del Goddard Space Flight Center. En este caso uno de los satélites portaría una “sombrilla” que enmascararía la luz brillante de la estrella del sistema a observar y utilizar un telescopio espacial de tecnología tradicional para observar.
Aunque la lente de Fresnel puede ser más grande, su despliegue puede ser difícil. También habría que tener en cuenta el empuje del viento solar sobre ella, que actuaría como una vela solar debido a su gran tamaño. Además reflejaría luz solar en su parte posterior, por lo que requeriría también de una sombrilla.
Obviamente se necesitan hacer investigaciones previas antes de embarcarse en un proyecto así. Para probar la viabilidad de la idea, Koechlin y sus colaboradores han fabricado un prototipo de lente de Fresnel del tamaño de una tarjeta de crédito (ver foto). Su próximo paso es fabricar otra de 20 cm y montarla a modo de telescopio para observar objetos astronómicos.

Fuentes y referencias:
Noticia en New Scientist.

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