El telescopio solar GREGOR - Instituto de … n avanzada Al llegar al laboratorio, la luz se...
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El telescopio solar GREGOR en el escenario de la investigacio n internacional
GREGOR es un telescopio alemán actualmente instalado en el Observatorio del Teide
del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en Tenerife. Con una apertura de 1,5 metros,
es actualmente el telescopio solar más grande de Europa y el tercero en dimensiones del
mundo. Además de su diámetro, su avanzada tecnología permitirá a la comunidad científica
–española, alemana e internacional- estudiar el Sol con un nivel de detalle sin precedentes
hasta la fecha. No sólo se podrán comprender mejor los procesos físicos que acontecen en
la mayoría de estrellas del universo, sino también resolver cuestiones terrenales: la
actividad solar afecta e incluso daña los satélites y las redes de energía de diferentes
regiones de la Tierra. Profundizar en su conocimiento puede ayudar a mitigar estos
problemas de alto impacto económico.
GREGOR ha sido diseñado para realizar observaciones de la fotosfera y cromosfera
solares con alta resolución espacial, espectral y temporal, tanto en el rango visible del
espectro como en el infrarrojo. Gracias a un novedoso sistema de óptica adaptativa, que
compensa las turbulencias atmosféricas, GREGOR logrará una calidad de imagen que,
hasta el momento, ningún telescopio solar terrestre había obtenido.
Una arquitectura singular
Al contrario de los telescopios solares tradicionales, el diseño de GREGOR es
completamente abierto para permitir que el aire circule libremente a través del telescopio y
refrigere su estructura y los espejos, eliminando así la turbulencia que se produce por el
calentamiento de todo el entorno del telescopio. La cúpula clásica ha sido sustituida por un
techo completamente retráctil que fue diseñado y construido en 2004 por la Universidad
Técnica de Delft (Países Bajos). Esta especial arquitectura exige una gran estabilidad
mecánica en la estructura del telescopio para eliminar las vibraciones producidas por el
viento, incluso en condiciones de fuerte viento.
El espejo primario, de 1,5m de diámetro, está hecho de una pieza extremadamente fina
de Zerodur®, un material especial que apenas sufre alteraciones al ser sometido a la
radiación solar y a los cambios de temperatura, evitando así que las imágenes se deformen.
Al haber sido fabricado con “Tecnología de materiales ligeros”, tiene un peso de solo 205
kilogramos. El espejo recibe además refrigeración activa por la parte trasera para evitar que
se recaliente debido a la luz solar que absorbe. De esta forma, puede mantenerse de
manera fiable a temperatura ambiente, con una variación máxima de una pequeña fracción
de grado.
La configuración óptica de GREGOR es de
tipo Gregory-Coudé –de ahí su nombre-, con
tres espejos cóncavos (M1, M2 y M3) que reflejan
la luz y forman la imagen, entre ellos, el espejo
primario (M1) de 1,5m que es el encargado de
colectar la luz. Otros espejos envían la luz hacia
el interior del edifico, al laboratorio óptico, en el
que se encuentra la instrumentación. La
estructura del telescopio se soporta en una
montura Alt-Azimutal que permite una precisión
en el apuntado de 0,25 segundos de arco. Este
tipo de montura permite mover el telescopio
sobre dos ejes perpendiculares, en torno al eje
vertical (movimiento en azimut) y al horizontal
(movimiento en altura o elevación).
Instrumentacio n avanzada
Al llegar al laboratorio, la luz se encuentra con un sofisticado sistema de óptica adaptiva
que compensa en tiempo real el deterioro de la imagen causado por las turbulencias en la
atmósfera terrestre. GREGOR es el primer telescopio solar que estará equipado con lo que
se denomina un sistema de óptica adaptativa multi-conjugada (MCAO, por sus siglas en
inglés), formado por varios espejos deformables que compensan un gran campo de visión
de aproximadamente 1 minuto de arco, por lo que permitirá ver una gran región de la
superficie solar con buena calidad óptica. Este sistema proporciona una imagen mucho más
nítida, clara y estabilizada a los instrumentos científicos de GREGOR que la imagen directa
o los sistemas clásicos de óptica adaptativa.
Actualmente, GREGOR cuenta con tres instrumentos para observaciones científicas del
Sol: un instrumento que obtiene imágenes de banda ancha y dos espectrómetros para medir
los campos magnéticos y los flujos de plasma a diferentes alturas en la atmósfera solar. Los
espectrómetros son complementarios entre sí, tanto en la forma en que observan el Sol,
como en el rango de longitudes de onda que cubren.
El sistema de imagen de banda ancha „Broad-band Imager‟, que ha sido construido
por el Instituto de Física Solar Kiepenheuer de Friburgo, es un instrumento que,
esencialmente, toma fotografías de la superficie solar para hacer investigación morfológica
de las estructuras a pequeña escala del Sol, a lo largo de todo el rango visible del espectro.
Además, tiene la posibilidad de analizar la calidad óptica del telescopio.
El instrumento „GREGOR Fabry-Pérot Interferometer (GFPI)‟ (interferómetro Fabry-
Pérot de GREGOR), que ha sido construido por los Institutos de Astrofísica de Göttingen y
Potsdam, se utiliza para obtener imágenes de banda muy estrecha de la superficie solar. Es
un espectro-polarímetro que permite obtener mapas de temperatura, velocidad del plasma
y campo magnético en la fotosfera y cromosfera solares. El rango de longitudes de onda
que analiza está comprendido dentro de la parte visible del espectro.
El tercer instrumento está formado por el „Grating Infrared Spectrograph (GRIS)‟, un
espectrógrafo de rendija larga que estudiará la atmósfera solar en el rango infrarrojo del
espectro, entre 1 y 2 micrómetros, y que funcionará conjuntamente con el polarímetro
infrarrojo TIP-II (Tenerife Infrared Polarimeter), ambos diseñados y desarrollados en el
Instituto de Astrofísica de Canarias. El conjunto será capaz de generar mapas detallados de
los campos magnéticos en la fotosfera y cromosfera solares.
La calidad de imagen que va a proporciona GREGOR, que se espera sea mejor que la
obtenida con los telescopios espaciales, junto con la espectro-polarimetría en el visible y en
el infrarrojo van a proporcionar datos únicos en el estudio de nuestra estrella.
El objeto de estudio
La Física Solar es una rama importante de la Astrofísica, siendo el punto de conexión
entre la física estelar y la física del medioambiente terrestre, así como de temas
fundamentales en física del plasma y física de las astropartículas. El Sol, prototipo de una
estrella de secuencia principal, es la única estrella en la que se puede estudiar la actividad
magnética y la convección con una resolución espacial y temporal que resulte útil. Esta es la
única forma de realizar pruebas fiables de las teorías sobre los procesos físicos que
gobiernan la superficie visible de las estrellas.
La atmósfera solar proporciona un gigantesco laboratorio donde estudiar los plasmas
bajo la influencia de la gravedad, la rotación y varios mecanismos de transporte de energía.
Los resultados obtenidos son de gran valor para aplicaciones técnicas, como los
generadores magnetohidrodinámicos (MHD). La radiación solar y los campos magnéticos
determinan las propiedades del entorno cercano a la Tierra. Las variaciones en las
propiedades solares pueden tener un enorme impacto en el clima, la biosfera e incluso en la
tecnología. El poder realizar predicciones fiables de dichas variaciones puede reducir el
efecto o prevenir algunas de sus consecuencias, pero ello requiere un conocimiento
exhaustivo de la física subyacente, y este solo puede obtenerse mediante observaciones
continuas y precisas. GREGOR va a constituir un componente de gran relevancia dentro de
la instrumentación requerida para alcanzar este objetivo.
GREGOR será el telescopio que no descansa: durante la noche, cuando no puede
observar el Astro Rey, GREGOR se usará para observar otras estrellas de nuestra galaxia.
Se dedicará principalmente a aquellos programas que requieren la monitorización regular de
objetos estelares, un aspecto observacional que a menudo no puede realizarse de forma
satisfactoria mediante telescopios exclusivamente estelares de mayor tamaño.
Colaboracio n Internacional
GREGOR ha sido construido por un consorcio alemán liderado por el Instituto de Física
Solar Kiepenheuer de Friburgo, con el Instituto de Astrofísica de Potsdam-Leibniz y el
Instituto de Investigación Solar Max Planck en Katlenburg/Lindau como socios. En él, han
participado también el Instituto de Astrofísica de Canarias (España), el Instituto de
Astrofísica de Göttingen (Alemania) y el Instituto Astronómico de la Academia de Ciencias
de la República Checa. Será accesible a la comunidad internacional de Física Solar
mediante acuerdos de cooperación y colaboraciones en proyectos, con lo que supondrá un
gran impulso para la Física Solar europea.
El coste total del telescopio GREGOR y de sus primeros instrumentos asciende a unos
12,85 M€. La mayor parte de dichos costes fue asumida por los institutos alemanes
asociados en el Consorcio: el Instituto de Física Solar Kiepenheuer de Friburgo (KIS), el
Instituto de Astrofísica de Potsdam-Leibniz (AIP), el Observatorio Universitario de Göttingen
(USG, hasta 2008) y el Instituto de Física del Sistema Solar Max-Planck en Katlenburg-
Lindau (MPS, desde 2009). A través de su participación en la financiación del Instituto de
Leibniz, el Ministerio Federal alemán de Educación e Investigación (BMBF) aportó unos 4,8
M€, el Estado de Baden-Württemberg contribuyó con unos 2,5 M€ y el Estado de
Brandenburg con unos 1,1 M€. El USG (financiado por el Estado de Baja Sajonia) y el MPS
(respaldado por la Sociedad Max-Planck) contribuyeron con un total de unos 2,7 M€,
aportados a partes iguales. El resto de estados alemanes aportaron un total de 1,2 M€ y
también hubo contribuciones por parte del Instituto de Astrofísica de Canarias, la Academia
de las Ciencias Checa y la Comisión Europea.