Primera luz del telescopio solar de la NSF

Este año 2020 entrará en funcionamiento el Telescopio Solar "Daniel K. Inouye" de la National Science Foundation (DKIST), ubicado a tres mil metros de altura cerca de la cumbre del volcán Haleakala, en la isla de Maui, en Hawái.

Las primeras imágenes de prueba de este instrumento de 4 metros de diámetro, tomadas en diciembre de 2019, muestran detalles de la superficie del Sol con la mejor resolución disponible hasta el momento. Este telescopio, junto con el orbitador solar de la ESA y la NASA, diseñado para investigar el viento solar y la sonda solar Parker de la NASA, para explorar la corona solar, están abriendo una nueva era en la ciencia solar que permitirá realizar adelantos sin precedentes en la comprensión de nuestra estrella y todo lo que implica para nuestro planeta.


El pequeño cuadrado dibujado en el centro del Sol corresponde al campo visual del DKIST, de 36500 km de lado, capaz de distinguir detalles con una resolución de tan solo 30 km de ancho. En la ampliación de ese cuadro he superpuesto el contorno de los continentes con la imagen obtenida por el DKIST, donde se puede notar que el tamaño de los gránulos solares es comparable al tamaño de algunos países. La proyección utilizada para los continentes es de tipo Goode, que preserva la equivalencia entre áreas de diferentes latitudes.




Este video de difusión muestra en pocos segundos la actividad de la superficie solar ocurrida en un lapso de 10 minutos. Las imágenes fueron obtenidas en longitud de onda de 705 nm, es decir en el borde entre el espectro visible y el infrarrojo. La resolución, es decir el detalle mínimo que se puede apreciar es de tan solo 30 km. Lo que se observa es el gas turbulento "hirviente" que cubre todo el Sol. Las estructuras en forma de células, denominadas gránulos, cada una del tamaño de un país pequeño, del orden de mil kilómetros, son el resultado del transporte de calor desde el interior del Sol hasta la superficie. El material solar caliente (plasma) se eleva en los centros brillantes de los gránulos, se enfría y luego se hunde debajo de la superficie en donde se ven las bandas oscuras, en un proceso conocido como convección.
La imagen abarca 36500 km de cada lado.
Crédito: NSO/AURA/NSF (imágenes tomadas en diciembre de 2019 pero publicadas recién el 29 de enero de 2020)


Fotografía con la misma explicación que el video anterior.


Detalle de la imagen anterior, de 8200 km de lado.
Sobre las bandas oscuras (zonas donde el plasma se enfría y regresa al interior del Sol) se pueden apreciar también pequeñas manchas brillantes generadas por el campo magnético, con una claridad nunca antes vista. Se cree que estas manchas brillantes canalizan energía hacia la Corona, que es la capa más externa de la atmósfera solar. Estas manchas brillantes podrían ser la explicación de por qué la Corona solar tiene una temperatura de más de un millón de grados. Explicar por qué la Corona tiene una temperatura tan elevada ha sido uno de los mayores desafíos de la astronomía solar, siendo que la temperatura media del Sol es de 5500 grados Celsius.



Diagrama del mecanismo convectivo que produce la granulación en la superficie del Sol. El plasma caliente genera corrientes convectivas ascendentes que emergen en diferentes puntos de la superficie del Sol, dando lugar a los centros calientes de los gránulos (o celdas de convección). En la superficie el plasma se mueve hacia la periferia de la celda, enfriándose y descendiendo en lo que termina siendo el borde entre celdas.



Telescopio Solar Daniel K. Inouye (DKIST).


Interior del DKIST, donde se aprecia el sistema de pistones que permiten corregir la forma del espejo principal.


 Vista satelital del observatorio de Haleakala en la isla de Maui en Hawái.






Comunicado de prensa sobre el DKIST:

El Telescopio Solar Daniel K. Inouye de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos es el telescopio solar más poderoso del mundo. Fue construido y es operado por el Observatorio Solar de los Estados Unidos (NSO), un centro de investigación operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) bajo un acuerdo cooperativo con la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.

El Telescopio Solar Inouye posee el espejo más grande entre los telescopios solares del mundo. Con 4 metros de diámetro recolecta siete veces más luz solar que cualquier otro telescopio solar, produciendo las imágenes más claras y de mayor resolución de nuestro Sol jamás tomadas.

El proyecto del telescopio solar Inouye comenzó hace casi tres décadas. La construcción comenzó en 2010 y las primeras imágenes solares fueron capturadas por el observatorio a fines de 2019. Se espera que el Telescopio Solar Inouye esté operativo durante al menos 44 años, o cuatro ciclos solares, hasta la década de 2060.

El Telescopio Solar Inouye está ubicado en el sitio de los Observatorios Haleakalā en la isla de Maui, Hawái. Después de una larga búsqueda en todo el mundo, se descubrió que Haleakalā era el mejor sitio capaz de cumplir con los objetivos científicos de DKIST. A una altitud de 3 km, y rodeado por el océano, esta ubicación única posee cielos claros y profundos con baja turbulencia atmosférica, condiciones necesarias para observar la débil corona solar.
El observatorio cuenta también con una instalación ubicada en Pukalani y su centro de datos se encuentra en la sede del NSO en Boulder, Colorado.

Vivimos en la atmósfera de nuestro Sol y cada vez es más importante comprender y predecir el comportamiento de esta estrella dinámica. El objetivo principal del Telescopio Solar Inouye es observar los campos magnéticos del Sol para comprender su comportamiento dinámico. Los campos magnéticos del Sol son la fuente de las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal, también conocidas como clima espacial, que pueden afectar la Tierra y tener un impacto negativo en nuestra tecnología, como las redes eléctricas y de comunicación. El Telescopio Solar Inouye podrá analizar las características magnéticas del Sol con detalles más pequeños de lo que hemos visto hasta ahora, arrojando nueva luz sobre las causas del clima espacial.


El espejo principal del telescopio solar Inouye:

El espejo primario del telescopio solar Inouye, de 4 metros de diámetro y 3,6 toneladas, fue fabricado por Schott AG en Alemania. Está hecho de vidrio de 8 cm de espesor llamado Zerodur, una vitrocerámica especializada que mantiene su forma incluso cuando se somete a cambios severos de temperatura.

El pulido del vidrio fue realizado en la Facultad de Ciencias Ópticas de la Universidad de Arizona. La fase final de pulido, completada en el año 2015, tomó aproximadamente 80 horas a la semana durante seis meses e involucró a más de 50 personas. Esto se realizó con un grado de precisión tal que la rugosidad superficial es menor a dos nanómetros, lo que es aproximadamente el tamaño de una molécula de agua. Eso significa que, si el espejo primario de DKIST se expandiera al diámetro de la Tierra, ¡la protuberancia más grande en su superficie sería del tamaño de un grano de arena!

En 2017, después de pulido y tras 2 años guardado de forma segura, el espejo fue enviado a su destino final en Haleakalā en Maui. Una vez allí, el siguiente paso fue convertirlo en espejo, cubriéndolo con una delgada capa de aluminio.

A medida que el espejo gigante se mueve para seguir al Sol a través del cielo, sufre pequeñas deformaciones que son corregidas por actuadores de hidráulicos y de aire comprimido que empujan pequeñas áreas de la parte posterior del espejo para compensar los cambios en su forma. Esto mantiene las observaciones lo más nítidas y claras posible.


Laboratorio de instrumentos rotatorio del telescopio solar Inouye

El Laboratorio Coudé es el "corazón" del Telescopio Solar DKI de la National Science Foundation. El Coudé es un laboratorio de física dentro del DKIST, y es donde se hace realmente la ciencia. Con 150 toneladas, el laboratorio gira para colocar cámaras altamente especializadas a medida que el telescopio sigue al Sol a través del cielo. Su diseño especial permite estudios de nuestro Sol como ningún otro.

Cinco cámaras científicas comparten la luz del sol que se proyecta desde el espejo principal del telescopio, a través de una abertura en la parte superior de la habitación. Espejos colocados con precisión, divisores de haz y filtros dividen la luz para que cada cámara reciba un haz dedicado.

Para preservar la calidad del haz de luz, es importante mantener muy estable la temperatura del laboratorio Coudé, con variaciones menores a medio grado. El laboratorio también debe mantenerse extremadamente limpio. El Coudé Lab es una sala limpia, lo que significa que es más de 10 veces más limpio que el aire estándar. Los científicos y técnicos deben usar un traje completamente cerrado con botines y una capucha cuando trabajan en el laboratorio.

Conseguir estas condiciones precisas presentó un desafío a los ingenieros del DKIST: el haz de luz debe ingresar al laboratorio por arriba, desde el telescopio, pero el laboratorio debe mantenerse aislado del resto del sistema para mantener condiciones estables de sala limpia en el interior. Las salas limpias normales usan barreras de vidrio o acrílico, pero estos materiales absorben parte de la luz que se busca transmitir desde el telescopio. La solución innovadora para este desafío fue un cuchillo de aire, una barrera creada por una corriente de aire constante y veloz. Esta es la primera vez que se utiliza la tecnología de cuchilla de aire en un telescopio solar. Este flujo de aire en rápido movimiento separa al Laboratorio Coudé de las condiciones anteriores, manteniendo el laboratorio limpio y su temperatura estable mientras permite que la máxima cantidad de luz ingrese a los instrumentos.

La ingeniería innovadora, la resolución de problemas y un enfoque novedoso hacen que el Laboratorio Coudé sea único para la investigación de la física solar desde la Tierra.


Óptica adaptativa: el desafío de la atmósfera

Los telescopios ubicados en la Tierra, conocidos como telescopios terrestres, ofrecen muchos beneficios sobre sus contrapartes espaciales. Los telescopios terrestres pueden ser significativamente más complejos que los del espacio, y pueden ser decenas de veces más grandes, así como durar décadas más. El telescopio solar Inouye tiene una vida útil prevista de 44 años. También se puede acceder fácilmente a los observatorios terrestres para su reparación y actualización, a diferencia de los que se encuentran en el espacio.

El gran desafío en astronomía terrestre es la atmósfera de la Tierra. La luz pasa indemne desde su fuente (en este caso, el Sol) a través del espacio. Sin embargo, habiendo recorrido el 99.9999% de su viaje por el espacio, el haz de luz finalmente se encuentra con la atmósfera de la Tierra. La atmósfera está llena de corrientes de aire que interfieren con la claridad del haz de luz, al igual que el agua en una piscina distorsiona la visión de un objeto en la parte inferior.

El equipo del DKIST ha resuelto este desafío utilizando un proceso llamado óptica adaptativa, como el que se utiliza en muchos otros telescopios terrestres. Esto significa que los espejos se deforman para compensar las turbulencias y otras perturbaciones de la atmósfera. El "espejo deformable" del DKIST utiliza 1600 pistones que presionan la parte posterior del espejo para cambiar su forma 2000 veces por segundo.


Video ilustrativo sobre el funcionamiento del Laboratorio Coudé del DKIST




FUENTES:

NSF’s newest solar telescope produces first images
https://nsf.gov/news/news_summ.jsp?org=NSF&cntn_id=299908

NSF’s newest solar telescope produces first images
https://www.nso.edu/press-release/inouye-solar-telescope-first-light/




Gracias por leerme.
Ojalá te haya gustado esta nota.
Me gustaría conocer tus opiniones. No dudes en compartir tus comentarios al final de esta página.

Si te gustó, puedes compartirlo en tus redes.
¡Gracias por tu apoyo!

En este botón puedes dejarme una pequeña colaboración:


Comentarios