Telescopio Extremadamente Grande (ELT): La mayor maravilla de la astronomía

El Telescopio Extremadamente Grande romperá récords astronómicos

El progreso de la astronomía está en gran parte sincronizado con el avance técnico en la fabricación de telescopios. Desde los primeros modelos hechos a mano por Galileo, hasta la destreza tecnológica de la colaboración internacional actual, esto sigue siendo cierto.

Otro paso ha sido trasladar los telescopios fuera de la Tierra y al órbita, como con el telescopio Hubble y más recientemente con el telescopio espacial James Webb (sigue el enlace para un análisis detallado de ese megaprojecto científico).

La razón por la que los telescopios espaciales son más efectivos es que son inmunes a la interferencia de la atmósfera y el clima de la Tierra, que pueden reducir la calidad de la imagen.

Sin embargo, los telescopios terrestres aún tienen algunas ventajas sobre los telescopios espaciales. En particular, su tamaño potencial, ya que lanzar equipos grandes al órbita sigue siendo una tarea extremadamente compleja y costosa.

El suministro de energía, el mantenimiento y las actualizaciones técnicas también son mucho más fáciles de realizar en tierra, mientras que los telescopios espaciales son prácticamente imposibles de reparar o modificar después, especialmente los telescopios a millones de kilómetros de la Tierra, como el telescopio espacial James Webb.

Aún en construcción, un proyecto llamado el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) está demostrando el potencial de los telescopios terrestres. Con sede en Chile, será el telescopio más grande jamás construido, varias veces mayor que el récord anterior, y representa una maravilla de la ingeniería.

Una larga línea de grandes telescopios chilenos

El ELT es el último proyecto de la comunidad internacional de astrónomos para descifrar los misterios del Universo.

En la misma zona donde se ubica el ELT está el Observatorio Paranal, operado por la Observatorio Europeo Austral (ESO), y a 23 kilómetros (14 millas) del sitio de construcción del ELT.

Fuente: ESO

Paranal es el sitio del Telescopio Muy Grande (VLT), ancestro del Telescopio Extremadamente Grande (ELT), ahora en construcción. El VLT ha sido operado desde 1998 por la ESO, y utilizó lo que en ese momento era un espejo primario récord de 8,2 metros (27 pies) de diámetro.

El ELT superará al VLT, con un espejo primario segmentado de 39,3 metros de diámetro (130 pies).

¿Por qué Chile?

La misma ubicación chilena es utilizada por el Observatorio Vera C. Rubin, un telescopio de sondeo que observa todo el cielo visible de una vez, y utiliza IA avanzada para detectar cambios en la actividad de las estrellas.

El ELT también se ubicará en Chile, que tiene algunas de las mejores condiciones para la astronomía.

El lugar elegido tiene un promedio de 270 noches claras al año.

Vera C. Rubin, VLT y pronto el ELT, están todos ubicados a gran altitud, con el ELT construido a 3.046 m (9.993 pies) sobre el nivel del mar.

Cerro Armazones una vez se alzaba a 10.052 pies (3.064 m) sobre el nivel del mar, pero en junio de 2014, la cima fue destruida para nivelar la montaña para la construcción, recortando 60 pies (18 m) de su altura y removiendo ~220.000 m³ de roca (263.000 yardas cuadradas).

Fuente: ELT

Esta alta altitud ayuda a reducir la perturbación atmosférica, ayudada además por la muy baja humedad de la región desértica, y también proporciona un sitio bastante aislado, lejos de la contaminación lumínica de grandes ciudades.

La ubicación de Cerro Armazones en el desierto seco de Chile a gran altitud lo hace ideal para observaciones astronómicas.

La altitud del sitio sobre el nivel del mar no plantea problemas logísticos para las operaciones, al tiempo que cumple con los requisitos científicos de baja vaporación de agua precipitable y bajas temperaturas operativas.

La precipitación anual es del orden de 100 mm, con un valor medio de humedad relativa del 15%.

Visión general del ELT

Construcción

Discutido desde 2005, el proyecto ELT se inició en 2010, cuando se consideraron inicialmente múltiples sitios en Chile y otros países (Argentina, Islas Canarias, Marruecos, Antártida), antes de que se eligiera la cima del Cerro Armazones, en parte por su proximidad a la infraestructura existente del Observatorio Paranal.

Fuente: ELT

En 2012, el proyecto fue aprobado por el Consejo de la ESO, y los trabajos de construcción comenzaron en 2014.

Inicialmente llamado European Extremely Large Telescope (E-ELT), el nombre del proyecto se abrevió a ELT en 2017.

La construcción alcanzó el 50 % en 2023, y el primer segmento del espejo comenzó a llegar a Chile en 2024, con el espejo secundario previsto para completarse en 2025.

Se espera mayor progreso en 2026 con la estructura finalmente terminada, y en 2027 con los espejos terciarios y M4 y M5 completados, así como el espejo primario principal.

Se espera que el ELT reciba su “primer luz” en 2029 y sus primeras observaciones científicas en 2030. Debería operar durante más de 30 años a partir de entonces.

Fuente: Cosmos Magazine

En conjunto, toda la construcción es masiva, casi tan alta y mucho más grande que la Estatua de la Libertad.

Fuente: Space.com

Durante esta fase inicial, los científicos y los países socios del proyecto discutieron opciones de diseño.

El diseño actual se prefirió sobre un concepto más ambicioso pero menos realista, el Telescopio Enormemente Grande, con un espejo masivo de 100 m (328 pies) de diámetro, que se consideró demasiado costoso y complejo de construir.

Aunque la mayoría de los problemas técnicos se han resuelto ya, fue una empresa compleja, reuniendo el trabajo de más de 170 científicos, organizados en varios grupos de trabajo, creando una simulación del futuro telescopio y cómo optimizar su capacidad de generación de imágenes.

Fuente: ELT

En total, se espera que el ELT cueste alrededor de 1,45 mil millones de euros, con su presupuesto ya totalmente asegurado.

Objetivos del ELT

El Telescopio Extremadamente Grande está diseñado para responder a algunas de las mayores preguntas de la astronomía. Sus principales objetivos científicos incluyen:

1. El Sistema Solar

Estudiar las atmósferas de los planetas gaseosos, la actividad volcánica en las lunas de Júpiter y Saturno, el cinturón de asteroides y los objetos congelados del Cinturón de Kuiper.

2. Exoplanetas

Obtener imágenes directas de planetas rocosos en zonas habitables y analizar sus atmósferas en busca de vapor de agua, oxígeno y metano usando el espectrógrafo ANDES.

3. Estrellas

Investigar cómo se forman y evolucionan las estrellas en diferentes entornos.

4. Agujeros negros

Rastrear estrellas que orbitan cerca de Sagitario A* para comprender mejor el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.

5. Galaxias

Identificar galaxias extremadamente distantes y ampliar los descubrimientos realizados por el Telescopio Espacial James Webb.

6. Materia oscura

Explorar la relación entre la materia oscura y los estallidos de rayos gamma.

7. Física fundamental

Probar si las constantes de la naturaleza, como la velocidad de la luz y la relación masa protón‑electrón, han cambiado a lo largo del tiempo cósmico.

8. Sorpresas por venir

Al igual que el descubrimiento inesperado de la energía oscura por parte del Hubble en 1998, el ELT podría revelar fenómenos totalmente nuevos.

Especificaciones técnicas del ELT

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El espejo principal del ELT, de 39,3 metros de diámetro (128 pies), se construirá usando 798 segmentos hexagonales, resultando en un área de captación de luz de 978 metros cuadrados (10.527 pies cuadrados).

En conjunto, todos los espejos del ELT consumirán 140 toneladas de cerámica de vidrio Zerodur (cerámica de vidrio de litio-aluminio-silicato) en los espejos del telescopio, un producto de la empresa alemana Schott AG, filial de la Fundación Carl Zeiss, experta en tecnología de fundición de vidrio de precisión.

Fuente: ELT

Este telescopio está diseñado para capturar y analizar luz visible e infrarroja cercana. Capturará 20 veces más luz que una unidad del VLT, 8.000.000 veces más luz que el telescopio de Galileo, y 100 millones de veces más que el ojo humano.

• Se usaron 30 millones de pernos para la estructura de la cúpula, que pesa 6.100 toneladas.
• La estructura principal pesa alrededor de 3.700 toneladas, y se utilizarán un total de 10.000 toneladas de acero.
• Los telescopios y sistemas asociados utilizan 500 km (310 millas) de cable eléctrico y 1.500 km (930 millas) de fibra óptica.

Fuente: ELT

Espejos del ELT

El ELT utilizará un diseño de 5 espejos que ampliará las imágenes estelares mediante un sistema complejo, reflejando finalmente la imagen en un punto determinado.

El espejo M1 captura la luz estelar, luego la redirige al espejo convexo M2, el espejo secundario más grande jamás empleado en un telescopio, que refleja la imagen en el M3.

La imagen se envía luego al espejo plano adaptativo (M4) situado encima, que ajustará su forma mil veces por segundo para corregir las distorsiones causadas por la turbulencia atmosférica.

Finalmente, la imagen se envía a M5, un espejo plano e inclinable que estabilizará la imagen y la enviará a los instrumentos del ELT.

M1

Este espejo, con sus 798 segmentos hexagonales individuales, cada uno de 1,4 metros de ancho. Cada componente pesa 250 kg y tiene aproximadamente 5 centímetros de grosor (2 pulgadas).

Fuente: ELT

Debido a que cada uno de los componentes debe funcionar como un espejo unificado, su posición necesita ser controlada con extrema precisión. Deben mantener una exactitud de decenas de nanómetros (10.000 veces más delgada que un cabello humano) en todo el diámetro de 39 metros.

Para evitar que se doblen o se vean afectados por la expansión térmica, cada segmento está soportado por una estructura de 27 puntos (whiffletree), que es un mecanismo para distribuir uniformemente el soporte en la parte trasera del segmento mediante 27 puntos de contacto en su superficie.

En total, el espejo utiliza 2.500 actuadores de posicionamiento (PACTs) y 9.000 sensores de borde para mantener los elementos del espejo perfectamente alineados entre sí.

M2 y M3

Estos 2 espejos curvos se utilizan para formar una imagen utilizable a partir de la luz recogida por el espejo M1.

El M2 es un espejo de 4,25 metros de diámetro, el mayor espejo secundario óptico jamás usado en un telescopio.

El M3 tiene un diámetro de 4 metros, y cada uno pesa alrededor de 3 toneladas.

Fuente: ELT

Una dificultad adicional fue suspender el M2 boca abajo sobre el M1, a 60 m sobre el suelo.

Para alinear el espejo M2, todo el conjunto se moverá usando seis actuadores de posición (hexápodos). La precisión relativa de este hexápodo, que se moverá cada pocos minutos, está en el rango sub‑µm.

M4

M4 es el espejo adaptativo más grande jamás construido y corregirá la turbulencia atmosférica y la vibración residual del propio telescopio.

“Espejo adaptativo” significa que su superficie puede deformarse, gracias a más de 5.000 actuadores que cambian la forma del espejo hasta 1.000 veces por segundo.

El espejo M4 utiliza el mismo principio que un altavoz; el espejo está hecho de una cáscara muy delgada que flota a 90 micrones de su superficie de referencia (esto corresponde al grosor de una hoja de papel A4 estándar), y actúa como una membrana que se deforma bajo el efecto de unos 5.000 actuadores de bobina de voz.

M4 mide 2,4 metros de diámetro (8 pies). Estará compuesto por seis espejos segmentados delgados, cada uno de solo 1,95 milímetros (0,1 pulgada) de grosor y fabricado en vidrio cerámico.

Para determinar las correcciones necesarias, el telescopio creará “estrellas artificiales en el cielo” usando láseres potentes para excitar átomos de sodio en la atmósfera superior de la Tierra y medir su difuminado. Cuanto más potentes sean los láseres, más átomos de sodio excitarán, haciendo la estrella artificial más brillante y mejorando la corrección de la turbulencia.

Fuente: ELT

M5

Este espejo es el encargado de enviar la imagen final, corregida por la interferencia de M4, a la cámara digital que registra la imagen capturada.

M5 será un espejo plano y elíptico de 2,7 por 2,2 metros, construido a partir de seis segmentos ligeros de carburo de silicio soldados entre sí.

La unidad también estabiliza los movimientos de la imagen, inducidos por los mecanismos del telescopio y vibraciones por el viento, ajustando los ángulos de inclinación y guiñada del espejo a una precisión de unas decenas de mili‑arcosegundos.

Socios del ELT

Para gestionar la producción de estos mecanismos de control ultra‑precisos y del “vidrio” igualmente ultra‑especializado, los socios industriales, mayormente empresas europeas, han sido esenciales para el proyecto.

Entre los más instrumentales, clave en la producción del vidrio y su posterior pulido a la precisión requerida, estuvieron respectivamente la empresa alemana Schott AG y la francesa Safran. VDL ETG Projects B.V. en los Países Bajos es responsable de la producción y prueba de los soportes de los segmentos, que actúan como la columna vertebral del espejo.

Muchos otros socios industriales y académicos del ELT proporcionaron diseño, transporte, construcción, equipos especiales, herramientas de medición, implementos mecánicos, intercambiadores de calor, cámaras, etc.

Fuente: ELT

Instrumentos del ELT

Además del espejo que captura la luz de planetas y estrellas distantes, muchos instrumentos analizarán dicha luz para permitir a los científicos estudiarla. El instrumento más importante para el ELT será:

• MORFEO (Relé de Óptica Adaptativa Multiconjugada para Observaciones del ELT): este instrumento no tomará una imagen por sí mismo, pero ayudará a compensar la distorsión de la luz causada por la turbulencia en la atmósfera terrestre que vuelve borrosas las imágenes astronómicas.
• HARMONI (Espectrógrafo Integral Óptico y de Infrarrojo Cercano de Alta Resolución Angular Monolítico): este instrumento puede descomponer con alta resolución una imagen en segmentos separados y analizar para cada uno las longitudes de onda individuales usando un potente espectrógrafo, revelando la composición de planetas y estrellas.
• MICADO (Cámara de Imagen Multi‑AO para Observaciones Profundas): tomará imágenes de alta resolución del Universo en longitudes de onda de infrarrojo cercano, ayudando a identificar exoplanetas, distinguir estrellas individuales en otras galaxias e investigar el misterioso centro de la Vía Láctea.
• METIS (Imaginador y Espectrógrafo de Infrarrojo Medio del ELT): un imaginador y espectrógrafo que opera en la gama de longitudes de onda del infrarrojo medio. Su función será analizar las propiedades físicas y químicas de objetos estelares tan diversos como exoplanetas, el Sistema Solar, discos circunestelares y regiones de formación estelar, enanas marrones, el centro de la Vía Láctea, el entorno de estrellas evolucionadas y núcleos galácticos activos.
• ANDES (Espectrógrafo Echelle de Alta Dispersión ArmazoNes): un potente espectrógrafo de alta resolución que se usará para la detección de firmas de vida en exoplanetas similares a la Tierra, la búsqueda de las estrellas más antiguas del Universo, probar posibles variaciones de las constantes fundamentales de la física y la detección directa de la aceleración de la expansión del Universo.
• MOSAIC Este espectrógrafo multi‑objeto puede estudiar hasta 100 objetivos simultáneamente, y se usará para rastrear el crecimiento de galaxias y la distribución de materia desde el Big Bang hasta la actualidad. También proporcionará sinergias con futuras instalaciones multiespectrales (incluyendo Euclid, Rubin, Roman, SKAO).

Qué significa el ELT para la astronomía

El ELT será el telescopio más grande del mundo, y podría mantenerse así al menos una década, ya que los proyectos competidores están siendo retrasados.

Esto lo convertirá en uno de los instrumentos astronómicos más importantes, y probablemente la fuente de conocimientos sobre exoplanetas rocosos, lo que falta en nuestros modelos cosmológicos, y una comprensión mucho más profunda de nuestro propio sistema solar, como las todavía misteriosas (pero geológicamente activas) lunas de Saturno y Júpiter.

También es un logro técnico notable, empujando los límites de lo técnicamente posible y demostrando el valor científico de los métodos de fabricación ultra‑precisa, vidrios especializados e instrumentos de medición a escala nanométrica.

Todo esto es igualmente importante para el desarrollo de computadoras fotónicas y cuánticas superiores, láseres, impresoras 3D, etc.

Invertir en óptica avanzada

Corning Incorporated

A medida que los telescopios empujan los límites de la fabricación de precisión en vidrio avanzado, esto también abre numerosas posibilidades industriales en sectores tan diversos como automotriz, semiconductores, IA, defensa, biotecnología y salud. El mercado de óptica avanzada es un mercado de 310 mil millones de dólares, con un crecimiento esperado del 9,2 % CAGR hasta 2032.

Corning es una empresa de vidrio y óptica que existe desde hace 170 años. A lo largo de su historia, ha producido las primeras bombillas de vidrio para la luz eléctrica de Thomas Edison, la primera fibra óptica de baja pérdida, los sustratos celulares que permiten los convertidores catalíticos, y el primer vidrio de cubierta resistente a daños para dispositivos móviles.

Fuente: Corning

Hoy, la compañía se centra en tecnologías clave relacionadas con la fabricación de vidrio y cerámica, así como en tecnologías de física óptica, que comparten procesos de fabricación y mercados finales comunes.

Fuente: Corning

Esta interconexión de tecnologías permite a la empresa compartir capacidades comunes de fabricación, investigación e ingeniería entre sus distintas líneas de productos. Con más de 52.000 empleados, más de 77 sitios de fabricación en todo el mundo y más de 10 centros de I+D, la compañía es un actor importante en su nicho.

Fuente: Corning

La empresa se beneficia del auge de la IA y la construcción de centros de datos (fibra óptica), así como del consumo general de vidrio especializado en pantallas y biotecnología.

Corning no debería verse mucho afectada por aranceles, ya que el 90 % de los ingresos en EE. UU. provienen de productos de origen estadounidense. Muy poca de las ventas realizadas en China se originó en instalaciones estadounidenses, con el 80 % de las ventas chinas realizadas en China.

Los aranceles incluso podrían ayudar, ya que Corning está ingresando al mercado de paneles solares, con el control estratégico de Hemlock Solar, para producir paneles fabricados en EE. UU., mientras que los paneles solares asiáticos (no solo los chinos) están sujetos a aranceles de cuatro cifras. El 80 % de la capacidad ya ha sido asegurado mediante compromisos de clientes.

La energía solar tiene mucho sentido para la empresa, ya que el silicio es una competencia central de fabricación, habiendo producido polisilicio durante 60 años, incluido silicio ultra‑puro (99,9999999999 % puro) y ahora lanzando la producción de obleas de silicio, un producto importado al 100 % en EE. UU.

Fuente: Corning

La empresa también está explorando otras tecnologías avanzadas donde su experiencia en vidrio y cerámica podría proporcionar una ventaja sólida, incluyendo vidrio flexible, realidad aumentada, captura de carbono, etc.

Fuente: Corning

En general, Corning es una empresa altamente técnica con fabricación localizada que no debería verse afectada por la desglobalización. También abraza nuevos mercados que coinciden con sus competencias centrales, notablemente la energía solar y la comunicación óptica / infraestructura de IA. Esto la convierte tanto en una empresa relativamente conservadora, que solo profundiza en su nicho, como en una posible acción de crecimiento en mercados de alta tecnología.

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