El nuevo instrumento solar captura las primeras imágenes de alta resolución en el telescopio más grande del mundo

El Institut Für Sonnenphysik (KIS) ubicado en Friburgo, Alemania, ha instalado un instrumento de medición de alta precisión para el telescopio solar más grande del mundo, la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF) Daniel K. Inouye Solar Telescope en el volcán Haleakalā ubicado en Maui/Hawai.

Después de calibrar a fondo los elementos ópticos, los investigadores pudieron registrar los primeros datos de observación del Sol en dos longitudes de onda típicas, lo que demuestra la funcionalidad del instrumento. Además, las mediciones ofrecen información inicial sobre la calidad de la imagen y la ganancia de conocimiento científico que se puede esperar para la física solar en todo el mundo en las próximas décadas.

De Friburgo a Maui (Hawai)

El Instituto Alemán de Física Solar desarrolla, construye y opera instrumentos únicos de investigación de alta tecnología para el estudio detallado del Sol. Gracias a estos instrumentos, ha sido posible responder preguntas astrofísicas fundamentales y estudiar la influencia del sol en el campo magnético de la Tierra. Para este propósito, la luz se divide en sus componentes de color individuales y se examina con alta precisión.

Con el filtro sintonizable visible (VTF) recientemente completado, la dinámica del plasma solar ahora puede analizarse fundamentalmente en alta resolución. Similar a los pronósticos meteorológicos en la Tierra, esto hará posible en el futuro predecir perturbaciones geomagnéticas masivas causadas por erupciones de energía en el sol.

La vida en la Tierra se ha tecnologizado cada vez más y las tormentas solares repentinas pueden causar daños devastadores a la navegación por satélite o las redes de energía. La investigación para este tipo de predicción requiere componentes ópticos cuyas superficies se fabrican con herramientas de ingeniería atómica de precisión y control que funcionan con la misma precisión.

El instrumento

El hito más reciente en el trabajo instrumental en el Instituto es el desarrollo de VTF, un espectrómetro de imágenes para la investigación polarimétrica de las estructuras magnéticas más pequeñas del sol. En el corazón del instrumento hay dos interferómetros Fabry-Pérot de alta precisión y sintonizables (FPI, Figura 1) que escanean espectralmente la luz con una precisión de unos pocos picómetros, es decir, un billonésimo de un metro.

El instrumento proporciona mapas de intensidad bidimensionales para cada paso de escaneo espectral (Figura 2) que se filtran adicionalmente con un polarizador. Este procedimiento se puede utilizar, por ejemplo, para crear y analizar mapas precisos de velocidad y campo magnético para estudiar los efectos dinámicos del sol en diferentes rangos de longitud de onda.

Durante cada observación, se registran unos 12 millones de espectros que luego se utilizan para determinar la temperatura, la presión, la velocidad y la intensidad del campo magnético a diferentes alturas en la atmósfera solar. Esto se logra tomando varios cientos de imágenes en unos pocos segundos. Gracias a estas medidas, se pueden obtener nuevas ideas en el desarrollo temporal de la atmósfera solar.

El telescopio solar inouye hace posible realizar observaciones con una resolución espacial sin precedentes, que abre un nuevo mundo de la ciencia. Esto se debe en parte a su ubicación a una altitud de más de 3.000 metros en la cumbre de Haleakalā (Figura 3) y en parte debido al tamaño del espejo primario con un diámetro de 4 metros.

El instrumento de filtro (VTF) desarrollado especialmente para cumplir con estos requisitos puede explorar este nuevo mundo gracias a la alta precisión de la superficie y la estabilidad de sus interferómetros. El rango de transmisión espectral se define por el espacio de su placa, con la reflectividad de los recubrimientos de la placa que definen el ancho del filtro.

Junto con la precisión de control de distancia alcanzable, esto significa que para que el instrumento tenga la sensibilidad necesaria, la variación de la separación de la placa sobre todo el campo de la imagen activa debe ser a pequeña escala, no exceder unos pocos nanómetros.

Si, a modo de ilustración, estos órdenes de magnitud se transfirieron a un lago con un diámetro de 30 km, las desviaciones en la superficie corresponderían a una altura de onda máxima de menos de un milímetro. El desarrollo de los interferómetros con el diámetro requerido para un telescopio grande planteó un desafío particular. Nunca antes había sido posible construir un interferómetro Fabry-Pérot con un área activa que mida casi 0.3 metros y con la calidad óptica requerida.

El éxito fue el resultado de una colaboración dirigida por el Instituto Alemán e involucrando a varias compañías de alta tecnología de alta tecnología a nivel mundial de los campos de producción de óptica, recubrimiento de superficie e ingeniería de control. El diseño del interferómetro, la construcción de la mecánica y el desarrollo de la tecnología de control compleja estaban completamente en manos del Instituto. La coordinación entrelazada de todas las tareas con los socios fue particularmente desafiante.

The realization of this demanding project was also due to the successful collaboration with international research institutions, primarily the NSF National Solar Observatory (NSO, US), which operates the Inouye Solar Telescope, the Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS, Germany) and the Istituto Ricerche Solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL, Switzerland)