Cómo funcionarán los megaespejos del mayor telescopio óptico del mundo que se construye en Chile

En el árido desierto de Atacama, en Chile, un proyecto monumental está tomando forma, prometiendo revolucionar nuestra comprensión del cosmos. A más de 3.000 metros sobre el nivel del mar, en la cima de una montaña, el Observatorio Europeo Austral (ESO) está construyendo el Telescopio Extremadamente Grande (ELT), el mayor telescopio óptico del mundo. Este colosal “ojo en el cielo” está diseñado para captar imágenes del universo con una precisión y detalle sin precedentes, y se espera que comience a operar en 2028.

La construcción del ELT no es solo un desafío de ingeniería, sino un esfuerzo global que involucra a numerosos países y miles de científicos e ingenieros. Con un espejo primario de 39 metros de diámetro, formado por 798 segmentos hexagonales, el ELT podrá captar 100 millones de veces más luz que el ojo humano. Este increíble poder permitirá a los astrónomos observar objetos celestes que nunca antes habían sido detectados y estudiar fenómenos cósmicos con una claridad que supera la de cualquier otro telescopio existente.

El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) no solo impresiona por su tamaño, sino también por la sofisticada tecnología óptica que incorpora. En el núcleo de este coloso astronómico se encuentran algunos de los espejos más avanzados jamás fabricados, cada uno de ellos diseñado a medida para cumplir con los exigentes requisitos del proyecto. Esta tecnología se detalla en el artículo “Segmented Mirror Control for the ELT” publicado en las actas de la Sociedad Astronómica Americana (AAS).

El astrónomo y representante de European Southern Observatory (ESO) en Chile, el Dr. Luis Chavarría, sostiene que las operaciones del ELT podrían suponer un cambio de paradigma en nuestra percepción del universo, comparando este logro con el de Galileo hace 400 años.

El espejo principal, conocido como M1, es el componente más grande y crucial del telescopio. Con un diámetro de 39 metros, este espejo está compuesto por 798 segmentos hexagonales, cuidadosamente alineados para funcionar como un único espejo monolítico. Esta estructura permitirá al ELT captar 100 millones de veces más luz que el ojo humano, lo que es esencial para observar los objetos más distantes y tenues del universo. Además, el M1 está diseñado para mantener su forma y posición con una precisión extraordinaria, siendo capaz de ajustar su alineación con una exactitud 10.000 veces superior al grosor de un cabello humano.

Otro componente fundamental es el espejo M4, que se destaca como el mayor espejo deformable jamás construido. Este espejo tiene la capacidad de cambiar de forma 1.000 veces por segundo para corregir las distorsiones causadas por las turbulencias atmosféricas y las vibraciones del propio telescopio. Está compuesto por seis pétalos de un material vitrocerámico extremadamente delgado, con un grosor de menos de 2 mm. Esta flexibilidad es crucial para asegurar que las imágenes capturadas sean lo más nítidas y precisas posibles, eliminando cualquier distorsión que podría comprometer los datos científicos.

Los espejos del ELT representan una hazaña de la ingeniería óptica, combinando precisión extrema con una tecnología de adaptación continua que garantiza la calidad superior de las observaciones astronómicas. Una vez terminados, estos espejos serán transportados a Chile, donde se instalarán y prepararán para el inicio de las operaciones del telescopio.

Espejo cuántico en el Instituto Max Planck

Mientras los gigantescos espejos del Telescopio Extremadamente Grande (ELT) se preparan para capturar la luz de los confines del universo, en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania, un equipo de científicos ha desarrollado un espejo radicalmente diferente, pero igualmente revolucionario: un espejo cuántico.

El astrónomo Michaël Marsset, que trabaja en el Observatorio Paranal de ESO desde 2021, menciona que el ELT capturará imágenes cinco veces más nítidas que las del Telescopio Espacial James Webb, gracias al tamaño de su espejo primario.

En 2020, un equipo de investigadores del instituto logró una hazaña que parecía salida de la ciencia ficción: hacer que una capa de solo 200 átomos alineados se comportara colectivamente como un espejo. Este avance no solo creó un espejo tan pequeño que no se puede ver a simple vista, sino que también abrió nuevas posibilidades en el campo de la óptica cuántica. Al año siguiente, en 2023, los científicos fueron un paso más allá al insertar un solo átomo controlado microscópicamente en el centro de esta estructura, creando un “interruptor cuántico”. Este interruptor permite controlar si los átomos actúan como transparentes o reflectantes, lo que tiene implicaciones significativas para la manipulación de la luz a escalas extremadamente pequeñas.

El doctor Pascal Weckesser, investigador postdoctoral del instituto, explicó que cuando un fotón es absorbido y luego emitido por esta estructura ordenada, se emite en una dirección predecible, lo que convierte a esta formación en un espejo cuántico. Esta capacidad de controlar la dirección en que se refleja la luz tiene potenciales aplicaciones en el desarrollo de tecnologías cuánticas avanzadas, como redes cuánticas a prueba de piratas informáticos, las cuales podrían revolucionar la forma en que almacenamos y transmitimos información en el futuro.

Este espejo cuántico representa un avance significativo en la ciencia de lo infinitesimal, mostrando cómo los principios de la mecánica cuántica pueden aplicarse para crear dispositivos con propiedades ópticas innovadoras. A medida que la investigación en este campo avanza, es probable que veamos aplicaciones aún más sorprendentes que cambien la manera en que entendemos y utilizamos la luz a nivel cuántico.

La tecnología detrás de este componente se describe en “Design and Performance of the Deformable Mirror for the ELT” publicado en las actas de la conferencia SPIE Optical Engineering + Applications.

Espejos ultrafinos de Zeiss

En el noreste de Alemania, cerca de Stuttgart, la compañía de óptica Zeiss está desarrollando una tecnología que, aunque no está destinada a la exploración espacial como los espejos del Telescopio Extremadamente Grande (ELT), es crucial para el avance de una industria terrestre: la fabricación de chips informáticos.

Zeiss ha estado perfeccionando espejos ultrafinos que se han convertido en componentes esenciales de las máquinas de litografía ultravioleta extrema (EUV), utilizadas para imprimir circuitos en las obleas de silicio, que son la base de los microchips. Estas máquinas, fabricadas por la empresa holandesa ASML, son fundamentales para la producción de los chips más avanzados del mundo, que se utilizan en todo, desde teléfonos inteligentes hasta supercomputadoras.

Los espejos EUV de Zeiss son capaces de reflejar la luz en longitudes de onda extremadamente pequeñas, lo que permite una precisión increíble al crear patrones de circuitos diminutos. Para entender la magnitud de esta precisión, se dice que estos espejos pueden hacer rebotar la luz en la superficie de la Tierra y, con ese rebote, distinguir una pelota de golf en la Luna. Esta capacidad es esencial para cumplir con la creciente demanda de miniaturización en la industria de los semiconductores, donde cada vez más transistores deben ser impresos en una única oblea de silicio para crear chips más potentes.

La empresa ha logrado que estos espejos ultrasuaves y los sistemas de control de posición del espejo proporcionen un nivel de precisión que ha permitido a la industria de los semiconductores avanzar a pasos agigantados. De hecho, según el doctor Rohmund de Zeiss, la meta es tener para 2030 un microchip con un billón de transistores, un salto impresionante desde los 100.000 millones que es el estándar actual. Esto no solo acelerará la potencia y capacidad de los dispositivos tecnológicos, sino que también impulsará innovaciones en campos como la inteligencia artificial y el procesamiento de datos.

Davide Deiana, subdirector del sitio de ESO, compara la estructura del ELT con el Coliseo de Roma: “Es como el propio Coliseo de Chile”, declara Deiana, quien también ha trabajado en el observatorio ALMA en Atacama.

La tecnología de Zeiss está, por lo tanto, en el corazón de un cambio tecnológico que podría redefinir lo que es posible en el mundo digital. Sus espejos EUV son la clave para mantener el ritmo en una industria donde la precisión y la innovación constante son imprescindibles para avanzar.