Mejor visión para los telescopios y los ojos humanos

La óptica adaptativa que corrige las imágenes borrosas del cielo mejora las comunicaciones

Las estrellas en realidad no titilean, es la atmósfera la que distorsiona y difumina su luz, lo que supone un gran incordio en los telescopios instalados en Tierra. Para evitarlo en lo posible, los mejores observatorios del mundo recurren a una técnica llamada óptica adaptativa. Es un método para conocer en todo momento el efecto atmosférico en la luz que llega de los astros y compensar en tiempo real en el telescopio esa aberración para obtener imágenes de gran definición. Pero esta técnica, explotada también en sistemas militares avanzados de observación o de guiado de armas láser, está demostrando su utilidad en otros campos. Así, por ejemplo, en investigación oftalmológica permite compensar deformaciones del ojo y en telecomunicaciones por láser se pueden apuntar y recibir mejor los finos haces de luz cargados de datos.

Los científicos ven con todo detalle el mosaico de conos fotorreceptores del ojo
Los sistemas militares avanzados recurren a esta técnica en armas láser y en observación

Alrededor del asteroide Eugenia orbita un pequeño cuerpo de sólo 13 kilómetros de diámetro; se llama Principito y es 600 veces menos luminoso que el asteroide. No hay forma de observarlo excepto con óptica adaptativa, que proporciona a los telescopios una gran resolución espacial, explica Christophe Dumas, del Jet Propulsion Laboratory (NASA). Desde que en 1998 su equipo descubrió Principito, se han encontrado ocho sistemas binarios de asteroides como ese.

Un poco más lejos han apuntado los astrónomos que han logrado las mejores imágenes hasta ahora de Titán, la misteriosa luna de Saturno, también gracias a esta técnica correctora, informó Seran Gibbard (Laboratorio Nacional Lawrence Livermore) en el simposio Optica adaptativa y sus aplicaciones, de la reunión de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS), celebrada en Denver. Esas imágenes de Titán se han tomado en infrarrojo con uno de los dos telescopios estadounidenses Keck (en Hawai) y "tienen una resolución entre dos y cuatro veces superior a las fotos correspondientes del telescopio Hubble".

Los grandes observatorios del mundo actualmente tienen sistemas de óptica adaptativa, recordaron los expertos en el simposio. La técnica se basa en analizar las turbulencias de la atmósfera en el campo de visión del telescopio, analizar esa información y enviarla a unos actuadores que deforman los espejos y compensan la distorsión.

Para saber cómo está la atmósfera en cada momento sobre el telescopio se pueden utilizar estrellas bien caracterizadas, o crear estrellas artificiales con láser a varios kilómetros de altura sobre el instrumento, y comparar la imagen que se recibe con la que debería ser en ausencia del efecto atmosférico.Uno de los primeros telescopios del mundo en que se desarrolló y utilizó óptica adaptativa es el de 3,5 metros de diámetro del observatorio alemán de Calar Alto (Almería).

La astronomía terrestre está sufriendo una auténtica revolución con la óptica adaptativa, que se añade a otro gran avance: la óptica activa. Ésta última permite hacer telescopios gigantes con espejos de hasta ocho o diez metros -por ahora- que mantienen su forma perfecta gracias a actuadores que los ajustan constantemente.

Por ahora los astrónomos disponen de óptica adaptativa en infrarrojo y una corrección parcial en el visible, que es más difícil, pero "algunos sistemas militares estadounidenses para observaciones desde satélite proporcionan corrección completa en el visible en telescopios de hasta un metro de diámetro", explican los expertos del Observatorio Europeo Austral (ESO), que tienen este sistema en uno de sus cuatro telescopios gigantes VLT (en Chile), y están a punto de instalarlo en otros dos.

Gracias a la óptica adaptativa del Keck, la astrónoma Andrea Ghez ha logrado estudiar el movimiento de estrellas muy próximas al centro de la Vía Láctea (a 24.000 años luz de distancia de la Tierra) y deducir que en el núcleo galáctico muy probablemente hay un agujero negro de masa superior a dos millones de veces la del Sol, explicó en Denver.

Dado que se trata de descifrar algo que se interpone en la visión y deforma la imagen, la óptica adaptativa ha saltado a otros ámbitos. Los investigadores en oftalmología no tienen forma de evitar las imperfecciones de la córnea al mirar en el ojo humano vivo, pero esta técnica les proporciona una estrategia para superar la barrera y ver perfectamente la retina.

Para esta aplicación la óptica adaptativa exige, igual que en astronomía, un sensor del frente de onda y un corrector, comentó en Denver Austin Rooda (Universidad de Houston). "El sensor mide las aberraciones de la onda, envía los comandos a un espejo deformable para hacer las compensaciones y mantiene esta retroalimentación constantemente". Así los científicos ven con todo detalle el mosaico de conos fotorreceptores del ojo.

El siguiente paso es aplicar este sistema para hacer que el ojo vea mejor, compensando las deformidades de las lentes por las que le llega la luz. Lo primero es avanzar en el diagnóstico de patologías de la retina y en terapias de alta precisión en los tejidos, dijo Rooda.

Un haz de luz sirve para transmitir datos, como si fuera una fibra óptica pero en el espacio o la atmósfera. El problema que se encuentran los ingenieros aquí es similar al de los astrónomos: el aire distorsiona el frente de onda de la luz. Por ello han recurrido a la misma técnica, sólo que dando un paso más. "Los sistemas de óptica adaptativa astronómicos o militares han sido unidireccionales, ya sea para corregir la luz que llega de las estrellas a los telescopios o predeformando la luz emitida en el caso de las armas láser", afirma J.Elon Graves. Sin embargo, para telecomunicaciones es útil crear sistemas bidireccionales.

De nuevo hacen falta en este caso sensores de frente de onda y correctores, pero dobles: "Con espejos deformables no sólo se corrige el frente de onda luminoso que llega al receptor, sino que también se pre deforma simultáneamente el frente de onda en el emisor, para compensar así las aberraciones que se sabe que sufrirá el haz luminoso en su recorrido", dijo en Denver este especialista de AOptix Technologies. Con la doble compensación de las turbulencias atmosféricas debidas a fluctuaciones de temperatura, presión y viento, se elimina la dispersión y el centelleo del haz láser y se mantiene perfectamente apuntado al receptor sin pérdida de señal.

Base del espejo del telescopio europeo Yepun del VLT (Chile), con los sistemas Spiffi y Sinfoni (óptica adaptativa).
Base del espejo del telescopio europeo Yepun del VLT (Chile), con los sistemas Spiffi y Sinfoni (óptica adaptativa).MPE

* Este artículo apareció en la edición impresa del martes, 25 de marzo de 2003.

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