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La nueva vida de la óptica adaptativa

Una herramienta concebida para la astronomía está hallando nuevos usos en la lucha contra la basura espacial y en criptografía cuántica.

Un láser crea una «estrella artificial» para calibrar el sistema de óptica adaptativa del Telescopio Muy Grande (VLT) del Observatorio Europeo Austral, en Chile. [Y. BELETSKY/OBSERVATORIO LAS CAMPANAS Y OBSERVATORIO EUROPEO AUSTRAL (ESO)]

En síntesis

La óptica adaptativa es una técnica empleada desde hace décadas por los astrónomos para corregir la distorsión causada por la atmósfera en las imágenes que captan los telescopios. En los últimos años, ha alcanzado un enorme nivel de madurez.

Eso ha abierto la puerta a emplearla con otros fines que impliquen enviar o recibir luz del espacio. Uno de ellos es la posibilidad de monitorizar la basura espacial, así como la de desviar objetos en órbita mediante haces láser.

Otra aplicación se halla en las comunicaciones cuánticas por satélite. Esta técnica requiere un intercambio muy preciso de fotones entre la Tierra y el espacio, lo que también exige contrarrestar la distorsión causada por la atmósfera.

Para los astrónomos se trata de un momento mágico: estás mirando una pantalla y, de repente, la imagen desenfocada de un astro se define y revela todos sus detalles. A esto lo llamamos «cerrar el bucle», en referencia al bucle de control de la óptica adaptativa. Esta técnica permite a los telescopios corregir los efectos de distorsión causados por la turbulencia atmosférica. En términos simples, hace que las estrellas dejen de titilar y consigue que una imagen borrosa se torne nítida.

Una noche del año pasado, nuestro equipo de la Universidad Nacional de Australia estaba cerrando el bucle de un nuevo sistema de imagen diseñado para distinguir residuos espaciales. Sentados en la sala de control de nuestro observatorio del monte Stromlo, con vistas a Canberra, escogimos para esta primera prueba un satélite meteorológico. Era un objetivo fácil: su gran armazón y sus paneles solares resultaban inconfundibles y ofrecían una buena manera de evaluar el comportamiento de nuestro sistema.

Algunos de nosotros jamás habíamos usado un telescopio para observar algo que no fuera una estrella, una galaxia u otro objeto astronómico. Aquel satélite era uno de los miles de objetos artificiales que hoy en día rodean nuestro planeta: un enjambre de aparatos espaciales —la mayoría de ellos inactivos— que amenazan cada vez más con acabar atestando las órbitas cercanas a la Tierra. Nuestra prueba se enmarcaba en una iniciativa para construir sistemas que aborden el problema de la basura espacial y salvaguarden esos corredores orbitales para su uso futuro. Esta es una de las nuevas formas en que se está empezando a usar la óptica adaptativa, tradicionalmente restringida a las observaciones astronómicas. Después de más de tres décadas perfeccionando la técnica, los astrónomos nos hemos percatado de que es posible aplicar tales conocimientos a cualquier problema que requiera enviar o recibir fotones entre el espacio y la Tierra.

La lucha contra la atmósfera

La capa de gas que separa la Tierra del resto del cosmos nos mantiene vivos, pero también altera continuamente la trayectoria de cualquier fotón que la atraviese. Este proceso se debe a la turbulencia atmosférica, la cual se produce cuando se mezclan regiones de aire a distintas temperaturas. Al pasar de un medio a otro, la luz se refracta, razón por la que la inclinación de una pajita sumergida en un vaso de agua parece distinta por debajo el líquido y por encima de él. Lo mismo ocurre cuando la luz viaja a través de regiones de aire que se hallan a temperaturas diferentes: al pasar del aire caliente al frío, la luz se ralentiza y modifica su trayectoria.

Ese efecto es el que hace que las estrellas titilen y que los astrónomos experimenten tantos problemas para obtener imágenes nítidas del firmamento. El impacto de la turbulencia atmosférica puede cuantificarse por medio de un parámetro conocido como «calidad de imagen» (seeing), el cual describe el tamaño angular de la mancha borrosa en que se convierte una estrella al observarla a través de un telescopio terrestre. Cuanto más turbulenta sea la atmósfera, peor será la calidad de imagen. En un buen emplazamiento, como una montaña elevada y con poca turbulencia, este parámetro suele hallarse entre 0,5 y 1 segundos de arco, lo que significa que la resolución de cualquier telescopio quedará necesariamente limitada a ese intervalo.

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