O Laboratório de Espelhos Richard F. Caris da Universidade do Arizona é líder mundial na produção dos maiores espelhos telescópicos do mundo. Na verdade, atualmente está fabricando espelhos para o maior e mais avançado telescópio terrestre:o Telescópio Gigante de Magalhães.

Mas existem restrições de tamanho, variando do próprio peso do espelho, que pode distorcer as imagens, para o tamanho de nossas rodovias e passagens subterrâneas que são necessárias para o transporte de peças acabadas. Esses espelhos gigantes estão atingindo seus limites físicos, mas quando eles fazem, o UA continuará a ser um contribuidor global para a arte de reunir luz e promover mudanças na forma como os astrônomos observam as estrelas.

“Estamos desenvolvendo uma nova tecnologia para substituir espelhos em telescópios espaciais, "disse o professor associado da UA, Daniel Apai, do Observatório Steward e do Laboratório Lunar e Planetário. "Se tivermos sucesso, seremos capazes de aumentar amplamente o poder de coleta de luz dos telescópios, e entre outras ciências, estudar as atmosferas de 1, 000 planetas potencialmente semelhantes à Terra em busca de sinais de vida. "

Apai lidera metade da equipe de ciência espacial, enquanto o professor da UA, Tom Milster, do James C. Wyant College of Optical Sciences, lidera o projeto óptico de um telescópio espacial replicável denominado Nautilus. Os pesquisadores pretendem implantar uma frota de 35 telescópios esféricos de 14 metros de largura, cada um individualmente mais poderoso do que o Telescópio Espacial Hubble.

Cada unidade conterá uma lente meticulosamente trabalhada de 8,5 metros de diâmetro, que será usado para observações astronômicas. Um uso particularmente interessante para Apai é analisar a luz das estrelas enquanto ela filtra as atmosferas planetárias, uma técnica que pode revelar assinaturas químicas de vida.

Quando combinados, o conjunto de telescópios será poderoso o suficiente para caracterizar 1, 000 planetas extrasolares de até 1, 000 anos-luz. Mesmo as missões de telescópio espacial mais ambiciosas da NASA são projetadas para estudar um punhado de planetas extrasolares potencialmente semelhantes à Terra.

"Essa amostra pode ser muito pequena para compreender verdadeiramente a complexidade das exo-terras, "de acordo com o artigo de co-autoria de Apai e Milster, que foi publicado em 29 de julho no Astronomical Journal junto com vários outros autores, incluindo o astrônomo do Observatório Steward Glenn Schneider e Alex Bixel, um astrônomo e estudante de pós-graduação da UA.

Para desenvolver o Nautilus, Apai e Milster definiram uma meta e projetaram o Nautilus para alcançá-la.

"Queríamos pesquisar 1, 000 planetas potencialmente semelhantes à Terra em busca de sinais de vida. Então, nós primeiro perguntamos, que tipos de estrelas têm maior probabilidade de hospedar planetas? Então, quão longe precisamos ir no espaço para ter 1, 000 planetas semelhantes à Terra orbitando ao redor deles? Acontece que é mais de 1, 000 anos-luz - uma grande distância, mas ainda apenas uma pequena parte da galáxia, "Apai disse." Nós então calculamos a energia de coleta de luz necessária, que acabou por ser o equivalente a um telescópio de 50 metros de diâmetro. "

O espelho Hubble tem 2,4 metros de diâmetro e o espelho do Telescópio Espacial James Webb tem 6,5 metros de diâmetro. Ambos foram projetados para finalidades diferentes e antes mesmo de exoplanetas serem descobertos.

"Os espelhos do telescópio coletam luz - quanto maior a superfície, quanto mais luz das estrelas eles podem pegar, "Apai disse." Mas ninguém pode construir um espelho de 50 metros. Então, criamos o Nautilus, que depende de lentes, e em vez de construir um espelho impossivelmente grande de 50 metros, planejamos construir um monte de lentes menores idênticas para coletar a mesma quantidade de luz. "

As lentes foram inspiradas em lentes de farol - grandes, mas leves - e incluem ajustes adicionais, como escultura de precisão com ferramentas com ponta de diamante. O design patenteado, que é um híbrido entre lentes refrativas e difrativas, torná-los mais poderosos e adequados para a caça de planetas, Disse Milster.

Como as lentes são mais leves do que os espelhos, eles são mais baratos para lançar no espaço e podem ser feitos de forma rápida e barata usando um molde. Eles também são menos sensíveis a desalinhamentos, tornando os telescópios construídos com essa tecnologia muito mais econômicos. Muito parecido com o que a Ford fez com os carros, Ikea fez para móveis, e SpaceX para foguetes, Nautilus usará nova tecnologia, um design mais simples, e componentes leves para fornecer telescópios mais baratos e eficientes com maior poder de coleta de luz.

Os telescópios Nautilus também não requerem nenhuma técnica sofisticada de observação.

"Não precisamos de imagens de contraste extremamente alto. Não precisamos de uma espaçonave separada com uma sombra gigante para ocultar as estrelas hospedeiras do planeta. Não precisamos ir para o infravermelho, "Apai disse." O que precisamos é coletar muita luz de uma forma eficiente e barata. "

Nas últimas décadas, computadores, instrumentos eletrônicos e de coleta de dados tornaram-se menores, mais barato, mais rápido e eficiente. Espelhos, por outro lado, são exceções a esse crescimento, pois não viram grandes reduções de custos.

"Atualmente, espelhos são caros porque levam anos para moer, polonês, casaco e teste, "Apai disse. Seu peso também torna caro para lançar." Mas nossa tecnologia Nautilus começa com um molde, e muitas vezes leva apenas algumas horas para fazer uma lente. Também temos mais controle sobre o processo, então, se cometermos um erro, não precisamos começar tudo de novo como você pode precisar com um espelho. "

Adicionalmente, o risco seria distribuído por muitos telescópios, então se algo der errado, a missão não é descartada. Muitos telescópios permanecem.

“Tudo é simples, barato e replicável, e podemos coletar muita luz, "Disse Apai.

Apai e Milster têm outra visão se tiverem sucesso:"Usando o baixo custo, tecnologia de telescópio espacial replicada, universidades seriam capazes de lançar seus próprios pequenos, Telescópios de observação da Terra ou do espaço. Em vez de competir por bits de tempo no Hubble, eles teriam seu próprio telescópio, controlados por suas próprias equipes, "Disse Apai.

Em janeiro, A equipe de Apai e Milster, junto com o professor assistente da UA Dae Wook Kim e o professor Ronguang Liang da Faculdade de Ciências Óticas e Jonathan Arenberg da Northrop Grumman Aerospace Systems, recebeu US $ 1,1 milhão da Fundação Moore para criar um protótipo de um único telescópio e testá-lo no Telescópio Kuiper de 61 polegadas no Monte Bigelow até dezembro de 2020.

"A Universidade do Arizona é apenas um dos poucos lugares do mundo, e geralmente o primeiro do mundo, para gerar tais sistemas de telescópio pioneiros, "Milster disse." E isso se encaixa perfeitamente em linha com nossa história e nossa proeminência nas ciências ópticas e astronomia que desenvolvemos esta tecnologia. "