Observar el Sol como nunca hasta ahora

El Sol parece tan próximo que se pueda tocar y es fuente de vida para la Tierra. Y, sin embargo, aún se tiene un conocimiento sorprendentemente pequeño acerca de los procesos que tienen lugar en esta estrella. Los investigadores quieren cambiar esta situación con ayuda del nuevo telescopio solar Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) en la isla de Maui, en Hawái. Con este objetivo, el Instituto Kiepenheuer de Física Solar de Friburgo desarrolla el Visible Tunable Filter. El ajuste del filtro se controla mediante sistemas lineales de medida con una precisión inferior al nanómetro.

“Conocemos la actividad que se desarrolla sobre la superficie solar. ¡Pero no podemos ver por qué! “Así describe el doctor Wolfgang Schmidt, director de Observaciones en el departamento de Física Solar Experimental del Instituto Kiepenheuer de Friburgo, el estado actual de la investigación sobre el Sol. A partir de 2019, el nuevo telescopio DKIST en Hawái debe permitir ver el ‘por qué’. Con un diámetro de espejo de cuatro metros será el mayor telescopio solar del mundo y permitirá así una visión especialmente detallada sobre la superficie del Sol.

El principio de funcionamiento del filtro VTF es relativamente sencillo. La luz solar es guiada a través del espacio de aire entre dos placas de vidrio semitransparente recubiertas de un determinado material. De este modo se obtiene una interferencia de la luz que atraviesa el espacio de aire a través del cual está acanalada, lo que da como resultado un filtrado de la longitud de onda. El rango espectral filtrado resulta del ancho del espacio de aire, y con ello de la distancia entre las placas de vidrio. Así de simple, si no fuera por las dimensiones de las placas de vidrio y los requerimientos en cuanto a precisión de las placas de vidrio y del espacio de aire. Cuando sea puesto en marcha en Hawái en 2019, el sistema completo del VTF, incluyendo la estructura de soporte, tendrá una altura de dos pisos y un peso aproximado de cuatro toneladas. Sólo una de las dos placas de vidrio pesa ya más de 20 kg.

Para el sistema de medida, esto representa un complejo trabajo de extrema precisión, ya que, para poder alcanzar en cada paso la precisión de posicionamiento requerida una y otra vez, el sistema de medida debe ser capaz de realizar pasos de medición de 20 pm. Además, los errores de medición a lo largo de una hora no pueden sobrepasar los 100 pm en total. Éstas son dimensiones correspondientes a los diámetros de los átomos.

A fin de que el VTF funcione realmente tal y como lo han concebido sus diseñadores, el ingeniero Clemens Halbgewachs del Instituto Kiepenheuer de Física Solar está probando con su equipo la configuración en una versión a escala reducida, en la que un láser funciona como el Sol. Su rayo es guiado mediante prismas, espejos y lentes a través de las placas de vidrio para retornar a una cámara de alta velocidad que registra 40.000 imágenes por segundo. Estas imágenes son analizadas, permitiendo obtener conclusiones acerca de la precisión alcanzada en el posicionamiento de las placas de vidrio entre sí.

“El punto crítico de toda esta configuración es la medición de la distancia”, confirma Clemens Halbgewachs en base a las experiencias obtenidas hasta la fecha. En torno a las dos placas de vidrio están montados seis sistemas lineales de medida Heidenhain del modelo LIP 382 con cabezal captador estándar y regla personalizada. Tres de ellos determinan la posición de la placa superior, y otros tres la de la placa inferior. Los valores de posición registrados son enviados a una electrónica de control que ajusta la posición de la placa superior mediante elementos piezoeléctricos.

Pero, ¿por qué se mide también la posición de la placa inferior, si sólo se mueve la placa superior? Clemens Halbgewachs sonríe: “De hecho, al principio medíamos sólo la posición de la placa superior mediante tres sistemas lineales de medida. Lamentablemente no estábamos en absoluto satisfechos con la precisión Por ello nos pusimos a investigar las causas, y las encontramos. El sistema completo reacciona a los más mínimos cambios. Una variación de temperatura de tan sólo una centésima de grado ya afecta a la posición de la placa inferior.” A fin de registrar estas fluctuaciones, se implementaron tres sistemas lineales de medida adicionales para la placa inferior montada de forma fija.

En las pruebas actuales, la precisión alcanzable de forma fiable y constante de la configuración actual es de 0,17 nm por hora, siendo el objetivo conseguir 0,1 nm por hora. KIS y Heidenhain están trabajando codo con codo en esa dirección. “El soporte que estamos recibiendo de Heidenhain es realmente extraordinario. Una simple reunión se convierte, en un abrir y cerrar de ojos, en todo un curso de formación sobre cómo adherir las reglas de forma adecuada”, elogian Wolfgang Schmidt y Clemens Halbgewachs. “La colaboración es muy productiva. En Heidenhain encontramos interlocutores que comprenden plenamente nuestra problemática específica, y que poseen un gran conocimiento”. De este modo, los investigadores solares se aproximan a su meta, paso a paso, en la confianza de poder obtener, a partir del año 2019, una visión totalmente nueva y altamente precisa de los procesos sobre la superficie solar.