Los Radiotelescopios

El ojo humano es sensible a una banda muy estrecha de las ondas electromagnéticas: la comprendida entre 0,4 y 0,8 µm, que se denomina banda de la luz visible y que constituye la llamada "ventana óptica" al cosmos, la única utilizable hasta hace unas pocas décadas. Pero, en realidad, las ondas electromagnéticas se extienden desde las brevísimas longitudes de onda de los rayos gamma (del orden de milmilloné-simas de milímetro) hasta los miles de metros de las ondas de radio. La fotografía, en uso astronómico desde hace poco más de un siglo, además de ofrecer otras muchas ventajas había ampliado un poco la "ventana óptica". Para captar las ondas muy cortas, como los rayos gamma y X, que quedan completamente bloqueadas por la atmósfera, ha sido preciso esperar hasta el inicio de la era espacial.

La "ventana radio", por su parte, que se extiende en longitud de onda desde un milímetro hasta una decena de metros, tras las observaciones pioneras de los años 30 ha comenzado a abrirse hace apenas cuarenta años, con la aparición de los radiotelescopios.

Los radiotelescopios son aparatos que captan las ondas de radiofrecuencia procedentes del espacio. Esto permite determinar la posición de las radiofuentes en la bóvedaceleste y estudiar dichos objetos en la frecuencia en la que está sintonizado elradiotelescopio. Estos aparatos son empleados para estudiar señales de radio de origen extraterrestre.

Durante muchos años, los astrónomos se concentraron en el estudio de longitudes de ondas relativamente largas, cercanas a 1 m, para las que era fácil construir grandes estructuras de antenas y receptores sensibles. Al desarrollarse las técnicas para construir estructuras más grandes y más precisas, y perfeccionarse los equipos de recepción de onda corta, las bandas de longitud de onda de hasta 1 mm cobraron especial importancia. Al mismo tiempo, el desarrollo de la tecnología espacial permitió realizar observaciones de longitudes de onda muy largas por encima de la ionosfera, por lo general opaca a la radiación de longitud de onda superior a 20 metros.

Los radiotelescopios revolucionaron el campo de la investigación astronómica desde su aparición en los años 30. Se trata básicamente de radioreceptores de altísima sensitividad operando en frecuencias (o longitudes de onda) en las que la atmósfera terrestre es transparente. Análogamente a los telescopios ópticos, los radiotelescopios estudian dos tipos de emisión: la emisión contínua y líneas de emisión. La emisión contínua de radio abarca un amplio intervalo espectral. Se estudia al observar un gran número de frecuencias con el mayor ancho de frecuencia posible. Las líneas de emisión se estudian en un intervalo de frecuencias muy angosto, frecuentemente de unos cuantos kiloHertz. Así por ejemplo, la emisión de radio de 1420 MHz por el hidrógeno neutro es de fundamental importancia para la astronomía.

Funciones

El propósito de un radiotelescopio es el de detectar y estudiar fuentes de radio celestes. Engeneral, el radiotelescopio ideal debe ser capaz de proporcionar la información más completay precisa de los parámetros de una fuente de radio como son:

• La posición de la fuente en el cielo
• La potencia total de flujo de la fuente y en el caso de que esta fuente tenga una extensiónangular apreciable, la manera en que este flujo de potencia por ángulo sólido (brillantes)está distribuida.
• La polarización y en caso de que la fuente sea extensa, la manera en la cual ésta varía con la posición.
• La modulación de la señal
• La dependencia del flujo de potencia en función de la frecuencia, esto es, el espectro.
• La variación de la posición, flujo de potencia, polarización y modulación con el tiempo, el cual puede ser debido al movimiento y variabilidad en la potencia de la fuente.

Principios de Operación

Los radio telescopios existen en muchas formas, pero todos tienen dos componentes básicos: una antena para captar las radio ondas, y un receptor para convertir las ondas a una señal eléctrica.

El estilo más reconocido es la antena parabólica, o un telescopio de "plato'', que funciona en una manera muy parecida a la de antenas para recibir televisión de satélites. Como se ve en la figura, radio ondas llegando de los astros cayen sobre el plato reflectora. Este, debido a su forma parabólica, enfoque las ondas en un punto central llamado el foco . Se puede colocar un receptor en el foco para recibir las ondas, pero el diseño más común (el llamado telescopio Cassegrain ) tiene un segundo reflector en esta posición, que refleja las ondas una segunda vez, pasándolas al receptor ubicado atrás del plato parabólico (ver figura).

Las radio ondas llegando de los astros están muy débiles, después de su largo viaje por el espacio. Por lo tanto, las antenas para recogerlas deben ser tan gran tamaño y alta eficiencia para captar la máxima energía posible. Más aún, el radio receptor debe ser de alta sensitividad. Típicamente se utilizan amplificadores enfriados a temperaturas criogénicos (de 200 a 270 grados por debajo de cero) para captar las señales sin añadir ruido a ellas. Aun con grandes antenas y sensibles receptores, es común que los astrónomos tienen que observar durante muchas horas y útilizar técnicas avanzadas en el procesamiento de señales para detectar estas señales cósmicas.

La radioastronomía

El estudio de las radiaciones que emiten los cuerpos celestes se denomina radioastronomía. Se trata de una rama de la astronomía mediante la cual es posible "observar" (obtener datos de) cuerpos y situaciones que son imposibles de detectar con la astronomía óptica.
En el campo de la radioastronomía, para obtener buenas señales hay que utilizar grandes antenas o varios grupos de antenas que funcionen en paralelo. Cuando dos o más radiotelescopios son combinados apropiadamente, pueden formar un gran radiotelescopio. La técnica para combinarlos y analizar el conjunto de las señales de radio que reciben se denomina radiointerferometría.

Principales radiotelescopios

• Radiotelescopio Interferómetro Cambridge
• Radiotelescopio en Jodrell Bank de 76 metros de diámetro.
• El Gran Telescopio Milimétrico o LMT) con una antena de 50 metros en 2km² puede captar señales en el orden de las longitudes de onda de 1 a 4 milímetros.
• El radiotelescopio individual más grande del mundo se encuentra en Rusia, es el RATAN-600 consistente en 895 reflectores rectangulares dispuestos en un círculo de 576 metros de diámetro.
• El más grande de Europa se encuentra en Alemania con una antena de 100 metros de diámetro.
• El radiotelescopio más grande de los EE.UU hasta 1998 era el Big Ear de la Universidad Estatal de Ohio.
• El radiotelescopio más popular del mundo es el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico.
• El radiotelescopio más grande del mundo se prevee sea el Radiotelescopio SKA, (Square Kilometer Array, por su sigla en inglés).
• El radiotelescopio espacial RadioAstron más conocido por Spektr R, diseñado por la Academia Rusa de Ciencias, SA Lavochkin, Roscomos y en colaboración con numerosas organizaciones rusas e internacionales. Fue lanzado en órbita terrestre el 18 de julio de 2011, con una órbita muy elíptica, siendo su perigeo de 10.000 kilómetros y su apogeo de 340.000 kilómetros, prácticamente llegando a la órbita de la Luna.

El primer radiotelescopio del que se tiene noticia fue construido por el ingeniero estadounidense Grote Reber en el año 1937. Desde entonces se han venido desarrollado varios tipos diferentes de telescopios para un amplio rango de longitudes de onda, tanto de radio como de rayos gamma. El radiotelescopio de Reber poseía una longitud de nueve metros. Tan sólo 20 años después, en 1957, fue superado por el radiotelescopio de Jodrell Bank, que media 76 metros.