El telescopio solar GREGOR en el escenario de la investigacio n internacional

GREGOR es un telescopio alemán actualmente instalado en el Observatorio del Teide

del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en Tenerife. Con una apertura de 1,5 metros,

es actualmente el telescopio solar más grande de Europa y el tercero en dimensiones del

mundo. Además de su diámetro, su avanzada tecnología permitirá a la comunidad científica

–española, alemana e internacional- estudiar el Sol con un nivel de detalle sin precedentes

hasta la fecha. No sólo se podrán comprender mejor los procesos físicos que acontecen en

la mayoría de estrellas del universo, sino también resolver cuestiones terrenales: la

actividad solar afecta e incluso daña los satélites y las redes de energía de diferentes

regiones de la Tierra. Profundizar en su conocimiento puede ayudar a mitigar estos

problemas de alto impacto económico.

GREGOR ha sido diseñado para realizar observaciones de la fotosfera y cromosfera

solares con alta resolución espacial, espectral y temporal, tanto en el rango visible del

espectro como en el infrarrojo. Gracias a un novedoso sistema de óptica adaptativa, que

compensa las turbulencias atmosféricas, GREGOR logrará una calidad de imagen que,

hasta el momento, ningún telescopio solar terrestre había obtenido.

Una arquitectura singular

Al contrario de los telescopios solares tradicionales, el diseño de GREGOR es

completamente abierto para permitir que el aire circule libremente a través del telescopio y

refrigere su estructura y los espejos, eliminando así la turbulencia que se produce por el

calentamiento de todo el entorno del telescopio. La cúpula clásica ha sido sustituida por un

techo completamente retráctil que fue diseñado y construido en 2004 por la Universidad

Técnica de Delft (Países Bajos). Esta especial arquitectura exige una gran estabilidad

mecánica en la estructura del telescopio para eliminar las vibraciones producidas por el

viento, incluso en condiciones de fuerte viento.

El espejo primario, de 1,5m de diámetro, está hecho de una pieza extremadamente fina

de Zerodur®, un material especial que apenas sufre alteraciones al ser sometido a la

radiación solar y a los cambios de temperatura, evitando así que las imágenes se deformen.

Al haber sido fabricado con “Tecnología de materiales ligeros”, tiene un peso de solo 205

kilogramos. El espejo recibe además refrigeración activa por la parte trasera para evitar que

se recaliente debido a la luz solar que absorbe. De esta forma, puede mantenerse de

manera fiable a temperatura ambiente, con una variación máxima de una pequeña fracción

de grado.

La configuración óptica de GREGOR es de

tipo Gregory-Coudé –de ahí su nombre-, con

tres espejos cóncavos (M1, M2 y M3) que reflejan

la luz y forman la imagen, entre ellos, el espejo

primario (M1) de 1,5m que es el encargado de

colectar la luz. Otros espejos envían la luz hacia

el interior del edifico, al laboratorio óptico, en el

que se encuentra la instrumentación. La

estructura del telescopio se soporta en una

montura Alt-Azimutal que permite una precisión

en el apuntado de 0,25 segundos de arco. Este

tipo de montura permite mover el telescopio

sobre dos ejes perpendiculares, en torno al eje

vertical (movimiento en azimut) y al horizontal

(movimiento en altura o elevación).

Instrumentacio n avanzada

Al llegar al laboratorio, la luz se encuentra con un sofisticado sistema de óptica adaptiva

que compensa en tiempo real el deterioro de la imagen causado por las turbulencias en la

atmósfera terrestre. GREGOR es el primer telescopio solar que estará equipado con lo que

se denomina un sistema de óptica adaptativa multi-conjugada (MCAO, por sus siglas en

inglés), formado por varios espejos deformables que compensan un gran campo de visión

de aproximadamente 1 minuto de arco, por lo que permitirá ver una gran región de la

superficie solar con buena calidad óptica. Este sistema proporciona una imagen mucho más

nítida, clara y estabilizada a los instrumentos científicos de GREGOR que la imagen directa

o los sistemas clásicos de óptica adaptativa.

Actualmente, GREGOR cuenta con tres instrumentos para observaciones científicas del

Sol: un instrumento que obtiene imágenes de banda ancha y dos espectrómetros para medir

los campos magnéticos y los flujos de plasma a diferentes alturas en la atmósfera solar. Los

espectrómetros son complementarios entre sí, tanto en la forma en que observan el Sol,

como en el rango de longitudes de onda que cubren.

El sistema de imagen de banda ancha „Broad-band Imager‟, que ha sido construido

por el Instituto de Física Solar Kiepenheuer de Friburgo, es un instrumento que,

esencialmente, toma fotografías de la superficie solar para hacer investigación morfológica

de las estructuras a pequeña escala del Sol, a lo largo de todo el rango visible del espectro.

Además, tiene la posibilidad de analizar la calidad óptica del telescopio.

El instrumento „GREGOR Fabry-Pérot Interferometer (GFPI)‟ (interferómetro Fabry-

Pérot de GREGOR), que ha sido construido por los Institutos de Astrofísica de Göttingen y

Potsdam, se utiliza para obtener imágenes de banda muy estrecha de la superficie solar. Es

un espectro-polarímetro que permite obtener mapas de temperatura, velocidad del plasma

y campo magnético en la fotosfera y cromosfera solares. El rango de longitudes de onda

que analiza está comprendido dentro de la parte visible del espectro.

El tercer instrumento está formado por el „Grating Infrared Spectrograph (GRIS)‟, un

espectrógrafo de rendija larga que estudiará la atmósfera solar en el rango infrarrojo del

espectro, entre 1 y 2 micrómetros, y que funcionará conjuntamente con el polarímetro

infrarrojo TIP-II (Tenerife Infrared Polarimeter), ambos diseñados y desarrollados en el

Instituto de Astrofísica de Canarias. El conjunto será capaz de generar mapas detallados de

los campos magnéticos en la fotosfera y cromosfera solares.

La calidad de imagen que va a proporciona GREGOR, que se espera sea mejor que la

obtenida con los telescopios espaciales, junto con la espectro-polarimetría en el visible y en

el infrarrojo van a proporcionar datos únicos en el estudio de nuestra estrella.

El objeto de estudio

La Física Solar es una rama importante de la Astrofísica, siendo el punto de conexión

entre la física estelar y la física del medioambiente terrestre, así como de temas

fundamentales en física del plasma y física de las astropartículas. El Sol, prototipo de una

estrella de secuencia principal, es la única estrella en la que se puede estudiar la actividad

magnética y la convección con una resolución espacial y temporal que resulte útil. Esta es la

única forma de realizar pruebas fiables de las teorías sobre los procesos físicos que

gobiernan la superficie visible de las estrellas.

La atmósfera solar proporciona un gigantesco laboratorio donde estudiar los plasmas

bajo la influencia de la gravedad, la rotación y varios mecanismos de transporte de energía.

Los resultados obtenidos son de gran valor para aplicaciones técnicas, como los

generadores magnetohidrodinámicos (MHD). La radiación solar y los campos magnéticos

determinan las propiedades del entorno cercano a la Tierra. Las variaciones en las

propiedades solares pueden tener un enorme impacto en el clima, la biosfera e incluso en la

tecnología. El poder realizar predicciones fiables de dichas variaciones puede reducir el

efecto o prevenir algunas de sus consecuencias, pero ello requiere un conocimiento

exhaustivo de la física subyacente, y este solo puede obtenerse mediante observaciones

continuas y precisas. GREGOR va a constituir un componente de gran relevancia dentro de

la instrumentación requerida para alcanzar este objetivo.

GREGOR será el telescopio que no descansa: durante la noche, cuando no puede

observar el Astro Rey, GREGOR se usará para observar otras estrellas de nuestra galaxia.

Se dedicará principalmente a aquellos programas que requieren la monitorización regular de

objetos estelares, un aspecto observacional que a menudo no puede realizarse de forma

satisfactoria mediante telescopios exclusivamente estelares de mayor tamaño.

Colaboracio n Internacional

GREGOR ha sido construido por un consorcio alemán liderado por el Instituto de Física

Solar Kiepenheuer de Friburgo, con el Instituto de Astrofísica de Potsdam-Leibniz y el

Instituto de Investigación Solar Max Planck en Katlenburg/Lindau como socios. En él, han

participado también el Instituto de Astrofísica de Canarias (España), el Instituto de

Astrofísica de Göttingen (Alemania) y el Instituto Astronómico de la Academia de Ciencias

de la República Checa. Será accesible a la comunidad internacional de Física Solar

mediante acuerdos de cooperación y colaboraciones en proyectos, con lo que supondrá un

gran impulso para la Física Solar europea.

El coste total del telescopio GREGOR y de sus primeros instrumentos asciende a unos

12,85 M€. La mayor parte de dichos costes fue asumida por los institutos alemanes

asociados en el Consorcio: el Instituto de Física Solar Kiepenheuer de Friburgo (KIS), el

Instituto de Astrofísica de Potsdam-Leibniz (AIP), el Observatorio Universitario de Göttingen

(USG, hasta 2008) y el Instituto de Física del Sistema Solar Max-Planck en Katlenburg-

Lindau (MPS, desde 2009). A través de su participación en la financiación del Instituto de

Leibniz, el Ministerio Federal alemán de Educación e Investigación (BMBF) aportó unos 4,8

M€, el Estado de Baden-Württemberg contribuyó con unos 2,5 M€ y el Estado de

Brandenburg con unos 1,1 M€. El USG (financiado por el Estado de Baja Sajonia) y el MPS

(respaldado por la Sociedad Max-Planck) contribuyeron con un total de unos 2,7 M€,

aportados a partes iguales. El resto de estados alemanes aportaron un total de 1,2 M€ y

también hubo contribuciones por parte del Instituto de Astrofísica de Canarias, la Academia

de las Ciencias Checa y la Comisión Europea.