En todas las ocasiones en la que he visto Contact (tres veces creo recordar) me he hecho muchas preguntas sobre el conjunto de antenas gracias a las que la doctora Ellie Arroway (Jodie Foster) descubre una señal extraterrestre a 4.46GHz proveniente de la estrella Vega, a 27 años luz. Desempolvando las clases de Radiocomunicación de mis años de universidad y gracias al siempre presente Google logro resolver muchas de las dudas que se me plantean y que he querido repasar a través de este post.
La pregunta principal que creo que nos hacemos todos al ver esas antenas en la película es: ¿para qué sirven?, es decir, está claro que una antena sirve para captar señales pero, ¿qué características hacen especial a ese conjunto de antenas que se ven y en qué se diferencia de una simple antena?.
Veamos algunos datos para ponernos en situación.
El nombre real de este conjunto de antenas denominado "Argus Array" en la gran pantalla es VLA (Very Large Array) y está situado en las Llanuras de San Augustin, entre las localidades de Magdalena y Datil, a unos 80 km al oeste de Socorro, New Mexico, EEUU. El VLA es un observatorio radioastronómico y como tal su función es la estudiar los objetos celestes y los fenómenos astrofísicos midiendo su emisión de radiación electromagnética permitiéndonos ver cosas imposibles de detectar por la astronomía óptica.
El observatorio consiste en 27 radio antenas independientes (la magia de Hollywood elevó este número a 131), cada una de las cuales tiene un diámetro de disco de 25 metros y un peso de 230 toneladas. Las antenas están alineadas a lo largo de tres brazos en forma de Y (cada uno mide 21 km). Usando las vías férreas que siguen cada uno de estos brazos y una locomotora especialmente diseñada, las antenas pueden ser resituadas físicamente a un número de posiciones preparadas denominadas A, B, C y D, siendo D la mayor con una separación de 36km con respecto al centro y A la menor, con una separación de 1Km.
La respuesta a la preguntas planteadas anteriormente se encuentra en la "resolución angular" ya que el objetivo del VLA es conseguir una mayor resolución angular de la que se podría obtener con una sólo de las antenas que lo forman.
La resolución angular, expresada normalmente en arcseconds, se podría definir como la habilidad de un dispositivo de imagen para medir la separación angular de dos puntos en un objeto, es decir, la separación entre dos objetos observados desde un punto distinto a éstos. Por tanto, cuanto mayor sea la resolución angular de un radiotelescopio mayor será la precisión de la imágenes que obtiene.
Matemáticamente puede ser aproximada como:
R = λ/Ddonde λ es la longitud de onda de la radiación observada y D el diámetro del objetivo del telescopio.
Por tanto obtendremos mayor resolución cuanto mayor sea el diámetro de nuestra antena. Este resultado hace que la precisión de un radiotelescópio venga limitada (entre otros muchos factores) por el tamaño de la antena empleada y que para conseguir una resolución angular comparable a la que poseen los telescopios ópticos (que trabajan a una longitud de onda del orden de 100.000 veces menor) necesitaríamos un diámetro de antena de varias docenas de kilómetros, algo que se hace imposible en la práctica.
Este problema es resuelto por la interferometría, que se basa en el uso de varias antenas observando simultáneamente el mismo objeto, de manera que la resolución total del sistema es mucho mayor que la resolución de una antena por separado. De hecho, la resolución es equivalente a la que tendría una antena cuyo diámetro fuese igual a la separación máxima de las antenas.
Utilizando la interferometría la resolución angular puede ser aproximada como:
R = λ/Bdonde λ es la longitud de onda de la radiación observada y B es la longitud de la máxima separación física entre dos telescopios del array, denominada baseline.
Puesto que la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, la resolución angular dado una B variará según la frecuencia de radiación observada. El VLA trabaja en un rango de frecuencias comprendido entre los 74MHz y los 43GHz y es a los 43GHz y con tamaño del array configurado a 36km (D) cuando alcanza su resolución angular máxima: 0.04 arcseconds. Suficiente para distinguir una bola de golf sostenida por un amigo a 150 km (por supuesto, las bolas de golf contienen radiotransmisores de alta potencia...).
Dicho todo esto, creo que queda resuelta la duda de qué tiene el VLA de especial frente a una antena sola: una alta resolución evitando una única antena de tamaño descomunal.
El problema ahora es que indagar sobre este tema me ha creado una docena de dudas que antes no tenía... pero mejor cortar el post aquí.
Para los que tengan más curiosidad: NRAO - VLA
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