El espejo M4 es fundamental para las correcciones de óptica adaptativa en el ELT de ESO. Este gran espejo deformable, con una superficie reflectante de 2,4 metros de diámetro, será utilizado por todos los instrumentos del telescopio. Su superficie es en extremo delgada (menos de 2 milímetros) y, gracias a 5.000 imanes adheridos a su parte posterior, se mantiene activamente en levitación. Estos imanes tienen un rol fundamental en la deformación de la superficie flexible del M4, ya que permiten hacer ajustes 1.000 veces por segundo con una precisión de unas pocas decenas de nanómetros. Esto es necesario para que el espejo corrija las perturbaciones atmosféricas, que son de muy corta duración y se deben hacer ajustes extremadamente rápido. 

Además de la turbulencia, el espejo adaptativo también ayuda a corregir los movimientos de la estructura principal y de los espejos del telescopio provocados por el viento. Para más información, puede visitar la página dedicada al espejo M4.

Otro componente esencial del sistema de óptica adaptativa del ELT son las cámaras de detección de frente de onda, que son como los “ojos” del telescopio, ya que detectan la luz de las estrellas guía. El ELT estará equipado con tres cámaras de detección de frente onda, cada una con un sensor o detector de imagen distinto, y las usarán tanto el propio telescopio como en los instrumentos científicos. Los sensores de frente de onda realizan, de forma constante, mediciones extremadamente rápidas de las distorsiones atmosféricas, para cambiar la forma de la superficie del espejo deformable. 

Son elementos tan críticos para el funcionamiento de la óptica adaptativa del ELT que ESO decidió hacer gran parte del trabajo de forma interna. Dos de las cámaras, ALICE y LISA, se diseñaron en ESO, mientras que la tercera, FREDA, es la adaptación de una cámara disponible en el mercado. ESO, junto con la compañía internacional Teledyne, también diseñó el sensor para LISA. 

Los computadores de óptica-adaptativa analizan en tiempo real las señales de las cámaras al instante (500 veces por segundo) para calcular la deformación de los espejos, como el M4, y luego corregir las distorsiones provocadas por la turbulencia atmosférica. Para obtener más información, visite la página exclusiva de estos sistemas de control.

Se han desarrollado varias alternativas y cada una de ellas tiene un objetivo en particular. 

Por ejemplo, la óptica adaptativa clásica se lleva a cabo en el modo de Óptica Adaptativa Conjugada Única (o SCAO, por sus siglas en inglés). De esta forma, la turbulencia corregida es la de una proyección cilíndrica de la apertura del telescopio hacia una estrella guía. El SCAO tiene un alto rendimiento, pero un campo de visión pequeño. Además, la fracción de cielo nocturno que este modo permite observar es limitada debido a la baja disponibilidad de estrellas guía naturales lo suficientemente brillantes. Sin embargo, el uso de una estrella guía láser puede contrarrestar esta desventaja, convirtiendo así el SCAO en una Óptica Adaptativa de un Sólo Láser (SLAO, por sus siglas en inglés). De todas maneras, se genera un impacto en el rendimiento debido al “efecto cono”, ya que los láseres se proyectan a una distancia finita, y al “anisoplanetismo”, porque se detecta y corrige solo una parte de la turbulencia. La tecnología SCAO se puede combinar con la coronografía para lograr una resolución espacial y un contraste de imagen extremos, lo que permite, por ejemplo, detectar exoplanetas extremadamente débiles. Los instrumentos MICADO, HARMONI, METIS y ANDES pueden funcionar con SCAO para observar el cielo cercano a decenas de miles de estrellas lo suficientemente brillantes como para obtener un buen rendimiento, pero además se beneficiarán del uso de estrellas guía láser para observar gran parte de la totalidad del cielo.

Incluso, es posible ir un paso más allá y corregir las turbulencias tanto a nivel del suelo como a mayor altitud, usando varios espejos deformables. Esto se consigue con el modo Óptica Adaptativa Multi-Conjugada (MCAO, por sus siglas en inglés). Con esta configuración, se utilizan varios sensores de frente de onda fuera del eje para medir la turbulencia en varias direcciones. Estas mediciones se envían a un reconstructor tomográfico (usando varios láseres y estrellas) que calcula la turbulencia 3D, que a su vez se proyecta sobre los planos deformables para generar los comandos de control. Este modo ofrece un rendimiento medio alto en un campo de visión medio. El modo MCAO con estrella guía láser permite abarcar gran parte del cielo, pero también se necesitan varias estrellas guía naturales, para controlar la turbulencia 3D. MORFEO utiliza el modo MCAO con un espejo deformable (además del M4) que permite corregir la turbulencia atmosférica no sólo en la línea de visión directa del telescopio, sino también en un campo más amplio. Gracias a MCAO, MICADO (cámara que funciona con MORFEO) puede estudiar grandes estructuras o varios objetos a la vez. 

Asimismo, la Óptica Adaptativa de Múltiples Objetos (MOAO, por sus siglas en inglés) entrega otro enfoque complementario. Aquí el objetivo es obtener varias correcciones de turbulencia de campo pequeño dentro de un campo de visión general más grande. De manera similar a MCAO y LTAO, la turbulencia 3D se reconstruye tomográficamente, pero con el modo MOAO, la turbulencia se corrige en las líneas de visión específicas donde se encuentran los objetos en estudio. Esto se hace usando diversos sensores de frente de onda de una estrella guía natural y/o láser en el campo de visión. Un espejo deformable destinado a este uso corrige cada canal científico. Este modo también es compatible con un primer espejo deformable común conjugado, cerca del nivel del suelo.

	SCAO Single Conjugated Adaptive Optics	LTAO Laser Tomography Adaptive Optics	GLAO Ground Layer Adaptive Optics	MCAO Multi-Conjugate Adaptive Optics
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Corrected FoV	Small (10-15 arcsec)	Small (10-15 arcsec)	Large (Several arcmin)	Medium (1-2 arcmin)
Performance/ Strehl ratio*	High	Medium/High	Low	Medium/High
Sky coverage	Small	Large	Large	Large
iInstrument	HARMONI, MICADO, METIS, ANDES	HARMONI	MOSAIC	MICADO, MORFEO

*El Strehl ratio proporciona una medida de cuan buena es la corrección óptica adaptativa. Se define como la proporción entre la intensidad máxima de la imagen corregida con la intensidad máxima alcanzable (Solo si el sistema fuera perfecto).