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Apanhar a Onda

Frente de Onda?

Uma das grandes inovações do Webb é um novo conjunto de algoritmos de detecção e controlo da frente de onda. Sem este desenvolvimento o Webb não seria capaz de garantir a qualidade de imagem e precisão necessárias para atingir os seus objectivos.

Mas… o que é uma frente de onda?

No caso das ondas do mar que se propagam em direcção à praia, o que oscila é a água, para cima e para baixo. A luz também se propaga como uma onda, mas o que oscila é o campo electromagnético. O campo eléctrico e o campo magnético oscilam perpendicularmente um ao outro, e perpendicularmente à direcção de propagação.

Esquerda: Esboço de ondas do mar deslocando-se da esquerda para a direita. Direita: esboço de ondas de luz (electromagnéticas) propagando-se da esquerda para a direita.

Uma frente de onda pode ser entendida como pontos ao longo da dita onda que partiram ao mesmo tempo, e chegarão ao mesmo tempo ao telescópio Webb. Nos desenhos abaixo, a luz propaga-se da esquerda para a direita. As linhas vermelhas verticais são frentes de onda, por exemplo, assinalando as cristas da onda de luz. Os pontos ABC estão na mesma frente de onda, a linha mais à esquerda.

Onda que se propaga para a direita transportando informação sobre pontos ABC. Reflexão preserva frente de onda produzindo uma imagem fidedigna dos pontos ABC.
Onda que se propaga para a direita transportando informação sobre pontos ABC. Reflexão da onda em segmentos de espelho degrada a frente de onda produzindo uma má imagem dos pontos ABC.
Onda que se propaga para a direita transportando informação sobre pontos ABC. Reflexão em segmentos de espelho degrada a frente de onda produzindo uma má imagem dos pontos ABC.

Ao chegar ao Webb, a luz reflecte no espelho (à direita no desenho) que reflecte as frentes de onda focando-as numa imagem que contem os pontos ABC. Mas o espelho do Webb é formado por 18 segmentos independentes. No desenho, as linhas amarelas representam os segmentos, num caso bem alinhados, noutro mal alinhados.

No caso dos espelhos bem alinhados, os pontos ABC são reflectidos de modo a formar uma imagem semelhante na frente de onda reflectida. Tal não é o caso se os segmentos estiverem mal alinhados: os pontos ABC saem baralhados na frente de onda reflectida e não formam uma imagem útil.

O alinhamento é muito mais complexo do que o desenho mostra, dado que cada segmento tem 7 graus de liberdade (3 de rotação, 3 de translação, e um de curvatura).

É aqui que entra a inovação. Os processos tradicionais de alinhamento da frente de onda são incrivelmente complexos e morosos. Além disso, certas imagens do Webb requerem horas de exposição, o que implica que o alinhamento (a qualidade da imagem) tem que ser mantida com enorme estabilidade. Só com os novos algoritmos de detecção e controlo da frente de onda desenvolvidos especialmente para o Webb é possível garantir as imagens que já vimos (p.ex. Sopa de Galáxias).

Aplicação Imediata em Medicina

Os preciosos algoritmos já se tornaram num caso de sucesso de Transferência de Tecnologia. Este termo descreve aplicações de uma tecnologia numa área diferente daquela para que foi desenvolvida.

A investigação em astrofísica é terreno fértil para Transferências de Tecnologia. As redes Wi-Fi, os detectores de raios X em aeroportos, os CCDs com que tiramos fotografias no nosso telemóvel, os exames TAC e de ressonância magnética, e melhoramentos em painéis solares são alguns exemplos de contribuições desta área da ciência que, embora inspire muita gente, frequentemente lida com questões do tipo: “Mas para que é que serve estudar a formação dos planetas?”

No caso da detecção e alinhamento da frente de onda no Webb, a aplicação imediata deu-se na área da medicina, em oftalmologia. A mesma tecnologia está já a ser utilizada na detecção de pequenas irregularidades no globo ocular. Um exame que demorava horas e pode agora ser realizado em segundos, e com resolução 5x superior. O exame permite decidir o tipo de tratamento e correcção usando, por exemplo, a cirurgia LASIK.

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