Bolómetro

Imaxe de bolómetro tea de araña para a medición da radiación do fondo cósmico de microondas.

Un bolómetro (do grego: βολόμετρον "bolometron", ou medidor (-μετρον) de cousas lanzadas (βολο-)) é un instrumento científico empregado para medir a cantidade total de radiación electromagnética que emite un obxecto en tódalas lonxitudes de onda. A medición faise recollendo unha medida da temperatura por un detector iluminado pola fonte emisora a estudar.

Foi inventado polo astrónomo estadounidense Samuel Pierpont Langley arredor do ano 1880, para o estudo da radiación infravermella do Sol.

A magnitude bolométrica dunha estrela é a súa luminosidade na totalidade do espectro electromagnético.

Funcionamento

Esquema conceptual dun bolómetro. A potencia P dun sinal incidente é absorbida polo bolómetro elevando a temperatura da masa térmica con capacidade de quecemento C e temperatura T. A masa térmica está conectada a un depósito a temperatura constante mediante un enlace con condutancia térmica G. A subida de temperatura é ΔT = P/G. O cambio de temperatura lese cun termómetro resistivo. O tempo térmico intrínseco constante é τ = C/G.

Un bolómetro consiste nun corpo que absorbe calor conectado a un sumidoiro de calor (un obxecto mantido a temperatura constante) ao través dun material illante. Deste xeito calquera radiación externa absorbida polo detector aumenta a súa temperatura por riba da do sumidoiro de calor que actúa de referencia. A radiación absorbida mídese a partir do contraste de temperatura entre o detector e a referencia do sumidoiro.

Tipos de bolómetros

Plano focal do telescopio BICEP2 que contén unha matriz de 512 bolómetros sensibles á polarización superconductores, algúns dos bolómetros están ampliados na imaxe da pantalla do microscopio. Os bolómetros operan arrefriados a 0,25 Kelvin (uns menos 272,90 graos centígrados) para eliminar o ruído térmico dos detectores.

Os bolómetros pódense clasificar pola súa estrutura en:

• bolómetros simples, onde o termómetro actúa coma absorbente, a temperatura mídese por medio da variación da resistencia do absorbente (metálico) en función da súa temperatura.
• bolómetros compostos, onde o termómetro e o detector son dispositivos diferentes.
• bolómetros tea de araña (ou SWB polo seu acrónimo en inglés), nestes bolómetros o detector, ou absorbente, sitúase no centro dunha estrutura semellante a unha tea de araña, a posición do termómetro e os cables eléctricos definen unha dirección privilexiada que os fai pouco eficientes para captar a polarización da fonte.
• bolómetros sensibles á polarización (ou PSB polo seu acrónimo en inglés), o absorbente sitúase nunha cuadrícula cunha dirección privilexiada, o seguinte bolómetro sitúase na dirección perpendicular ao anterior, polo que sempre se analizan os datos por parellas.

Aínda que poden medir a intensidade de calquera tipo de radiación electromagnética, e que na actualidade existen outros dispositivos máis sensibles para medir a meirande parte do espectro lumínico, continúan a empregarse para o estudo das lonxitudes de onda submilimétricas (de 200 µm - 1 mm), por ser os dispositivos máis sensibles de detección. Nestas lonxitudes de onda úsanse bolómetros arrefriados a temperaturas de arredor de 0,1 graos por riba do cero absoluto, tipicamente entre 50 e 300 milikelvin (100 millonésimas de grao Celsius, equivale a captar dende a Terra a calor desprendida por unha cafeteira situada na Lúa).

Exemplos de bolómetros empregados en astronomía submilimétrica: O Observatorio Espacial Herschel, o Telescopio James Clerk Maxwell, o Observatorio estratosférico de Astronomía Infravermella (SOFIA), os empregados no instrumento de alta frecuencia do satélite Planck, os empregados no telescopio BOOmerANG, os dos telescopios BICEP1 e BICEP2.