La obtención del máximo rendimiento de los nuevos grandes telescopios de clase 8 y 10 m. (entre los que se encuentra el Gran Telescopio de Canarias, GTC), y en gran medida su justificación observacional, reside en lograr el máximo aprovechamiento de sus capacidades teóricas de resolución espacial. Como es bien sabido, el aumento del tamaño de la pupila de entrada de un telescopio conlleva, no solamente un beneficio en la magnitud límite, sino también en la capacidad para discernir detalles de la estructura espacial, es decir, una mejora en la resolución espacial.

Téngase en cuenta que, hacer 10 veces mayor la apertura de un telescopio conlleva que la resolución espacial (límite de difracción) mejora por un factor 10, mucho mayor que la obtenida en magnitud límite considerando sólo su área colectora. Esta faceta, sin embargo, ha quedado inutilizada hasta la  actualidad debido a la degradación de las imágenes producida por la turbulencia atmosférica de la Tierra. 

Tradicionalmente, la resolución espacial de los telescopios ha quedado reducida a algo menos de 1 segundo de arco en los mejores observatorios (esta característica de comportamiento de la atmósfera se ha convertido en el parámetro más importante para indicar la calidad de los mismos). Sin embargo, esta limitación ha quedado soslayada con la aplicación de sistemas de Óptica Adaptativa (AO) y Estrellas Artificiales con Láser (LGS), después de un avance progresivo y continuo desde los años 70 a través del desarrollo de sucesivas técnicas.

Aunque las primeras ideas para eludir la limitación impuesta por nuestra atmósfera sobre los telescopios terrestres datan de hace algunas décadas, no ha sido sino en los últimos años que se han logrado éxitos usando sistemas basados en óptica adaptativa. Estos sistemas corrigen las deformaciones del frente de onda producidas por la turbulencia atmosférica, utilizando la detección de las perturbaciones sobre el haz de una estrella puntual suficientemente brillante y cercana al objeto. Todos los proyectos de grandes telescopios contemplan la disponibilidad de diversos sistemas de este tipo. Utilizando un sistema de óptica adaptativa funcionando en condiciones óptimas para un telescopio de 10 m se obtendrían imágenes con resolución espacial 4 veces mejor que con el Telescopio Espacial: podría lograrse discernir -atendiendo exclusivamente a su capacidad resolutiva y no a otros aspectos como el de señal o contaminación- por ejemplo, no solamente un posible planeta tipo Júpiter alrededor de cualquiera de las componentes de a-Centauri sino también un posible satélite tipo Calixto.

Sin embargo, es relativamente poco frecuente encontrar una estrella con suficiente brillo y cercanía al objeto de interés, en cuyo caso los sistemas de óptica adaptativa pierden absolutamente todo su potencial. Para eludir este problema se ha propuesto la generación de fuentes artificiales producidas por la propia atmósfera terrestre al ser estimulada por la emisión de un láser desde la superficie de la Tierra; estos sistemas se han dado en llamar Estrellas Láser de Guiado (Laser Guide Star, LGS) y en todos los nuevos proyectos de grandes telescopios está contemplado su instalación. Un láser con suficiente potencia y sintonizado en la longitud de onda deseada se lanza para estimular la emisión de las capas altas de la atmósfera, por encima de la turbulencia, en una zona cercana a la línea de visión del objeto de interés.

Además de la cantidad de aberraciones existente en las superficies ópticas, la calidad de la imagen en los telescopios segmentados está fuertemente limitada por los defectos de alineamiento en fase del frente de onda procedente de los segmentos. Esto ha sido comprobado experimentalmente en los telescopios Keck y tendrán que ser soslayados en los nuevos proyectos de telescopios segmentados como el GTC. 

Por lo tanto, el alineamiento en tilt y pistón de los elementos deberían ser ajustados con alta precisión, que sería mayor para longitudes de onda más cortas. Si el error de tilt  fuera suficientemente reducido, pero sin corregir los efectos producidos por los errores de pistón, la calidad de la imagen estaría limitada por el tamaño de los segmentos. Esto no sería una restricción dramática si el diámetro de los segmentos fuera mucho mayor que r_o . Sin embargo, la corrección de ambos tipos de error se hacen imprescindibles cuando se implementa cualquier técnica para soslayar las limitaciones producidas por la turbulencia atmosférica. La importancia estriba en que los sistemas de Óptica Adaptativa quedan absolutamente ineficaces en presencia de errores apreciables de tilt  y pistón.

Previamente a la corrección es imprescindible disponer de un sistema capaz de detectar estos errores con suficiente precisión. Nuestro grupo trata de llegar a una solución utilizando varios tipos de sensores de frente de onda simultáneamente. Pretendemos lograr la definición de un sistema global, ensamblado con los sistemas de Óptica Adaptativa, para disminuir la redundancia en los procesos de cálculo y optimizar las prestaciones. Podría funcionar durante las observaciones astronómicas, utilizando tanto estrellas naturales como artificiales por láser, en ciclo cerrado con el sistema de Óptica Adaptativa.

 Los sistemas de LGS presentan algunos problemas todavía sin solución. La inclinación global del frente de onda no queda determinado por la emisión de una LGS monocromática, por ejemplo, utilizando los átomos de sodio presentes en la mesosfera. Una propuesta para evitar esta limitación es el uso de la emisión estimulada de átomos de varios elementos simultáneamente en la mesosfera. Para estudiar la viabilidad de esta solución es fundamental conocer los perfiles de distribución y densidades de los componentes de la mesosfera.

 Los sistemas de LGS para telescopios mayores que 5 m presentan algunos problemas específicos todavía en estudio. Para pupilas de entrada tan grandes el efecto cono es considerablemente importante incluso para LGS producidas en la mesosfera. La producción de un array de LGS soslayaría este efecto aunque implicaría utilizar sensores de frente de onda de campo grande.