viernes, 25 de mayo de 2012

Breve Historia de la Observación Astronómica

La lógica nos dice que en los albores de la civilización humana, las preguntas que nuestros antepasados se hacían cuando contemplaban el espectáculo de un cielo nocturno sin ningún tipo de luz, serían las mismas que nos planteamos hoy con la diferencia sustancial que nos proporcionan los conocimientos científicos adquiridos durante siglos y la tecnología observacional a través de complejísimos aparatos que nos acercan a lo inimaginablemente lejano.

A Ojo Desnudo

Hoy, a diferencia de antes, conocemos que son los objetos que podemos ver, tanto a simple vista como usando cualquier aparato de observación, pero seguimos sin tener todavía una respuesta 100% definitiva de como y porque están ahí.

Al igual que nosotros, los primeros observadores del universo visible a simple vista, tenían sus explicaciones y sus respuestas a todas las preguntas que se plantearían, con la salvedad clara en nuestro favor, de que nosotros, sí podemos estar seguros de muchas de las respuestas.

Por desgracia, la ventaja que nuestros antepasados tenían, la hemos perdido, ya que es difícil encontrar unas condiciones de oscuridad comparables a aquellos tiempos, sin tener que desplazarse muchos kilómetros en busca de un cielo adecuado.


Fig. 1 Noche estrellada - Créditos de la Imagen: US National Oceanic and Atmospheric Administration

A ojo desnudo, con buenas condiciones de oscuridad y de transparencia atmosférica, a poco que nos informemos, podremos distinguir las diferentes constelaciones y algunos objetos de cielo profundo situados a unos cuantos años luz sin dificultad, como las Nubes de Magallanes y el Cúmulo Globular Omega Centauri, en el hemisferio sur, y la Nebulosa de Orión o la Galaxia de Andrómeda, en el norte. Si pensamos en aquello que estamos observando relacionando distancia y tiempo es sobrecogedora la idea de que, por ejemplo, cuando contemplamos la Galaxia de Andrómeda, la vemos tal y como era hace unos 2 millones y medio de años, mucho antes de que nuestra civilización apareciera en nuestro planeta.

A ojo desnudo con buenas condiciones, podemos disfrutar de un espectáculo en el que intentar contar estrellas, como aquel juego infantil, se convierte en un auténtico ejercicio de locura, cuando dirigimos nuestros ojos a la banda estrellada y de aspecto lechoso que marca la posición de uno de los brazos espirales de nuestra galaxia. Disfrutaremos de espectaculares lluvias de estrellas, eclipses de Sol y de Luna y paso de cometas, acontecimientos que antiguamente eran presagio de malos augurios para el hombre y que hoy en día nos siguen asombrando por su rareza y belleza.

Todo ello unido a la innata curiosidad humana, llevó al desarrollo de una nueva ciencia, no separada en principio de la Astrología, y mas tarde como ciencia única en la Astronomía, inagotable, como el propio universo, sorprendente, siempre con nuevos y extraños descubrimientos y apasionante por todo lo que nos queda por descubrir. No es necesario disponer de un equipo de observación impresionante para disfrutar del espectáculo que la naturaleza de nuestro Universo nos ofrece, es suficiente contar para iniciarse en ello simplemente con nuestros ojos, para seguir, si deseamos algo más, con la observación a través de unos prismáticos y continuar avanzando con un pequeño telescopio hasta donde queramos llegar, sin olvidarnos de que la Astronomía es una ciencia inagotable observacionalmente.

Los Astrónomos

Por los indicios hallados se cree que las primeras observaciones astronómicas se pueden fechar en la era glacial, hace alrededor de 30.000 años. Posiblemente estas no tenían gran cosa que ver con lo que hoy conocemos como Astronomía y servían simplemente para conocer los cambios de estaciones y estaban más relacionadas con lo que pasaba en la Tierra, además de proporcionar un calendario lo suficientemente exacto como para determinar las épocas de siembra y cosecha.


Fig. 2 Galileo Galilei - Créditos de la Imagen: Wikipedia

Fue, según los hallazgos arqueológicos, en la Antigua Mesopotamia donde comienza a desarrollarse esta ciencia unida a la Astrología, buscando una explicación en el cielo de lo que pasaba o iba a pasar en la Tierra.


Fig. 3 Johannes Kepler - Créditos de la Imagen: Wikipedia

4.000 años A.C., los Sumerios fueron los precursores de esta ciencia de cuyas fuentes bebieron posteriormente Babilonios y Asirios que sumaron conocimientos observacionales más precisos. El legado mesopotámico paso intacto prácticamente a Grecia. En el otro lado del mundo, (desconocido por aquel entonces) y alrededor del Siglo III A.C., los pueblos Mayas y Aztecas eran grandes observadores celestes. También en la India y China había una gran tradición astronómica y son asimismo destacables los antiguos observatorios Árabes.

Siglos más tarde aparecieron personajes de vital importancia para la Astronomía como Aristarco de Samos, Ptolomeo, Aristóteles, Eudoxo e Hiparco, por su búsqueda de explicaciones a los fenómenos que eran observados a pesar de lo erróneas de algunas de sus ideas ya que fueron causa de proseguir por parte de las siguientes generaciones, de buscar otras alternativas que explicasen de una manera más exacta los movimientos celestes y poder así hacer coincidir observaciones y predicciones.

Desde el modelo heliocéntrico defendido por Aristarco, pasando por el modelo geocéntrico de Aristóteles, llegamos al oscurantismo científico de la era medieval, donde las ideas ptolemaicas y aristotélicas eran las aceptadas por la Iglesia, hasta la época del Renacimiento en que el heliocentrismo vuelve a tomar fuerza como teoría de la mano de Nicolás Copérnico. Pero no seria hasta el enunciado de las leyes del movimiento planetario de Kepler, utilizando los estudios realizados por Tycho Brahe cuando dio comienzo la verdadera revolución en la Astronomía, revolución a la que puso los primeros ojos Galileo Galilei con su telescopio, con el que pudo hacer observaciones de los objetos celestes más precisas.


Fig. 4, 5, 6 Christiaan Huygens (izq.) William Herschel (centro) Giovanni Cassini (der.) - Créditos de las Imágenes: Wikipedia

Los primeros astrónomos modernos, con el desarrollo de la tecnología observacional en el Siglo XVII, comenzaron a realizar descubrimientos de cuerpos celestes de cuya existencia no se sospechaba, salvo en los casos en los que las observaciones y los cálculos predecían la presencia de algún objeto de suficiente masa que explicase los movimientos, en apariencia extraños, de otros cuerpos ya conocidos. Hevelius, Huygens, Cassini o Flamsteed son claros exponentes de esta época en auge de la Astronomía. William Herschel fue uno de los más grandes descubridores de objetos y Bessel en 1838, fue el primero en medir la distancia a otra estrella por el método de paralaje.

Pero no sería hasta las observaciones en el famoso Telescopio de Monte Wilson, hechas por Edwin Hubble y Milton Humason, en que se tuviese conciencia de que la nuestra no era la única galaxia, que muchos de los objetos que se podían ver, no estaban a la distancia que se pensaba y que el Universo se estaba expandiendo, descubrimientos sobre los cuales la Astronomía volvió a dar un giro de 180 grados y comenzó el replanteamiento de muchas de las teorías generalmente aceptadas.


Fig. 7, 8 Edwin Powell Hubble (izq.) Milton Humason (der.) - Créditos de las Imágenes: OCIW

Este descubrimiento hizo penar a algunos científicos como Lemaitre, que si el Universo se estaba expandiendo, antes tenía que haber estado más junto, lo que llevó a pensar en un punto a partir del cual se había expandido, con una densidad enorme, al que se llamo “átomo primordial”. Esta idea no era aceptada por Fred Hoyle, a la que llamó con cierto desprecio “Big Bang” y que paradójicamente, hoy en día es aceptado por la mayoría para definir el momento en que nació el Universo.

El Primer Telescopio

Se atribuye la fabricación del primer telescopio a un holandés llamado Hans Lippershey, hecho del que no existe completa seguridad, pero parece que su uso fue solamente terrestre.


Fig. 9 Primer Telescopio de Galileo Galilei - Crédito de la Imagen: Instituto y Museo de la Ciencia de Florencia (Italia)

El primero que le dio un uso astronómico fue Galileo en 1.609 y con él observó la superficie lunar distinguiendo varios cráteres, Venus y Júpiter, del que descubrió sus cuatro grandes satélites, motivo por el cual, Io, Europa, Calixto y Ganímedes son conocidos como “satélites galileanos”. Hizo también observaciones de Saturno en el que notó dos zonas abultadas un tanto extrañas, que no podía haber imaginado, no eran otra cosa que sus anillos que se veían distorsionados a través de la pobre calidad óptica del telescopio. Realizó observaciones solares descubriendo algunas manchas, lo que le ocasionó lesiones oculares que mermaron mucho su sentido de la vista.

Los Primeros Telescopios Gigantes

El Telescopio Hooker de Monte Wilson se inauguró en el año 1.917 y desde él, Edwin Hubble hizo las observaciones que llevaron a la comunidad científica a replantearse las ideas que se tenían sobre el universo en aquella época. se trata de un reflector de 254 centímetros de abertura, y durante 30 años ostentó el título se ser el más grande del mundo. Albert Michelson dotó de más resolución a este primer ojo gigante y con él se hicieron las primeras observaciones en interferometría, y se logró poder medir el diámetro de una estrella lejana, la gigante roja Betelgeuse, en la Constelación de Orión a unos 300 años luz de distancia.


Fig. 10 Telescopio Hooker de Monte Wilson - Crédito de la Imagen: Wikipedia

En 1.948, el Telescopio Hale de 5,08 metros de diámetro sustituyó al Hooker como el más grande del mundo y en el siguieron haciendo sus observaciones Hubble y Humason, consiguiendo medir de manera aproximada la constante de expansión que lleva su nombre (Constante de Hubble). Se consideraba entonces que el diámetro de este gigante era el mayor que se podía construir ya que el que poseería la Unión Soviética años más tarde, de 6 metros, no superaba los resultados del Hale, al aumentar también la turbulencia atmosférica con la consabida disminución de la resolución. No se conocía entonces la posibilidad de trabajar con espejos segmentados ni la óptica adaptativa, base de los telescopios modernos de entre 8 y 10,4 metros de diámetro total de espejo.


Fig. 11 Telescopio Hale de Monte Palomar - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Al mismo tiempo en Monte Palomar entró en funcionamiento el mayor telescopio fotográfico hasta 1960: la Cámara Schmidt de 1,2 metros de abertura.


Fig. 12 Telescopio de Herschel - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Antes de ellos hubo otros gigantes que merecen ser nombrados y aunque su tecnología era muy inferior fueron tan importantes en su época como estos. Se trata del telescopio newtoniano de 122 centímetros de abertura que construyo Willian Herschel en 1.785 y de otros como el de Willian Parsons de 184 centímetros de abertura al que llamo “Leviatán” y era el más grande de su época en 1.845.


Fig. 13 El Leviatán de Parsons (Lord Rosse) - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Los Últimos Telescopios Gigantes

Los telescopios modernos a partir de 1.959 con la entrada en funcionamiento del Shane de 3 metros de diámetro, han ido evolucionando hasta nuestros días de una manera entonces inimaginable. En el camino hasta hoy se construyeron magníficos aparatos con resultados espectaculares como lo demuestran las innumerables fotografías que con ellos han sido realizadas. El Isaac Newton, actualmente instalado en La Palma o los primeros que se instalaron en Mauna Kea con 2,5 y 2,2 metros son algunos de los “pequeños”. En 1.973 se estrena el 4 metros de Kitt Peak llamado Mayall. En España el 3,5 metros de Calar Alto en Almería y el William Herschel con sus 4,2 metros, en La Palma, que antes de la construcción del GTC, era el más grande en territorio español.


Fig. 14 Telescopio William Herschel - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Son muchos y de diferentes aberturas y configuraciones así como distintos tipos de monturas, todos ellos con pesos de varias toneladas.

Veamos algunos de los más grandes y de última generación:

VLT: En Cerro Paranal (Chile) un conjunto de 4 telescopios de 8,2 metros de abertura cada uno, en funcionamiento en su totalidad desde 1.999.

Gemini y Subaru: De 8,1 y 8,3 metros en Mauna Kea, de 1.999 y óptica adaptativa como prácticamente todos los grandes y modernos telescopios actuales.

Keck I y Keck II: En Mauna Kea, dos gigantes gemelos de 10 metros de diámetro con óptica adaptativa, formados por un conjunto de 36 espejos hexagonales.


Fig. 15 Telescopios Keck I y II - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Gran Telescopio Canarias: Con 10,4 metros, compuesto también de 36 espejos hexagonales y que vio su primera luz en 2.007.


Fig. 16 Gran Telescopio Canarias - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Es también necesario nombrar el Telescopio “Magic” del IAC aunque no sea un aparato óptico. Se trata del mayor detector de radiación Cherenkov del mundo, radiación que se produce al entrar en la atmósfera rayos gamma de alta energía. Su diámetro es de 17 metros.


Fig. 17 Telescopio Magic - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Radiotelescopios

Sin lugar a dudas cuando se habla de radiotelescopios, todos pensamos inmediatamente en el de Arecibo, famoso no solo por ser uno de los mayores del mundo sino también por ser actor inanimado en algunas películas de cine como “Contac” basada en la obra del mismo nombre del gran Carl Sagan, quien fue además uno de los creadores del mensaje enviado desde allí al cúmulo globular M-13 en la Constelación de Hércules a unos 25.000 años luz de la Tierra. Posee una antena con un diámetro de 305 metros, esférica y fija siendo el receptor la parte orientable. Actualmente el mayor se encuentra en Rusia, el Ratan, una gigantesca antena situada en el suelo que no se parece a la clásica imagen de un radiotelescopio, con un diámetro de 576 metros. La República Popular China, tiene en proyecto la construcción de uno de 500 metros con 10 veces mayor resolución que el de Effelsberg con su antena de 100 metros, siendo el más grande del mundo íntegramente móvil.


Fig. 18 Radiotelescopio Ratan - Crédito de la Imagen: SAO

El proyecto ALMA dispondrá hacia 2011 de un conjunto de 64 antenas que le proporcionaran una resolución 10 veces superior al Hubble al trabajar conjuntas. Un ejemplo de radiotelescopios interferométricos en activo es el VLA (Very Large Array) con 27 antenas de 25 metros cada una.


Fig. 19 Radiotelescopio Very Large Array - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Otros radiotelescopios importantes se sitúan en España como el de Yebes perteneciente al OAN con 40 metros de diámetro y el de Cebreros con 35 y gestionado por la ESA, dedicado en su mayoría al rastreo y telemetría de satélites. En Robledo de Chavela se sitúa con una antena de 34 metros y perteneciente a la NASA, el Partner, dedicado a labores docentes.

Entre 1.950 y 1.960 comenzó la época de escucha radioastronómica en la URSS, EEUU, Australia y Gran Bretaña principalmente, al ser adaptados los receptores de los radares convencionales después de la Segunda Guerra Mundial y que comenzaron a ser utilizados por los astrónomos.


Fig. 20, 21 Radiotelescopios ALMA (izq.) Yebes (der.) - Créditos de las Imágenes: Wikipedia

Telescopios Espaciales

El primer telescopio espacial hizo sus primeras observaciones en 1.975 desde un avión especial y por debajo de la atmósfera terrestre. Trabajando en el infrarrojo, sus mejores resultados se consiguieron en observaciones del planeta Urano al eliminar buena parte de las interferencias provocadas por la atmósfera gracias a la altitud desde la que operaba. Puede decirse que fue el precursor de los telescopios espaciales modernos y fue bautizado con el nombre de Kuiper.


Fig. 22 Telescopio Kuiper - Crédito de la Imagen: Wikipedia


Fig. 23 Telescopio Espacial Hubble - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Sin duda, cuando hablamos de este tipo de instrumentos, el más famoso es el Hubble, pero hay otros que trabajan en diferentes longitudes de onda que el visible:

SOHO: Es un coronógrafo, es decir, su misión más importante es la observación solar, pero también con él se han descubierto más de 400 cometas. Fue lanzado en 1995 y opera a una distancia de 1.500.000 kilómetros de la Tierra en el Punto de Lagrange 1.

Spitzer: Trabaja en el infrarrojo como IRAS e ISO, sus antecesores. Fue lanzado en 2.003 en órbita heliocéntrica y su principal misión es el estudio de objetos fríos en todo el Universo. Ha obtenido datos espectaculares sobre planetas extrasolares y detectado gran cantidad de vapor de agua en sistemas planetarios lejanos.


Fig. 24 Telescopio Espacial Spitzer - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Chandra: Recibe su nombre de Chandrasekhar, premio Nobel y uno de los pioneros de la Astrofísica que enuncio el límite que lleva su nombre con respecto a la masa mínima que debe tener una estrella enana blanca para convertirse en pulsar o estrella de neutrones. Fue lanzado por el Columbia en 1.999 y opera en el rango de los Rayos X.


Fig. 25 Telescopio Espacial Chandra - Crédito de la Imagen: Wikipedia

Otros telescopios espaciales también en Rayos X son el Integral, Swift y el Rossi Explorer.

Para el año 2.013 se espera el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb. Se trata de un instrumento operativo en el infrarrojo que irá dotado de un espejo de 6,5 metros y orbitará la Tierra a 1,5 millones de kilómetros. Estudiará los inicios del Universo así como la formación de galaxias y los sistemas planetarios descubiertos. Su temperatura de trabajo sera de –223 grados centígrados y estará situado en el Punto de Lagrange 2. Su espejo reflector compuesto por 18 segmentos hexagonales (como los Keck o el GTC) serán puestos en posición mediante unos pequeños motores. Las expectativas sobre los descubrimientos que pueda realizar este telescopio son enormes y se espera que contribuya a dar respuesta a muchos de los interrogantes actuales de la Astrofísica.


Fig. 26 Representación del Telescopio Espacial James Webb - Crédito de la Imagen: Wikipedia


Joaquín Quirós Varela
para Simplemente... El Universo


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