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25 de septiembre de 2018
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El Gran Telescopio de Canarias
Ilustración: Luis Gerardo Morales y Aline Guevara

El Gran Telescopio de Canarias

Verónica Guerrero Mothelet

México participa en la construcción del que será uno de los telescopios más grandes del mundo.

El Castillo del Bosque de Chapultepec, en la Ciudad de México, no sólo es un símbolo de nuestra historia política, también lo es de la astronómica. Esta espléndida construcción fue la primera sede del Observatorio Meteorológico y Astronómico del país, cuando —entre invasión e invasión— éste por fin pudo instalarse en la torre llamada “El Caballero Alto”, allá por el año de 1878. En esa época, llegó a contar con seis observadores y tres telescopios refractores, más bien pequeños, con los que se realizaba la determinación del tiempo local, la publicación de efemérides astronómicas y estudios de la actividad solar, así como la observación de eventos astronómicos especiales, como eclipses o la aparición de un gran cometa.

El Observatorio fue trasladado al edificio del Ex arzobispado en Tacubaya en 1884 y los veteranos muros del Castillo dejaron de presenciar los afanes de los acechadores de estrellas hasta febrero pasado, cuando por unos días fueron testigos del revuelo causado por 150 astrónomos de países como Alemania, España, Estados Unidos, Francia, Gran Bretaña y por supuesto, México. Ellos estuvieron ahí para participar en la II Conferencia Internacional sobre Ciencia con el Gran Telescopio de Canarias (GTC), que será uno de los telescopios más grandes del mundo. Lo está construyendo España en la isla de La Palma, Canarias, con la participación de México y la Universidad de Florida, Estados Unidos. Sólo el espejo primario de este formidable instrumento, cuya operación iniciará en 2005, mide 10.4 metros de diámetro. El GTC podrá detectar objetos 1 700 000 veces más lejanos o más débiles que el primer telescopio que albergó hace 126 años El Caballero Alto (un anteojo zenital Throg­hton & Simms).

El espejo primario de un telescopio reflector es el que recibe directamente la luz de los objetos celestes y la concentra en otro espejo, más pequeño, al que se denomina secundario. De ahí esa luz es dirigida, por medio de otros espejos o de lentes, a diversos instrumentos que la procesan y registran.

Astronomía en acción

La motivación que llevó este año a los astrónomos al Castillo de Chapultepec fue preparar los proyectos científicos que se desarrollarán durante los primeros años del GTC y que seguramente despejarán muchas incógnitas del Universo. Entre los múltiples temas de estudio, destaca, por ejemplo, el de la búsqueda de planetas similares a la Tierra fuera del Sistema Solar, ya que con los equipos que se tienen hasta ahora sólo han podido detectarse planetas extrasolares muy grandes, semejantes a Júpiter.

No menos interesante es el rastreo de enanas cafés o marrones, objetos casi estelares pero que no alcanzan la masa suficiente para que se desarrollen en su interior las reacciones nucleares, que son las que producen la energía de las estrellas. Las enanas marrones se consideran el eslabón entre los astros más pequeños y los planetas gigantes, y fueron detectadas por primera vez en 1995, por investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias. Se piensa que tan sólo en la Vía Láctea, el número de enanas marrones podría ser comparable al de las estrellas que ésta contiene (del orden de 100 mil millones). Con el GTC podrán localizarse suficientes enanas marrones para calcular su población total en nuestra galaxia y a partir de ahí estimar cuánto contribuyen estos objetos a la materia total del Universo.
Asimismo, por su capacidad para medir las velocidades de objetos muy débiles, el GTC será muy poderoso para determinar mejor la masa de los llamados objetos compactos, como las estrellas de neutrones o los agujeros negros.

La gama de proyectos propuestos por astrónomos mexicanos es también muy amplia, y considera desde objetos cercanos y similares al Sol, hasta objetos a distancias cosmológicas (miles de millones de años luz), todos ellos en diversas etapas evolutivas. Con los telescopios existentes en los Observatorios de San Pedro Mártir y de Cananea, (el mayor de los cuales tiene un espejo de 2.1 metros de diámetro), y con muchos otros instrumentos internacionales, los astrónomos del país han venido realizando estudios detallados de fenómenos estelares y gaseosos en nuestra galaxia y en galaxias vecinas que serán extendidos con el GTC, tanto en profundidad como en distancia. También se contempla utilizar el GTC para el estudio del llamado medio intergaláctico difuso, material formado por gas y polvo, compuesto principalmente por hidrógeno.

Otro beneficio del Gran Telescopio de Canarias, de acuerdo con el doctor José Franco, director del Instituto de Astronomía de la UNAM (IA-UNAM), será aprovechar la cooperación que ya se ha establecido entre éste y el Gran Telescopio Milimétrico, el cual se construye actualmente en la Sierra Negra de Puebla, con la colaboración del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y la Universidad de Massachusetts, E.U. Estos instrumentos se complementan entre sí, dado que en ambos participa la comunidad astronómica mexicana y entrarán en funciones prácticamente al mismo tiempo. El GTM es un gran radiotelescopio: una antena de 50 metros de diámetro, diseñada para captar ondas electromagnéticas con longitud de onda de entre uno y cuatro milímetros, llamadas microondas u ondas milimétricas. Por los significativos avances empleados en su diseño, será el radiotelescopio más grande y moderno de su tipo en el mundo.

Los caminos del cielo

La evolución del conocimiento astronómico ha sido paralela a la de sus instrumentos. Antes del siglo XVII, los astrónomos estaban limitados a estudiar sólo lo que alcanzaban a ver a simple vista. Esta situación cambió radicalmente con la invención del telescopio, que Galileo Galilei apuntó por primera vez al cielo.

El primer telescopio de Galileo, de tipo refractor, constaba de dos lentes, que le permitieron observar con un aumento de entre tres y cinco magnitudes los cráteres de la Luna, las fases de Venus y las manchas del Sol, así como la Vía Láctea y los primeros satélites de Júpiter, revolucionando la visión que hasta entonces se tenía del Cosmos. Otros astrónomos imitaron el instrumento, pero se encontraron con dos inconvenientes. Sus lentes producían deformaciones de la imagen y halos de color (llamadas aberraciones esféricas y cromáticas), y pulirlas resultaba difícil. Sin embargo, 60 años después, Isaac Newton diseñó un telescopio reflector, que en lugar de lentes empleaba espejos, capaces de eliminar las aberraciones cromáticas y más fáciles de pulir. El telescopio “newtoniano” fue el modelo para hacer más precisos los instrumentos, como el fabricado por el físico y astrónomo francés Giovanni D. Cassegrain (1672), al que en lugar de un espejo cóncavo, añadió uno convexo, o el del astrónomo inglés William Herschel, con un espejo inclinado.

Siglos de experimentación dieron a los telescopios un perfeccionamiento cada vez mayor. En la década de 1930, el óptico alemán Bernard Schmidt combinó las propiedades de los telescopios refractores con las de los reflectores, colocando una delgada lente en un extremo, y en el otro un espejo cóncavo, al que añadió una placa para corregir las aberraciones, obteniendo una especie de cámara fotográfica que le permitió captar con nitidez extensas áreas del cielo. Este tipo de telescopios se conocen como catadióptricos.

A partir de entonces, gracias al desarrollo de la óptica, electrónica y astronomía, se han hecho asombrosos descubrimientos del pasado, al que nos acercamos cada vez que observamos la remota luz de un objeto celeste. Actualmente, los telescopios astronómicos son cada vez mayores, y algunos están formados por espejos múltiples (llamados espejos primarios segmentados) que funcionan como una sola superficie reflectora capaz de obtener imágenes muy detalladas.

A diferencia de sus antecesores, los instrumentos y detectores en telescopios modernos pueden realizar exposiciones que acumulan la luz por largo tiempo, lo que permite crear un registro de los datos y percibir cuerpos cuya luz nos llega muy débilmente, ya que los detectores fotoeléctricos resultan mucho más sensibles que el ojo humano.

Arriba de las nubes

El origen del Gran Telescopio de Canarias se remonta a casi dos décadas atrás, cuando los avances tecnológicos hicieron evidente que para hacer astronomía de punta era imprescindible establecer enormes telescopios en los mejores sitios del mundo, relata el astrofísico Francisco Sánchez, director del Instituto de Astrofísica de Canarias.

Recuerda el doctor Sánchez que, en la década de 1980, cuando se inauguró, también en Canarias, un telescopio de origen inglés, cuyo espejo primario tenía poco más de cuatro metros de diámetro, se decidió que para que la astronomía española permaneciera entre las primeras del mundo, necesitaban un instrumento aún mejor: además de tener un diámetro mayor, debía incluir las más recientes innovaciones tecnológicas en cuanto a los instrumentos que lo compondrían. Y ya que poco después los estadounidenses construyeron el telescopio Keck de 10 metros de diámetro en el volcán Mauna Kea de Hawaii, el nuevo telescopio español debía contar mínimo con esa dimensión.

La primera tarea fue seleccionar el sitio adecuado. “No cualquier sitio es bueno para poner un telescopio, porque la atmósfera es la eterna pesadilla del astrónomo”, indica el doctor Sánchez. Explica que por esa razón se puso en órbita el Telescopio Espacial Hubble, pero debido al elevado costo de su construcción y mantenimiento, los científicos también buscan aprovechar al máximo las posibilidades de los telescopios en tierra. Por ello, tuvieron mucho cuidado para elegir el lugar propicio donde colocar un gran telescopio. Hoy en día, son pocos los sitios con reconocimiento internacional para este tipo de empresas: los Andes al norte de Chile, la isla de Hawaii, la sierra de San Pedro Mártir en Baja California, y las Islas Canarias.

Ubicadas en el Océano Atlántico (al oeste de África), las Canarias forman un archipiélago que constituye una Comunidad Autónoma del Estado Español. Con una posición geográfica a 28 grados al norte del Ecuador y frente a las costas de África, ofrecen un cielo con características excepcionales, a las que debe la astronomía española parte de su éxito. Una de estas islas, La Palma, en su parte más alta alberga el Observatorio Roque de los Muchachos y fue el lugar elegido para construir el GTC. Aunque no es un sitio muy elevado, ya que se encuentra a unos 2 400 metros sobre el nivel del mar, disfruta —al igual que Hawaii— del predominio de los vientos alisios, que más allá de los dos mil metros crean una capa de inversión formada por nubes denominadas estrato-cúmulos. Éstas funcionan como una barrera para los vientos turbulentos. Arriba de esta capa de nubes, el flujo de los vientos se vuelve laminar (sin turbulencias), de tal forma que se elimina en mucho el parpadeo de las estrellas debido al efecto atmosférico.

Historia de un gigante

El doctor Sánchez describe a los astrónomos como criaturas ansiosas de fotones, porque la información que recibimos de los objetos celestes llega fundamentalmente por la luz, y de manera muy diluida debido a su lejanía. Ya que un telescopio es, simplificando las cosas, un colector de luz, las imágenes serán mejores y más profundas cuanto mayor sea su diámetro. De esta forma, se decidió que el espejo primario del telescopio español tuviera 10.4 metros de diámetro, formado por 36 espejos segmentados hexagonales, cada uno de aproximadamente 1.80 metros de longitud, con un peso de 450 kilos y tan sólo ocho centímetros de espesor.

No obstante, un telescopio solamente recolecta y focaliza los fotones recibidos por el espejo primario. Por tal motivo, es preciso disponer de instrumentos especiales para el análisis y estudio de la radiación que recibimos de los objetos celestes, lo que es esencial para su aprovechamiento científico al obtener la mayor cantidad de información física disponible.

La construcción de este telescopio, hasta el momento en que entre en operaciones —en 2005— habrá requerido unos siete años y una inversión de aproximadamente 130 millones de euros (más de 1 500 millones de pesos). A fin de reunir esta cantidad se articuló un sistema de gestión, que más tarde se convirtió en toda una empresa, denominada Gran Telescopio de Canarias, S.A. (Grantecan), con participación del Estado español y la Comunidad Autónoma de Canarias. Empero, por su tamaño y trascendencia, esta aventura necesitaba de una sólida colaboración internacional.

Para elegir un socio, España volvió la vista hacia México, debido al reconocimiento internacional de la capacidad y aptitud de los astrónomos mexicanos. El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) apoyó la participación de nuestro país, a partir del año 2000, junto con la UNAM y el INAOE, para ser socios con el 5% del costo total del GTC; es decir, unos 80 millones de pesos. Esto representa para México la ventaja de realizar sus proyectos de investigación, con una fracción muy pequeña del costo total, en un telescopio de gran envergadura tan competitivo como el mejor de los actuales. A fin de optimizar el alto costo de operación de este tipo de telescopios (varios miles de dólares por hora) el GTC planea un programa conocido como “observación por colas”: sin necesidad de que estén presentes los astrónomos de un proyecto determinado, habrá en el lugar investigadores residentes del telescopio que se encargarán de realizar las observaciones apropiadas cuando se presenten las condiciones adecuadas para cada programa astronómico. La participación de México no se limitó a esta simple sociedad de aportes monetarios. Cuando se lanzaron las convocatorias para concursar en la construcción del equipo que conformaría el GTC, el IA-UNAM ganó la licitación para diseñar, construir e instalar parte del equipo instrumental de GTC.

La cámara de verificación

El proyecto que ganó el IA-UNAM corresponde a la llamada cámara de verificación, que debe ser el primer instrumento de ingeniería que se coloque en el GTC, para poder realizar desde sus primeras etapas el proceso de integración (armado) del telescopio y sus espejos. Como se mencionó, el espejo primario del telescopio es segmentado; la cámara de verificación ofrecerá información sobre la calidad de imagen de la óptica a medida que se ensambla el espejo y otros componentes del telescopio, y también cuando esté terminado. La cámara puede detectar minúsculos errores y defectos en la alineación y funcionamiento del telescopio.

La maestra en Ingeniería Beatriz Sánchez y Sánchez, jefa del Departamento de Instrumentación del IA-UNAM, explica que después de obtener el contrato, hace unos tres años, recibieron una serie de especificaciones y, con el apoyo del Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial del CONACYT, diseñaron y fabricaron la cámara de verificación. Participaron también industrias de Michoacán, Guanajuato y Querétaro. La maestra Sánchez señala que “Hemos tenido periodos bien establecidos de revisiones continuas en las etapas de diseño y fabricación”, lo que los colocó en una dinámica de aprendizaje y formación muy enriquecedora para el Instituto.

Las lentes de la cámara, y su integración y mecánica (todas las piezas que detienen a las lentes, así como las que soportan al instrumento dentro del telescopio), en su gran mayoría fueron hechas en México, con ingeniería nacional, señala el doctor Salvador Cuevas Cardona, jefe de la Sección Óptica del IA-UNAM. El instrumento ya está listo y fue aprobado en su “revisión de aceptación en fábrica”. La meta siguiente es llevarlo a Canarias y dejarlo instalado y funcionando en el GTC.

La cámara de verificación tiene además otras funciones. Como es un instrumento múltiple, sirve también para obtener imágenes de las estrellas. De hecho, “las primeras imágenes del GTC serán capturadas por esta cámara, al mismo tiempo que estará calificando el comportamiento del telescopio”, comenta el doctor Cuevas.

OSIRIS, el ojo de los cielos

Incluso antes de que México se convirtiera en socio del telescopio de Canarias y de que el IAUNAM consiguiera el contrato para fabricar la cámara de verificación, esta institución ya estaba profundamente involucrada en el proyecto OSIRIS (siglas en inglés de Sistema Óptico para Imágenes y Espectroscopia Integrada de Baja Resolución), que será uno de los dos primeros instrumentos científicos, ya no de verificación, del GTC. Astrónomos y técnicos mexicanos han colaborado en la concepción científica y técnica del instrumento; también desarrollaron el diseño óptico y el diseño y la construcción de su optomecánica y sus lentes.

OSIRIS, que pesa “solamente” algo más de dos toneladas, consiste básicamente en una cámara y un espectrógrafo combinados. Su característica más notable es un mecanismo de “filtros entonables”, que por primera vez se incorpora en instrumentos de grandes telescopios, y permitirá tomar fotografías en colores precisos dentro del rango de la luz visible que se desee. En su modo de espectrógrafo, OSIRIS permite realizar lo que los astrónomos llaman espectroscopia de rendija larga (obtener espectros de objetos extendidos a lo largo de una línea en el cielo), o de multirrendija, con lo que se consiguen hasta 600 espectros de distintos objetos en un campo estelar o conjunto de galaxias.

Igualmente, tanto en los filtros entonables de su cámara como en el espectrógrafo, se cuenta con modos rápidos de operación, con lo que es posible sustraer las variaciones que se deben al brillo del cielo, explica el astrofísico Jesús González González, investigador del IA-UNAM. Por ser de primera luz, OSIRIS será el primer instrumento científico, en el rango visible, que llegará al telescopio. Su construcción está en proceso y se estima que para mediados de 2005 se terminarán el ensamblaje y las pruebas, y quedará listo para instalarse en el GTC. Muchos parámetros de los objetos astronómicos pueden derivarse de OSIRIS, como temperaturas, composiciones químicas y movimientos.

OSIRIS es un instrumento multipropósito que permite estudiar desde los objetos cercanos hasta los más lejanos detectables por el telescopio, a miles de millones de años luz, lo que equivale a “viajar” hacia las épocas más tempranas de la creación del Universo.

Haber participado de lleno desde el diseño conceptual de OSIRIS brinda una ventaja a los astrónomos mexicanos para explotar al máximo sus posibilidades, comenta el doctor González. Agrega que se trata de herramientas tan sofisticadas que su aprovechamiento en sí ya es un tema de estudio, por eso se publican artículos sobre los propios instrumentos. “En astronomía, los instrumentos se hacen a partir de cero, porque tienen requerimientos tan específicos que no existen en el mercado”. Por ello, siempre son un reto tecnológico y una aportación novedosa. De esta forma, nuestros astrónomos se preparan a la vez que hacen ciencia y tecnología de primer nivel. Tecnología que —en palabras del doctor José Franco—, siempre trae una gran derrama científica hacia otras áreas del conocimiento. Además de la cámara de verificación de GTC y del instrumento científico OSIRIS, México también empieza a involucrarse en el proyecto de un sistema de óptica adaptativa, para compensar las distorsiones producidas por la turbulencia atmosférica, que permita obtener imágenes con un detalle comparable al que se consigue con satélites, y de un instrumento que se encargue de explotar científicamente esta mejoría en imagen. La experiencia adquirida con el GTC es importante para poder hacer próxima mente un proyecto similar en el Observatorio de San Pedro Mártir, señala el doctor Franco. Y añade que esta experiencia también demuestra que las perspectivas para la ciencia en México pueden ser muy brillantes, siempre y cuando desarrollemos también la infraestructura científica, porque difícilmente podremos formar parte del concierto de naciones, y participar no sólo de los avances científicos, sino sociales y económicos, si no participamos, de igual forma, en el desarrollo de una ciencia sobresaliente.

El GTC seguramente servirá como plataforma de despegue para la astronomía y astrofísica del siglo XXI, sobre todo ahora que parece terminar la era del telescopio espacial Hubble, ya que, puntualiza el doctor Franco, éste ha dejado de tener financiamiento, y muy probablemente suspenda sus funciones. Cuando eso suceda, agrega, será con los grandes telescopios en tierra con los que se desarrollará la mayor parte de la ciencia astronómica. En otras palabras, el Gran Telescopio de Canarias podrá hacer realidad el sueño de cualquier explorador interestelar, al ampliar en forma espectacular las posibilidades de entrever, por ejemplo, ya no otros mundos aislados, sino incluso otros sistemas solares.

Verónica Guerrero es periodista, divulgadora y traductora; publica artículos e imparte talleres sobre los nuevos paradigmas de la ciencia.

 
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