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20 de enero de 2018
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Nuevos telescopios para México
Foto: IA-UNAM

Nuevos telescopios para México

Rolando Ísita

El megaproyecto SPM-Twin, que encabeza el Instituto de Astronomía de la UNAM, está en marcha. Se planea construir dos telescopios gemelos, con espejos primarios de 6.5 metros de diámetro, que serán colocados en uno de los mejores lugares del hemisferio norte para la observación del cielo: la Sierra de San Pedro Mártir, en Baja California.

Un domingo, a finales de 2004, me encontré al astrofísico Vladimir Ávila Reese, del Instituto de Astronomía de la UNAM, bajando del metro en la estación Universidad, en la Ciudad de México. Se dirigía a toda prisa al instituto, deseoso de saber si el telescopio de 2.1 metros del Observatorio Astronómico Nacional había registrado un estallido de rayos gamma recientemente detectado por un satélite especial. El telescopio de 2.1 metros pertenece al Observatorio Astronómico Nacional en Baja California, en la sierra de San Pedro Mártir (observatorio conocido como OAN-SPM). Esta región se considera una de las mejores ubicaciones para la astronomía en el hemisferio norte por la poca turbulencia de la atmósfera, su transparencia y la oscuridad del cielo. Vladimir ya había participado destacadamente en la difícil detección de estallidos de rayos gamma. Estos potentísimos destellos de energía se descubrieron en 1967 y los astrofísicos aún no los entienden bien. Los rayos gamma (radiación electromagnética de muy alta energía) de un estallido sólo se pueden detectar con instrumentos situados en el espacio. Pero para entender cabalmente estas explosiones es importante examinar también la radiación visible que emiten; para eso se emplean telescopios terrestres como el de 2.1 metros de San Pedro Mártir.

El tamaño sí importa

La dimensión más importante de un telescopio reflector como los que hay en el OAN-SPM, es el diámetro del espejo principal con que capta y concentra la luz. A mayor diámetro, más finos son los detalles que el instrumento puede mostrar y al mismo tiempo mayor es su capacidad de captar luz. Hoy en día existen telescopios reflectores de ocho metros diámetro y hasta de 10 (como los telescopios gemelos Keck, situados en la cima del volcán Mauna Kea, en Hawai, y el Gran Telescopio de Canarias, en las Islas Canarias, del cual México es socio) y se planean telescopios aún mayores (véase Enormes ojos terrestres: telescopios gigantes, ¿Cómo ves? No. 71).

El telescopio de 2.1 metros del OAN-SPM ya va resultando pequeño para ciertas investigaciones, como la de Vladimir Ávila Reese. Tiempo después de nuestro encuentro en el metro, Vladimir me comentó: Con un telescopio más grande indudablemente podríamos seguir la curva de luz de la mayoría de los estallidos por varias noches. Con las curvas de luz determinadas podríamos medir la distancia, así como entender muchos aspectos de la física de estos objetos. El anhelo de Vladimir, y de muchos otros astrónomos, está en camino de hacerse realidad.

Colaboración internacional

En noviembre de 2005, al término del III Taller de Astrofísica México-Corea, celebrado en el Colegio Nacional, en la Ciudad de México, se anunció la creación de un consorcio internacional para construir dos telescopios de 6.5 metros en el OAN-SPM. Se estima que el proyecto, denominado SPM Twin, (twin significa gemelo) costará cerca de 150 millones de dólares. Corea del Sur desea participar con el financiamiento de 50% del proyecto, el resto provendría de instituciones estadounidenses y mexicanas; por ejemplo la Universidad de Arizona y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) ya contribuyen cada uno con cuatro millones de dólares. La Secretaría de Educación Pública ha aportado un millón de dólares. El Instituto de Astronomía de la UNAM pondrá la infraestructura y experiencia del OAN-SPM al servicio de la construcción y operación de los telescopios.

El Observatorio Astronómico Nacional

En 1878 Porfirio Díaz firmó el decreto con el que se creaba oficialmente el Observatorio Astronómico Nacional.

La primera residencia del OAN fue el Castillo de Chapultepec. Hoy en día la cosa parece absurda porque el castillo está enclavado en una zona muy bulliciosa, con contaminación y sobre todo mucha luz por la noche. Pero en 1878 el aire estaba limpio y las noches eran claras.

Con el paso de los años, la contaminación por luz (malísima para los telescopios porque los encandila) fue persiguiendo al OAN. En 1908 el observatorio se mudó a la bucólica y apacible Villa de Tacubaya. Al poco tiempo lo alcanzó la ciudad. Los telescopios se fueron entonces a Tonantzintla, Puebla, en 1942, pero la iluminación de la vecina ciudad de Puebla no tardó en alcanzarlos ahí también.

En 1967 la UNAM creó el Instituto de Astronomía. Una sus primeras tareas fue buscar un sitio remoto y apacible para el OAN, que desde 1929 dependía de la universidad. Más aún, hacía falta un sitio capaz de seguir siendo remoto y apacible durante muchos años. Examinando fotos de satélites meteorológicos, los astrónomos eligieron el noroeste de México. Hoy se sabe que la elección fue acertada. En esa región el aire es tan transparente que permite hacer observaciones astronómicas de alta calidad la mayor parte del año. Luego de escoger la Sierra de San Pedro Mártir, en Baja California, y de tres años de pruebas astronómicas, en 1970 empezó la construcción de los edificios y los telescopios. Se montó un telescopio de 84 centímetros construido en el Instituto de Astronomía y uno de 150 centímetros, cedido por la Universidad de Arizona.

La estrella indiscutible entre los instrumentos del observatorio de San Pedro Mártir es el telescopio reflector de 2.1 metros de diámetro. El Instituto de Astronomía consiguió los recursos para construirlo en 1974. Un telescopio es una máquina asombrosa. De varias toneladas de peso, debe moverse con la finura de los dedos de un pianista de concierto. La consola de guiado y control se diseñó y construyó en el Instituto de Astronomía. El espejo primario se construyó en Tucson, Arizona.

La cresta de la sierra donde se encuentra el observatorio es inhóspita. En dos ocasiones, antes de terminar la construcción del telescopio, los helicópteros de la guardia costera estadounidense tuvieron que rescatar a los astrónomos y trabajadores atrapados por la lluvia y la nieve. Pero por fin, el 17 de septiembre de 1979, se inauguró el telescopio de 2.1 metros.

Hoy los telescopios más grandes del mundo tienen ocho y 10 metros de diámetro, pero el telescopio de 2.1 metros sigue dando buen servicio a la comunidad astronómica. Hace pocos años el Instituto de Astronomía ganó una licitación internacional para fabricar un importante instrumento para un nuevo observatorio en las Islas Canarias, evidencia de que el instituto tiene hoy la tecnología y la experiencia para construir telescopios más potentes.

El proyecto ha avanzado mucho al integrarse el consorcio y definirse científicamente sus alcances. Básicamente, es cada vez más viable, me comenta Jesús González, investigador del Instituto de Astronomía, quien es responsable del IA en este proyecto, tanto en la parte científica como en la técnica.

Los gemelos de San Pedro Mártir

El proyecto SPM Twin consiste en dos telescopios con espejos primarios de 6.5 metros. Para hacerlos competitivos e interesantes en la era de los telescopios gigantes, los SPM Twin tendrán especialidades separadas y difíciles de realizar con telescopios más grandes. Uno es el Telescopio Espectrosópico de Gran Campo; su campo visual abarcará parcelas de cielo relativamente amplias para poder observar un gran número de objetos a la vez.

Cuanto más grande es un telescopio, más acerca los objetos lejanos, pero este poder de aumento tiene precio. Es como ver de cerca un elefante: podemos examinar los detalles de la piel a expensas de la visión de conjunto del animal. Con un telescopio grande se gana en detalle, pero se pierde en amplitud del campo visual. Los grandes telescopios actuales pueden optimizarse para examinar campos más amplios, pero la modificación es sumamente costosa. De esta manera, un telescopio de 6.5 metros optimizado para hacer observaciones de campo amplio será muy competitivo aún cuando se construyan telescopios de 20 metros o más.

El Telescopio Espectrosópico de Gran Campo se podrá usar para obtener simultáneamente el espectro óptico completo de los objetos captados en el campo de observación, con una resolución o finura espectral lo suficientemente alta para extraerle información acerca de la composición química, la temperatura y el movimiento de estos objetos. Este telescopio tendrá un ángulo de visión de un grado y medio de diámetro, mientras que los telescopios convencionales tienen un campo de alrededor de un cuarto de grado. En una parcela de cielo de ese tamaño, la cantidad de objetos observables puede llegar a las decenas de miles de galaxias. Con este sistema se puede obtener el espectro de miles de objetos al mismo tiempo.

El otro instrumento, que se llamará Telescopio Infrarrojo de Alta Resolución Espacial, se usará para estudiar la radiación infrarroja que emiten los objetos. Estará equipado con un sistema de óptica adaptativa, mecanismo controlado por computadora que permite corregir las distorsiones de la luz de los objetos celestes causadas por la turbulencia atmosférica. La óptica adaptativa corrige la distorsión por medio de movimientos pequeños de la superficie del espejo del instrumento y mejora considerablemente la nitidez de las imágenes que se pueden obtener con telescopios terrestres.

Para reducir al máximo el costo de diseño y construcción, los telescopios SPM Twin incorporarán adelantos de diseño ya probados en otros instrumentos de 6.5 metros: los telescopios gemelos Magallanes del Observatorio del cerro Las Campanas, Chile, operado por la Institución Carnegie de Washington, y del telescopio MMT (Multiple Mirror Telescope), en Arizona, operado por el Instituto Smithsoniano y la Universidad de Arizona.

José Franco, director del Instituto de Astronomía, precisa: En el caso del telescopio de óptica adaptativa, se hará básicamente una copia del Magallanes, así que no requerirá mucha ingeniería nueva. Para todo fin práctico, la del telescopio ya está diseñada. El caso difícil es el del telescopio de gran campo. Partimos del diseño del Magallanes y le estamos incorporando algunas soluciones del MMT, que es más viejo y complejo, pero está diseñado para un campo mayor. Además, se deben diseñar de manera integral las modificaciones y los instrumentos de medición.

El Magallanes es un telescopio muy eficiente y barato. El MMT no, más bien es como un Frankenstein que se modificó mucho después de construido; pero tiene la virtud de ser de campo más amplio. Ambos usan el mismo tipo de espejo de 6.5 metros que tendrán los SPM Twin, así que son idóneos para usarse como diseño base. Del Magallanes usaremos las soluciones de estructura, óptica y montura para los dos Twin y del MMT emplearemos la óptica de gran campo.

Camino al cielo

Ya había leído mucho acerca de San Pedro Mártir: que es la sede del Observatorio Astronómico Nacional, que es uno de los sitios del planeta que mejores condiciones atmosféricas ofrecen para la investigación astronómica, cuán alto estaba sobre el nivel del mar. También había oído decir que, con suerte, desde sus varias cimas se podía ver el desierto, el Mar de Cortés y el Océano Pacífico.

El Distrito Federal se encuentra a unos 2 200 metros sobre el nivel del mar, pero sus habitantes no tenemos la experiencia de divisar panoramas desde las alturas porque la ciudad está en un valle. En la Sierra de San Pedro Mártir, en el OAN, se puede uno asomar a echarle un vistazo al abismo.

Para llegar por aire hay que aterrizar en Tijuana, Baja California. Es un primer impacto visual y emocional: ahí mismo, junto al aeropuerto, se extiende el muro que nos separa de los Estados Unidos, con todos sus interminables graffitis. De ahí hay que trasladarse a Ensenada.

La base del OAN del Instituto de Astronomía(IA) de la UNAM está en las afueras del municipio de Ensenada, en una envidiable ciudad universitaria con diversidad institucional: son vecinos el Centro de Investigaciones Científicas y Estudios Superiores de Ensenada (CICESE), la Universidad Autónoma de Baja California y el Centro de Materia Condensada. Las expediciones al observatorio parten de las instalaciones del IA a las ocho de la mañana. El equipaje e instrumentos como cámaras y grabadoras deben meterse en unas bolsas de plástico selladas (la polvareda será intensa); los vehículos son aptos para todo terreno y en ciertas épocas del año se dota a los expedicionarios con ropa térmica.

En la carretera N° 1 hacia el Sur, a 140 kilómetros de Ensenada, está la desviación que sube al Parque Nacional San Pedro Mártir. Amenizan el paseo los cultivos de vid. Pronto desaparecen, cediendo el espacio a un desolado y a la vez encantador desierto con extrañas formaciones rocosas. Muy pronto surgen unas misteriosas rocas redondas y gigantes que semejan las canicas de algún atlante.

Se acaba el asfalto y continúan empinadas pendientes con abundantes curvas. Las paredes expuestas al abrirse la brecha muestran la sorprendente geología de la sierra.

Aparecen los pinos. Debemos andar ya por los 2 000 metros. Llegamos a un valle grande, una mini meseta donde el IA OAN ha construido una pileta e instalado unas bombas de agua. En esa pileta los helicópteros suelen abastecerse de agua para combatir incendios en la sierra y para abastecer al OAN cuando se hace necesario. No muy lejos se vislumbran empinados picos, uno de ellos tocado en su cima por el inconfundible edificio cilíndrico de cúpula azul con blanco del telescopio de 2.1 metros.

Una vez que se llega al OAN, después de cinco horas de viaje desde Ensenada, no dan ganas más que de descansar, pero el panorama seduce, hipnotiza. Si se tiene suerte podrán verse los tonos morados de la superficie del bosque por la abundancia de lavanda. Al atardecer el suelo resplandece de chispas doradas, por los diminutos pedazos de mica adosados a las rocas. Aún falta un corto trecho para llegar a las instalaciones de los telescopios, cuyas cúpulas se yerguen por encima de los pinos.

Podría uno rogar que no se acabe la tarde dorada, sin embargo, al llegar la noche, se despliega otro espectáculo en el cielo: la Vía Láctea, brillando tanto que casi deslumbra.

La Sierra de San Pedro Mártir es un parque nacional por decreto presidencial desde 1974, así que su acceso está controlado por el gobierno de Baja California y la UNAM.

El SPM Twin es un proyecto integral en cuanto a diseño, construcción y operación. Desde el principio se han tomado en cuenta tanto los telescopios, como los instrumentos de medición periféricos y las investigaciones que se llevarán a cabo con el conjunto, lo que permitirá optimizar los sistemas de ambos telescopios. Éstos estarán dedicados la mayor parte del tiempo a proyectos definidos de antemano, pero también habrá espacios para proponer otros programas y atender imprevistos.

Los detalles

Además de Jesús González, los atrónomos mexicanos que participan en el proyecto SPM Twin son Roberto Terlevich, José Guichard, Alfonso Serrano, Alberto Carramiñana y Miguel Chávez, del INAOE, y José Franco, Joaquín Bohigas, Elfego Ruiz y David Hiriart, del Instituto de Astronomía de la UNAM.

José Franco señala que el proyecto se encuentra en etapa preconceptual. Falta definir los detalles de las investigaciones más importantes que se realizarán con los telescopios SPM Twin. Estos detalles van a determinar en buena medida las características de los instrumentos de medición que acompañarán a los telescopios. Por ejemplo, dice José Franco, tenemos que definir cuántas fibras ópticas se pondrán en el espectrógrafo del telescopio de gran campo (las fibras conducirán la luz recogida por el telescopio hasta el espectrógrafo, para su análisis). Sabemos que deben ser entre 5 000 y 10 000, pero debemos precisarlo, porque esto determinará cuántos detectores y de qué tipo se pondrán al final de las fibras. ¿Y cómo se determina el número de fibras que requiere el espectrógrafo? Pues si los proyectos clave requieren estudiar galaxias que se encuentren a más de cierta distancia, tenemos que calcular estadísticamente cuántas galaxias caben en el campo del telescopio. Si, por ejemplo, llegamos a la conclusión de que hay aproximadamente 1 000 galaxias por grado cuadrado de cielo, entonces 5 000 fibras ópticas bastan y sobran. Pero si hay alrededor de 10 000 galaxias por grado cuadrado, entonces requeriremos muchas más fibras, unas 20 000, lo que complica la operación y eleva los costos. Cada telescopio, con su instrumentación, requiere un análisis muy detallado, lo que toma típicamente un año por componente.

Hallazgos

En los últimos dos años los astrónomos del Instituto de Astronomía de la UNAM han reportado cinco descubrimientos astronómicos de frontera: la detección de estallidos de rayos gamma; la localización del escondite de materia que se consideraba extraviada; el descubrimiento de una estrella muy masiva con disco de acreción y chorros colimados (hasta ese momento no se creía que las estrellas gigantes tuvieran discos como las pequeñas tipo nuestro Sol); la observación de una estrella vieja que parecía apagarse y súbitamente se volvió a encender, como resucitando, y el descubrimiento de cuatro galaxias en las que se manifestaron destellos de rayos gamma de cortísima duración, tres de ellas "viejas" con casi nula actividad de estrellas nuevas y la tercera de edad media.

Cielo oscuro garantizado

La comunidad del Instituto de Astronomía ha acumulado una experiencia invaluable que aportará como socio del proyecto SPM Twin. No sólo se las ha visto con la construcción del OAN-SPM a 2 800 metros sobre el nivel del mar, con sus instalaciones en la inhóspita sierra de San Pedro Mártir, sino también ha tenido que desempeñar el papel de eficiente gestor político para conseguir la construcción del camino que conduce al observatorio y realizar la infraestructura para que opere el OAN, con gran apoyo de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y de la empresa telefónica Telnor para el tendido telefónico y de fibra óptica.

Otro logro de la comunidad es la llamada Ley del Cielo. En el pasado muchos observatorios han dejado de ser útiles cuando los alcanza la mancha urbana, con su luz excedente que contamina el cielo para la astronomía (piénsese en el antiguo observatorio de Tacubaya, en la Ciudad de México). Para garantizar la rentabilidad a largo plazo en una inversión tan importante como los telescopios SPM Twin, la comunidad del instituto, con el apoyo entusiasta del cabildo de Ensenada y las autoridades del parque nacional, diseñó e impulsó esta ley que restringe la iluminación pública en el municipio de Ensenada. La Ley del Cielo fue aprobada por el cabildo de Ensenada el 10 de agosto de este año y está próxima a promulgarse una vez que sea publicada por el gobierno de Baja California.

Los adelantos en en el conocimiento del Universo en los últimos años han sido espectaculares, y en ellos han participado muchos astrónomos mexicanos. Pero es muy posible que lo mejor esté por venir, con el desarrollo de nuevos telescopios y sus instrumentos. El SPM Twin, un megaproyecto por sus dimensiones y alcances, se inscribe en lo que se anticipa será una era de grandes descubrimientos.

Rolando Ísita Tornell es doctor en ciencias de la información por la Universidad Complutense de Madrid. Desde hace muchos años se dedica a la divulgación de la ciencia y actualmente es el encargado de difusión del Instituto de Astronomía de la UNAM.
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