El Observatorio Astronomico

INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA

EL OBSERVATORIO ASTRONÓMICO Roberto Bartali 2007

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INTRODUCCIÓN

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En esta presentación describiremos la historia, la evolución y las características de los observatorios astronómicos, lugares en los cuales se hospedan algunas de las maravillas tecnológicas modernas. Cerro Tololo

A pesar de la total falta de instrumentos de medición, de sistemas de cómputo y de materiales de alta tecnología, los observatorios antiguos fueron igualmente unas maravillas, debido a que sus constructores lograron resultados muy interesantes.

Chankillo

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La Astronomía es una ciencia muy antigua. El hombre siempre ha sido curioso y ha observado el cielo nocturno desde que ha tenido uso de razón. Inclusive los animales voltean su mirada al cielo.

El Sol, la Luna, el movimiento aparente de las estrellas, las estrellas fugaces, los eclipses, las novas y supernovas, han llamado la atención de todas las civilizaciones alrededor del mundo.

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Con el paso del tiempo, ha utilizado diferentes métodos para observar y registrar los fenómenos celestes. En la antigüedad, solo utilizó formaciones naturales como cerros o valles para orientarse y registrar los eventos.

Después construyó monumentos y edificios especiales para protegerse del frío y tener una posición fija de referencia para realizar las observaciones. Surge así el concepto de observatorio astronómico, como un edificio dedicado exclusivamente para la observación y para mantener almacenados y protegidos instrumentos y registros. En la actualidad estos edificios son una verdadera maravilla tecnológica, controlados y manejados por sofisticadas computadoras.

VLT

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HISTORIA

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Estructuras naturales como montañas, grandes rocas o árboles fueron utilizadas como puntos de referencia.

Armenia España

Después se tallaron y erigieron monolitos y fueron alineados con las estructuras naturales. 7 Escocia

La metódica observación de los fenómenos naturales, ha llevado a los antiguos astrónomos a detectar lugares especiales desde los cuales se podían observar ciertos fenómenos solo en fechas determinadas. Esto ayudó a la creación de los calendarios.

Un ejemplo de esto, es este observatorio solar neolítico en Italia. La luz del Sol pasa a través de la perforación (durante el solsticio de invierno) y se proyecta en rocas formando una mariposa. 8

Bajorrelieves tallados en piedras que representan observaciones astronómicas. Probablemente su sitio original era cerca de cuevas, de formaciones naturales o de monumentos erigidos para la observación.

Venezuela Galicia

Colorado

USA

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Las cuevas eran utilizadas como casas y lugares para protegerse de las intemperies y de los animales salvajes. Las paredes eran utilizadas para mostrar hechos importantes y llevar registros de observaciones astronómicas. México

Italia

Hungría

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Las formaciones naturales son aprovechadas y modificadas para adaptarlas a las necesidades de las observaciones.

Enormes monumentos y monolitos fueron levantados para crear observatorios solares.

Puerta del Sol, Bolivia Piedra del Sol, Machu Picchu

Observatorio solar en Perú. El Sol surge entre diferentes torres durante los solsticios y los equinoccios.

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Los monolitos fueron sustituidos por grandes monumentos diseñados para facilitar la observación del movimiento del Sol, la Luna y los planetas.

Stonehenge

Chichen Itza

Monte Alban

Surgieron, así, edificios especialmente diseñados para la observación astronómica.

India

Uraniborg

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Desde 30 siglos antes de Cristo hasta 15 siglos después, se han levantado monumentos gigantescos y edificios especialmente diseñados para la observación astronómica.

México

Grecia

Inglaterra

Bolivia

Egipto

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A partir del siglo XVIII hasta la segunda mitad del siglo XX

Greenwich

Griffit

Yerkes

Yazdt Stockholm

Pulkovo

El arte, la arquitectura y la ciencia se unen para crear hermosos edificios 14 dedicados a la observación astronómica.

GEMINI

VLT

Durante la segunda mitad del siglo XX y en la actualidad, el arte cede el paso a la tecnología. NTT

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TIPOS

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Los avances de la tecnología han permitido que en los últimos 60 años, la observación astronómica se llevara a cabo no solo sobre la superficie terrestre, sino que se ha desplazado a la atmósfera, al espacio exterior e inclusive bajo tierra.

Telescopio Espacial

Detector de neutrinos y partículas de alta energía

Estación Espacial Internacional 17

Balones aerostáticos

Precursores de los telescopios espaciales, llevaban, y llevan, pesadas cargas de instrumentación científica. Observando desde las partes altas de la atmósfera, son especialmente sensibles a las partículas de alta energía, la radiación ultravioleta e infrarroja, 18 todas filtradas por nuestra atmósfera.

Observatorios a bordo de aviones

KAO

SOFIA

Estos aviones de la nasa, volando a alturas mayores a los 10 km, hospedan un telescopio infrarrojo totalmente automatizado y otros instrumentos.

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Telescopios espaciales La turbulencia de la atmósfera terrestre, la contaminación luminosa y del aire, no permiten la observación de los detalles de los cuerpos celestes.

Telescopio espacial Spitzer Telescopio Espacial Hubble

Además, la radiación infrarroja y ultravioleta, son filtradas por las capas atmosféricas, ocultando muchos de los fenómenos que ocurren en el espacio. 20

Observatorios para longitudes de onda cortas (UV y X). GALEX

CHANDRA

Muchos fenómenos que ocurren en el interior de nebulosas, galaxias y estrellas, que se encuentran a muy altas temperaturas, emiten radiaciones en longitudes de onda muy cortas, visibles solo desde el espacio.

21 XMM NEWTON

Observatorios para longitudes de onda muy cortas (gamma)

COMPTON INTEGRAL

Los fenómenos que se desarrollan y generan temperaturas extremas (decenas de millones de grados) emiten rayos gamma. SWIFT

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Observatorios para longitudes de onda muy largas

WILKINSON

Los fenómenos que se desarrollan o se generan a temperaturas extremadamente bajas, como la temperatura residual del Big Bang, son visibles en la banda de las microondas. PLANCK

Pequeñas variaciones de la temperatura del universo son visibles en este mapa creado por el WMAP.

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M81 fotografiada por el Spitzer

M81 fotografiada por el Hubble

E J E M P L O S

M81 fotografiada por el Chandra

24 M81 fotografiada con el telescopio I.Newton

La Vía Láctea vista observada en diferentes longitudes de onda

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Exploradores robóticos que se han posado sobre la superficie de cuerpos del Sistema Solar

Viking

Exploradores en Marte

Explorador en Titan

Huygens

Spirit

Venus

Venera 14

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Exploradores Automáticos Interplanetarios

New Horizons

Cassini

Muchos observatorios espaciales han viajado a lo largo y ancho del Sistema Solar, estudiando los planetas y sus satélites. Estos son solo una pequeña muestra de todos ellos. Messenger

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Exploradores interestelares

Voyager 2 Pioneer X

Después de haber explorado gran parte del Sistema Solar, los observatorios espaciales Pioneer X, Pioneer XI, Voyager I y Voyager II, se encuentran en los límites del Sistema y estan en camino hacia el espacio inter-estelar cada uno en 28 una dirección diferente.

Radiotelescopios móviles

Green Bank

La atmósfera terrestre es transparente a una restringida gama de radiaciones electromagnéticas, además de la luz visible, las ondas de radio pueden ser observadas desde la superficie utilizando radiotelescopios. Radiotelescopios fijos

Arecibo

29 Effelsberg

Inerferómetros Los instrumentos de varios observatorios pueden ser apuntados hacia el mismo objeto y la radiación detectada por cada uno de ellos puede ser sumada gracias a sofisticadas técnicas electrónicas y el uso de poderosas herramientas matemáticas. El efecto final es como si tal objeto fuese observado por un solo instrumento del tamaño equivalente al de todos los instrumentos juntos. Interferómetros radio

Very Large Array

Interferómetros ópticos ESO – Very Large Telescope

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Detectores subterráneos de neutrinos y partículas de alta energía Los neutrinos son partículas de muy alta energía y virtualmente sin masa que son producidas por las estrellas durante la conversión de hidrógeno en helio y por las supernovas durante la explosión.

Sudbury Super Kamiokande MIT

Enormes tanques llenos de agua, rodeados por gran cantidad de sensores de luz extremadamente sensibles, pueden detectar solo algunos de los millones que recibimos cada segundo.

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Detectores de ondas gravitacionales Las ondas gravitacionales son producidas por los agujeros negros, las estrellas de neutrones, las supernovas y las colisiones de objetos muy masivos.

Observatorio LIGO

Geo600

Un laser se refleja en una serie de espejos colocados sobre masas colgantes situadas en los extremos de los túneles de 4 km, una onda gravitacional debería desplazar el haz de luz algunos micrómetros.

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Observatorios solares Contienen telescopios de muy larga longitud focal para poder tener una imagen grande del Sol. Kitt Peak

Por eso, normalmente son torres muy altas en las cuales la luz del Sol se refleja hasta un cuarto bajo tierra. Allí es analizada por diferentes instrumentos.

NSO

Una serie de espejos móviles en la punta de la torre sigue el movimiento del Sol.

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CARACTERÍSTICAS

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La observación astronómica depende de climas secos, estables y de la transparencia de la atmósfera.

San Pedro Martir Mauna Kea

Por estas razones los observatorios se construyen en lugares alejados y muchas veces en la cima de montañas.

La Silla

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Roque de los Muchachos

Elegir el lugar adecuado requiere de varios años de estudios y de meticulosos registros de las condiciones climáticas. El lugar, además, debe estar lejos de las luces de las ciudades. Cape Town

Los lugares ideales son las montañas cerca de las costas oceánicas, zonas áridas y altiplanos desérticos. 36

Nuestro planeta durante la noche esta muy iluminado.

La contaminación luminosa, degrada las condiciones del cielo, los observatorios, en consecuencia, deben ser construidos en lugares remotos y de difícil acceso. 37

Griffith

Muchos observatorios han sido engullidos por las grandes ciudades.

Pino Torinese

La iluminación y la contaminación, degradan mucho las condiciones del cielo, perjudicando y reduciendo la cantidad y la calidad de los estudios que se realizan. 38

Un lugar ideal para la observación astronómica son los altiplanos helados en el polo sur.

Para la detección de la radiación infrarroja, es necesario que el observatorio este construido en lugares muy secos y extremadamente fríos, toda la instrumentación debe trabajar a temperaturas de decenas de grados bajo cero. 39

La típica imagen del astrónomo observando al ocular del telescopio, aguantando temperaturas de varios grados bajo cero, en posiciones incómodas … Hubble

http://www.gdargaud.n et/Antarctica/AstroAnt ar.html

Hevelius

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… ha cambiado por la de varias personas cómodamente sentadas en frente a monitores de computadora, en un cuarto con aire acondicionado y una taza de café.

LBT

ESO

VLT

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Ahora son las computadoras y los sofisticados circuitos electrónicos que controlan los telescopios, los edificios y los instrumentos, los que deben estar en ambientes fríos.

Arecibo

Keck 1

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El observatorio es el lugar en el cual se almacenan los registros de las observaciones. A lo largo de la historia, el registro manuscrito ha sido substituido por grandes cantidades de libros impresos y actualmente por miles de unidades de cinta magnética y discos compactos. La cantidad de información generada por día se ha incrementado desde algunas hojas manuscritas a cientos de hojas impresas … a cientos de gigabytes.

Códice Maya Observatorio Pino Torinese TDS

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Entonces, como hemos visto, un observatorio es el lugar en el cual se encuentran los instrumentos, los archivos y los sistemas de control. Vamos a ver más a detalle sus características técnicas.

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LBT 2x8.4m HET 11m

El edificio de un observatorio moderno es un sistema inteligente y construido con materiales ligeros y resistentes, a pesar de ser enormes, sus dimensiones son parecidas a las de los observatorios del siglo pasado que hospedan telescopios mucho más pequeños.

Reflector Hale 5.1m 45 Refractor Yerkes 1m

Esto de debe a que las monturas de los telescopios son alt-azimutales y no ecuatoriales como lo eran hasta hace 30 años. 8.4m VLT

122cm Padova

Montura ecuatorial

La integración a gran escala de los circuitos electrónicos, su drástica reducción del costo, la capacidad de los procesadores y la construcción de motores muy potentes de reducidas dimensiones, ha permitido desarrollar sistemas de control muy poderosos, eficientes, de bajo costo y reducidas 46 dimensiones.

La cimentación del telescopio debe ser completamente aislada de la cimentación del domo para evitar la transmisión de las vibraciones. Yerkes

J.Kepler High School

Lone Star Observatory, Texas

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Normalmente, el telescopio y la cúpula tienen movimientos propios e independientes.

Stewart Obs.

Actualmente, en varios observatorios, es el edificio completo junto con el telescopio que se mueven simultáneamente. NTT

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Algunos observatorios están divididos en dos partes, una que contiene el espejo principal, y la otra que contiene el espejo secundario y la instrumentación.

SALT Hobby Eberly

En este tipo de instrumentos, la movilidad es reducida y son utilizados para observar en un ángulo restringido cerca del Zenith (donde la refracción es muy baja). 49

La temperatura y la humedad en el interior del edificio, donde esta el telescopio, deben ser constantes e iguales a la temperatura y humedad en el exterior, para evitar turbulencia en el interior y alrededor del telescopio.

Un sistema de sensores de humedad y de temperatura, se encarga de abrir y cerrar periódicamente los grandes ventanales desde varias horas antes de que empiece la observación. Gran Telescopio Canarias

Los datos de la estación meteorológica son analizados y se hacen las previsiones de la temperatura a la que se llevará a cabo la observación, esta información es utilizada por los sistemas de control del edificio.

Gemini

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FUTURO

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Telescopios de 42 m de diámetro, están en proyecto en Europa. El domo será algo parecido a un hangar para aviones 747. ELT

Otros telescopios de hasta 100m de diámetro están en proyecto en USA y Canadá. OWL

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El observatorio espacial James Webb, ya en su fase final de fabricación, será lanzado en los próximos años.

James Webb

Tendrá un diámetro de 6 m y trabajará en luz visible e infrarroja, todos los sistemas electrónicos serán enfriados a 243 grados bajo cero, el espejo esta 53 formado por placas de berilio.

Observatorios completamente automatizados con telescopios gigante de hasta 30m de diámetro, están en estudio para ser colocado sobre la superficie lunar.

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 55