Historia de la observación astronómica

Desde el principio de los tiempos, el ser humano se ha sentido atraído por cuanto sucedía en el firmamento. Es por ello que la Astronomía está considerada la ciencia más antigua. A lo largo de los siglos, las investigaciones relacionadas con el cielo han ido evolucionando de forma paralela al perfeccionamiento de los diferentes medios de observación celeste.

En el hombre han suscitado un gran interés fenómenos como los movimientos de los astros, los eclipses o los ciclos regulares de las estaciones. Por ello desde la prehistoria ha ido observándolos y estudiándolos. Primero fue a simple vista, y luego aportando nuevos medios tecnológicos.

Desde el primer telescopio, creado por Galileo, hasta los modernos telescopios espaciales y terrestres han pasado muchos años. Pero sus fines han sido siempre los mismos: desentrañar todo aquello que acontece en el misterioso cosmos.

Origen de la observación celeste

Todo comenzó con la aparición del ser humano sobre la tierra. El hecho de que hubiese periodos de luz que se alternaban con otros de oscuridad debió de ser la primera señal para que el hombre otease los cielos.

La siguiente fue las variaciones que producían la proximidad o el alejamiento del sol, responsable de los cambios estacionales. Cuando advirtió estas diferencias, ajustó las épocas de caza o de recolección.

Mitos, religión, magia...

El hombre primitivo veía en las alteraciones celestes fenómenos inexplicables que le aterraban. Su total desconocimiento le llevó a creer que en el cielo habitaban seres todopoderosos, responsables de cuanto acontecía en el firmamento.

El hecho de que el cosmos influyese en los destinos de las tribus, hizo que sus moradores convirtiesen a estos seres en una especie de dioses a los que había que adorar e idolatrar para no enfadarlos. De esta forma pretendían conservar sus cosechas, asegurar la provisión de caza o, sencillamente, no morir de frío.

Observación global

El componente religioso marco el origen de la observación astronómica. Muchos de los astrónomos que observaron y estudiaron el cielo en la antigüedad fueron denostados, perseguidos e incluso juzgados y ejecutados. De hecho, muchos de estos componentes religiosos todavía se mantienen en muchas culturas como supersticiones.

La práctica de la observación desde sus orígenes fue un fenómeno universal. En todos aquellos lugares en los que vivió el hombre a lo largo del planeta desde su aparición se han encontrado todo tipo de manifestaciones relacionadas con este tema. En las paredes de las cuevas europeas, en las pirámides de Egipto y de los mayas, o en los templos de la antigüedad de todas las culturas queda patente que el hombre observaba y estudiaba las variaciones celestes.

Observar el cielo a simple vista

La curiosidad y la necesidad de saber lo que acontecía en el cielo ha llevado al hombre desde sus orígenes a observarlo detenidamente. Mucho antes de la aparición del telescopio y de otras tecnologías, ya se realizaban cálculos astronómicos a simple vista o a ojo desnudo. Para ello se utilizaban las grandes estructuras naturales. Montañas, montes o grandes rocas servían como puntos de referencia.

Observatorios naturales

Con el paso de los años, los astrónomos de la prehistoria y de la antigüedad comenzaron a colocar monolitos alineados para señalar aquellos lugares ideales para contemplar el firmamento. Surgían así los primeros observatorios naturales.

Es el caso del observatorio solar de Newgrange, en Irlanda, construido en el siglo XXXIV antes de Cristo. También, entre los años 3150 a 2500 a. C., en la isla de Malta se construyó el complejo megalítico del templo de Hagar Qim, que mostraba alineamientos solares y lunares.

Primera aproximación a la ciencia

Hacia el siglo VI a.C. algo empezó a cambiar. Hasta entonces, la voluntad de los dioses bastaba para explicarlo todo. Los primeros filósofos naturalistas empezaron a buscar una lógica en el orden natural que relacionara entre sí los fenómenos. Según esa idea innovadora, el hombre podía comprender y describir la naturaleza, cielo incluido, usando la mente. Por algo se empieza.

Esos primeros científicos (Tales, Anaximandro, Anaxímenes), reunidos en Mileto, observaron el cielo y la Tierra, elaboraron cartas náuticas y plantearon hipótesis sobre la Tierra, los planetas, las estrellas y las leyes que describen sus movimientos. La ciencia, entendida como interpretación racional de lo que se observa, empezó así su andadura. Por supuesto, la mayor parte de la humanidad siguió creyendo en dioses y espiritus. En esto, poco hemos cambiado.

Un telescopio artesanal

En el año 1609, el matemático Galileo creó un telescopio casero de 8 aumentos. Con él demostró a las autoridades de Venecia, en Italia, todo el potencial de este novedoso instrumento. La demostración con su telescopio le valió el puesto de matemático y filósofo en Florencia, al servicio de Cosme II de Medici, Gran Duque de Toscana. Ocupó este puesto desde 1610 hasta su muerte, en el año 1642.

Cuando Galileo se hallaba en la ciudad de Venecia, en el año 1609, supo de un singular descubrimiento realizado en Holanda. Consistía en un tubo con dos lentes que permitía que los objetos lejanos se apreciaran mucho más cercanos. Galileo, que era un gran artesano, realizó inmediatamente su propio artilugio. Se cree que para este telescopio utilizó el tubo de un órgano, al que le incorporó ocho aumentos.

Con su rudimentario telescopio Galileo realizó algunos de los descubrimientos más importantes de la historia de la astronomía.

Observaciones de Galileo

Galileo fue perfeccionando su telecopio, y sus observaciones con él dieron lugar en 1632 a su libro "Diálogo sobre los dos grandes sistemas del mundo". Esta publicación ofrecía todas las pruebas que las observaciones con el telescopio le habían proporcionado a favor del sistema copernicano o heliocéntrico.

Muchos son los resultados que Galileo obtuvo a través de sus observaciones. Descubrió que el Sol, considerado hasta entonces símbolo de perfección, tenía manchas, y que la Luna poseía una superficie irregular, con valles y montañas. También observó que Saturno tenía unos apéndices extraños, que luego se supo eran sus populares anillos.

Pero son las observaciones que realizó sobre Júpiter las que resultaron más trascendentales. Galileo consiguió demostrar que este planeta estaba rodeado de lunas que se asemejaban a un diminuto sistema solar. Esta afirmación resultó un gran apoyo para los argumentos a favor del universo copernicano.

Galileo, padre de la Astronomía moderna

El telescopio de Galileo sirvió para desvelar la presencia de numerosas estrellas y otros fenómenos que hasta entonces eran demasiado débiles para ser apreciadas por el ojo humano. Se iniciaba de esta forma la Astronomía moderna. Galileo, por primera vez desde la Antigüedad, ofrecía la posibilidad de contemplar un nuevo universo, lleno de fenómenos a la espera de ser descubiertos y estudiados. Es por ello que se le otorgó el título de "padre de la Astronomía moderna".

Además, la racionalidad que Galileo demostró en todos sus procesos científicos le han otorgado también el título de "padre de la Ciencia". Su pasión por estas disciplinas le llevó a ser sometido a un proceso por parte de la Iglesia Católica. Le obligaron a rechazar públicamente de la teoría copernicana, sufrió arresto domiciliario y no pudo volver a publicar nuevos trabajos ni reeditar los anteriores.

El telescopio reflector

Un telescopio reflector es aquel que utiliza uno o más espejos para reflejar la luz y formar una imagen. Debido al uso de los espejos, también se les conoce como telescopios catóptricos.

El origen del primer telescopio reflector es incierto. El uso de espejos cóncavos y convexos ubicados en ángulos para observar a grandes distancias se atribuye a Leonard Dignes. Su libro Pantometría fue publicado por su hijo Thomas Digges en 1571. Más tarde, en 1636, el religioso Marin Mersenne creó un telescopio reflector a partir de un espejo parabólico con un pequeño orificio frente a otro de menor tamaño.

En 1663, James Gregory perfeccionó el telescopio de Mersenne añadiéndole un pequeño espejo secundario cóncavo y elipsoidal. Este reflejaba la luz procedente del espejo primario al segundo plano focal de la elipse, y de ahí al ocular.

La aportación de Newton

Isaac Newton también aportó sus propias técnicas de perfeccionamiento al telescopio reflector alrededor del año 1668. Para ello usó un espejo primario cóncavo y un espejo secundario de plano diagonal. Newton estaba casi seguro de que podría probar su teoría de que la luz blanca está compuesta del espectro de colores. Pero los telescopios refractores de la época distorsionaban el color, fallo que Newton achacó a las lentes de los telescopios refractores. Newton dedujo que esta aberración cromática podía ser eliminada fabricando un telescopio que no usara una lente, como el telescopio reflector.

El primer telescopio reflector de Newton fue completado en 1668, convirtiéndose en el primer telescopio reflector funcional. Su diseño fue tan simple que todavía es utilizado actualmente por los creadores aficionados de telescopios.

Funcionamiento del telescopio reflector

Los telescopios reflectores están realizados generalmente con dos espejos, uno grande llamado el "espejo primario" y uno más pequeño denominado "espejo secundario." El espejo primario se suele ubicar en un extremo del tubo del telescopio, mientras que el espejo secundario se coloca en la línea de visión ocular.

Para obtener una imagen, el telescopio se dirige a un objeto, y la luz entra en el tubo. La luz incide en el espejo primario y se refleja en el espejo secundario. A continuación, se refleja desde el espejo secundario al ocular, donde se magnifica la imagen y es enviada al ojo.

Historia del radiotelescopio

El radiotelescopio es un dispositivo de observación astronómica utilizado para captar las ondas de radio que emiten algunos cuerpos celestes. Es el caso de púlsares o galaxias activas, que emiten radiaciones de radiofrecuencia. Estas radiaciones son más fáciles de detectar a través del radio del espectro electromagnético que mediante la región de la luz visible, captada por los telescopios ópticos convencionales.

La mayoría de los radiotelescopios emplean una antena parabólica para amplificar las ondas. Esto permite a los astrónomos contemplar el espectro de radio de una determinada región del cielo. También se pueden usar dos o mas radiotelescopios de forma conjunta y combinar las señales que reciben de la misma fuente. De esta forma, los astrónomos pueden distinguir con más precisión la fuente de la radiación.

El primer radiotelescopio del que se tiene noticia fue construido por el ingeniero estadounidense Grote Reber en el año 1937. Desde entonces se han venido desarrollado varios tipos diferentes de telescopios para un amplio rango de longitudes de onda, tanto de radio como de rayos gamma. El radiotelescopio de Reber poseía una longitud de nueve metros. Tan sólo 20 años después, en 1957, fue superado por el radiotelescopio de Jodrell Bank, que media 76 metros.

En la actualidad, el radiotelescopio individual más grande del mundo es el RATAN-600 de Rusia, que posee una antena circular de 576 metros de diámetro. Los radiotelescopios también se emplean en proyectos como el SETI (Search Extraterrestrial Intelligence), el programa de búsqueda de inteligencia extraterrestre, o en el seguimiento de vuelos espaciales no tripulados.

La radioastronomía

El estudio de las radiaciones que emiten los cuerpos celestes se denominaradioastronomía. Se trata de una rama de la astronomía mediante la cual es posible "observar" (obtener datos de) cuerpos y situaciones que son imposibles de detectar con la astronomía óptica.

En el campo de la radioastronomía, para obtener buenas señales hay que utilizar grandes antenas o varios grupos de antenas que funcionen en paralelo. Cuando dos o más radiotelescopios son combinados apropiadamente, pueden formar un gran radiotelescopio. La técnica para combinarlos y analizar el conjunto de las señales de radio que reciben se denomina radiointerferometría.

El radiotelescopio de Arecibo

Uno de los radiotelescopios más populares del mundo es el de Arecibo, situado en Puerto Rico. Famoso por haber aparecido en numerosas películas de cine y series de televisión, el telescopio de Arecibo destaca por su gran tamaño. Su antena principal posee un diámetro de 305 metros y está construida dentro de una depresión. Su antena convergente es la más grande y curvada del mundo, contando con una gran capacidad de recepción de ondas electromagnéticas.

Son varios los descubrimientos científicos significativos del radiotelescopio de Arecibo. El 7 de abril de 1964 el equipo de Gordon H. Pettengill determinó que el período de rotación de Mercurio no era de 88 días, como se creía hasta entonces, sino de tan sólo 59 días. En agosto de 1989 se consiguió realizar por primera vez la foto de un asteroide, el 4769 Castalia. Un año después, el astrónomo polaco Aleksander Wolszczan descubrió el púlsar PSR B1257+12, que posteriormente le ayudaría a encontrar sus dos planetas orbitales. Se trataba de los primeros planetas extra-solares que se descubrían.

La fotografía en la observación astronómica

La fotografía astronómica o astrofotografía es una apasionante técnica que permite captar las imágenes de los cuerpos celestes. El uso de la fotografía en la astronomía ofrece una serie de ventajas respecto a la observación a simple vista.

La astrofotografía permite captar aquellas radiaciones de intensidad demasiado débil para poder ser percibidas por el ojo humano. Para ello es preciso realizar una exposición por un tiempo considerable. Igualmente, y gracias al uso de filtros interferenciales, se pueden obtener fotografías bajo la luz de algunas líneas espectrales, obteniendo datos sobre la composición de su fuente originaria de luz.

Material para la astrofotografía

Contrariamente a lo que puede parecer, para realizar fotografías astronómicas no se precisa gastar demasiado. Las cámaras digitales compactas de calidad y costo accesible son perfectamente válidas. Es necesario que cuenten con una buena calidad óptica, además de las opciones de configuración en los tiempos de exposición, sensibilidad, abertura y foco.

Para poder fotografiar objetos lejanos es preferible el uso de una cámara Reflex. Ello es debido a su amplia gama de opciones de exposición. Existen un tipo de cámaras Reflex, las DSLR (Digital Single Lens Reflex), que pueden adaptarse a telescopios, consiguiendo imágenes mucho más detalladas y de mayor calidad.

Técnicas de la astrofotografía

A nivel amateur, existen varios tipos de técnicas de fotografía astronómica. Es el caso del sistema Star Trail, el más común, que consiste en captar imágenes de las estrellas que dejan un rastro en el cielo. Puede realizarse con todo tipo de cámaras, habitualmente montadas en un trípode.

Otra técnica es la fotografía con seguimiento, que se realiza con equipos como telescopios computarizados o monturas motorizadas.

Por su parte, la técnica de las fotografías lunares y planetarias puede practicarse con casi todas las cámaras, bien con objetivo directo, a través de un telescopio con sistema DSLR o con una webcam. Finalmente, la técnica de Stacking permite capturar imágenes en vídeo. La resolución recomendada es la VGA, y precisa de un tiempo de filmación considerable. Posteriormente se edita con ayuda de softwares especiales. Se acumulan los mejores frames del vídeo como imágenes, y se obtiene una sola toma.

Hitos de la astrofotografía

Corría el año 1840 cuando el químico anglo-americano John William Draper conseguía una imagen de la luna tras una exposición de 20 minutos. Para ello utilizó una lente de ocho centímetros de diámetro. Se trataba de la primera fotografía astronómica tomada en Norteamérica. Dos años después, el físico francés Alexander Becquerel conseguía fotografiar el espectro solar por primera vez.

Ya en 1851, el director del observatorio de Harvard, John Whipple, consiguió obtener un daguerrotipo de la Luna. Con esta imagen ganó una medalla de oro en una exposición y fue ampliamente alabado por la Academia francesa de Ciencias. En 1852 el astrónomo británico Warren de la Rue, mediante el método del colodión y con un reflector de 33 cm, obtenía buenas imágenes de la Luna en menos de medio minuto de exposición.

Pero, sin duda, el año 1882 fue uno de los mejores para la astrofotografía. Ese año el astrónomo escocés David Gill consiguió una fantástica imagen de un gran cometa en el observatorio de Ciudad del Cabo, en Sudáfrica. Utilizó un telescopio para seguir al cometa y una cámara montada en uno de los contrapesos con el objetivo abierto. Esta fotografía revolucionó completamente el mundo de la astronomía.

La espectroscopia en la astronomía

La espectroscopia es el estudio de la interacción que existe entre la radiación electromagnética y la materia. Por su parte, la espectroscopia astronómica es esta misma técnica aplicada a la Astronomía. En su caso, el objeto de estudio es el espectro de la radiación electromagnética que emana de las estrellas y de otros objetos celestes.

La espectroscopia astronómica se utiliza para conocer muchas de las propiedades que poseen las estrellas y galaxias más lejanas. Por ejemplo, su composición química y su movimiento, y para averiguarlos se utiliza el efecto Doppler.

Origen de la espectroscopia astronómica

El uso de la espectroscopia astronómica tuvo su origen en los estudios iniciales que Isaac Newton realizó para descomponer la luz del Sol. Utilizó para ello un prisma, y consiguió un arco iris de color y probablemente algunas líneas de absorción. Se trataba de unas bandas oscuras que aparecen en el espectro solar, y fueron descritas por primera vez, en 1817, por el astrónomo alemán Joseph von Fraunhofer.

Espectroscopia de varias galaxias

Hoy en día se sabe que casi todos los espectros estelares poseen estas dos características presentes en el espectro solar; por un lado, la emisión en todas las longitudes de onda del espectro óptico (el continuum); y, por otro, varias líneas de absorción superpuestas.

El astrónomo italiano Angelo Secchi realizó una clasificación de las estrellas según sus tipos espectrales. Para ello se basó en el número y fuerza de las líneas de absorción de su espectro, que determinan la composición química de una estrella. Actualmente, la observación estelar mediante espectroscopia se emplea para conocer propiedades estelares, como distancia, edad, luminosidad o la tasa de pérdida de masa.

Otros usos de la espectroscopia astronómica

Además de las estrellas, la espectroscopia astronómica puede aplicarse también a la observación y el estudio de otros cuerpos celestes, como las nebulosas, las galaxias, los cuásares, los planetas y asteroides o los cometas. En el caso de las galaxias, la espectroscopia galáctica ha resultado vital para realizar muchos descubrimientos fundamentales. Entre otros, el descubrimiento del astrónomo estadounidense Edwin Hubble en la década de 1920.

Astrónomo estadounidense Edwin Hubble

Hubble observó que, aparte de las galaxias más cercanas (conocidas como el Grupo Local), todas las galaxias se alejan de la Tierra. Comprobó que cuanto más lejos esté una galaxia, más rápido se aleja. Este descubrimiento fue el primer punto de apoyo de la Teoría del Big Bang, según la cual el Universo se creó en un único punto.

La mecatrónica en astronomía

La mecatrónica es un término bastante reciente. Surgió como tal en Japón, en la década de los 80 del pasado siglo. Consiste en la integración cinegética de la ingeniería mecánica con la electrónica y con el control de computadores inteligentes. Su finalidad es diseñar y crear nuevos productos y procesos.

Aplicada a la observación astronómica, la mecatrónica proporciona sistemas altamente especializados capaces de detectar y amplificar la débil señal de radiación electromagnética emitida por planetas, estrellas y galaxias. También puede, mediante robots, analizar de forma autónoma las características del medio ambiente de un planeta o estrella, moverse y evitar los obstáculos, recibir comandos y transmitir los resultados a los centros de investigación.

Sistemas mecatrónicos astronómicos

La aplicación de la mecatrónica a la observación y el estudio de los cuerpos celestes ha dado como resultado diversos sistemas tecnológicos muy sofisticados. A la mecatrónica se deben muchos telescopios terrestres y espaciales, además de todos los robots que han caminado por la superficie de otros planetas, también conocidos como Exploradores Automáticos Interplanetarios.

Otras aportaciones de la mecatrónica a la Astronomía son los radiotelescopios móviles, los interferómetros de radio, los observatorios a bordo de aviones, los detectores de ondas gravitacionales o los detectores de neutrinos.

Astroturismo

La observación astronómica, tanto a simple vista como con prismáticos o telescopios, ha dado lugar en los últimos años al astroturismo. Se trata de un concepto de turismo basado en la contemplación y el estudio del cielo nocturno.

En España hay localidades que han apostado fuerte por este nuevo y ecológico proyecto turístico. Es el caso de Laguna de Cameros y Cervera del Río Alhama, en La Rioja; la isla de La Palma, en las Islas Canarias; la Granadilla de Abona, en Tenerife (Islas Canarias), o el Montsec, en Lleida (Cataluña), parte de cuyas instalaciones vemos en la siguiente foto.

El cielo limpio se ha vuelto escaso

Pero en la observación a ojo desnudo actualmente se plantean algunos obstáculos que los observadores de la antigüedad no tenían. Aunque conocemos la situación de muchos de los astros y planetas en el cielo, su observación se complica por la contaminación lumínica y la contaminación atmosférica.

Hoy en día es necesario desplazarse varios kilómetros, a veces muchos, para poder encontrar un cielo con las condiciones de oscuridad y transparencia atmosférica necesarias. A simple vista, bajo unas condiciones adecuadas, se pueden percibir alrededor de 6.000 estrellas. Hoy en día, eso merece una certificación.

El concepto Starligh

Starlight es una "Iniciativa Internacional en Defensa de los Valores del Cielo Nocturno como Patrimonio Científico, Cultural y Medioambiental de la Humanidad". Surgió tras la "Declaración Mundial en Defensa del Cielo Nocturno y el Derecho a Observar las Estrellas", que tuvo lugar el 20 de Abril de 2007 en la isla canaria de la Palma. En esta reunión se hallaban instituciones como la UNESCO, la OMT (Organización Mundial del Turismo) o la IAU (International Astronomical Union).

Al hilo de esta iniciativa han surgido los destinos turísticos Starlight, "lugares que poseen excelentes cualidades para la contemplación de los cielos estrellados y la práctica de actividades turísticas basadas en ese recurso".

Los parques estelares o star parks, que son una "ventana abierta al firmamento que designa voluntariamente cada comunidad con el fin de disfrutar del cielo estrellado en todas sus posibles dimensiones", o las reservas Starlight, que son "un espacio en donde se establece un compromiso por la defensa de la calidad del cielo nocturno y el acceso a la luz de las estrellas".