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Radio y astronomía. Mucho más allá de la radioastronomía 2015-02-22

Radio y astronomía
Mucho más allá de la radioastronomía

Prof- Dr. Félix Ares

Escrito para la revista de la asociación de radioaficionados de Donostia San Sebastián "SS DX group" en 1994. Inicialmente se escribió en un Mac y posteriormente se convirtió a Windows. En la conversión algunas cosas se perdieron, entre otras las marcas de párrafos sacados de texto, que ahora aparecen intermezclados y a la sensación de que se dicen dos veces las mismas cosas

El nacimiento de la radioastronomía.

Karl Janski estudió ingeniería de radio en la Universidad de Winconsin y al acabar, en 1928, entró a trabajar en los laboratorios de la Bell Telephone, la compañía que en su día fundara el inventor del teléfono: Graham Bell y que hoy es la todopoderosa AT&T. [En 1994 todavía se pensaba que Bell fue el invertor del teléfono, hay sabemos que fue Antoni Meucci]

Janski descubrió en 1932 una potente emisión de radio procedente del centro de la Vía Láctea. En 1931 Janski fue encargado de estudiar las causas de los ruidos parásitos que interferían habitualmente las comunicaciones radiofónicas. Como todos los radioaficionados sabemos, estos ruidos tienen diversos orígenes, entre los que cabe señalar las tormentas, los equipos eléctricos cercanos y los aviones. Además de éstos, Janski detectó una fuente de ruido débil que en un principio no pudo identificar. Llegaba de lo alto del cielo y se movía constantemente siguiendo un ciclo más o menos de un día. Primero pensó que se propagaba con el Sol, pero pronto se percató de que no era así y de que cada día se iba acercando a nuestra estrella aproximadamente a cuatro minutos diarios. Esa cantidad, cuatro minutos, es lo que se mueve cada día la bóveda celeste respecto al Sol. Estos hechos le llevaron a la conclusión de que el ruido de fondo procedía de la bóveda celeste y su origen estaba más allá del sistema solar. En la primavera de 1932 Janski había llegado a la conclusión de que los ruidos emanaban de un punto en la constelación de Sagitario, coincidiendo con la zona en la que los astrónomos Shapley y Oort habían situado el centro de nuestra Galaxia.

Janski había descubierto que en el centro de la Vía Láctea (ver recuadro) había fuertes emisores de radio que podían detectarse desde la Tierra. Así nació la radioastronomía.

Ilusionado por el descubrimiento de Janski, un joven radio-ingeniero estadounidense, Grote Reber, construyó en 1937, en el patio de su casa, el primer radiotelescopio. La antena que usó era un plato con un diámetro aproximado de 10 m. En 1938 empezó a recibir señales y durante varios años fue el único radioastrónomo existente en el mundo. Descubrió puntos en el cielo que emitían fuertes emisiones de radio y que no coincidían con las estrellas visibles; las llamó radioestrellas. Diez años después, el astrónomo Walter Baade identificó una de ellas con un par de galaxias que estaban colisionando. Las radioestrellas no eran estrellas sino galaxias completas que al chocar despedían ingentes cantidades de energía radioléctrica.

El radioaficionado Grote Reber fabricó el primer radiotelescopio del mundo en el patio de su casa.
A los 15 años Grote Reber ya era un gran aficionado a la radio. Algunas de las frases dichas más arriba seguro que nos son familiares a todos nosotros: radio, afición, antena en el patio de su casa. Una vez más, un aficionado hacía una gran contribución a la ciencia.El primer gran radiotelescopio profesional fue construido por A. C. Bernard Lovell en la hoy famosa Estación Experimental de Jodrell Bank. A partir de este momento, radio y astronomía se casaron tal vez para siempre.

Aunque la radioastronomía fuera la primera contribución de la radio a la astronomía no ha sido la única. Muy brevemente, y sin querer ser exhaustivo, voy a señalar algunas de sus otras contribuciones: mapas radar, detección de fondo de microondas, telescopios orbitales y fotografías desde naves espaciales.

El radar fotografía los planetas.

Charles Townes es el inventor del láser, un estupendo sistema de comunicaciones del que hablaré en otra ocasión. Láser es la sigla para "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Amplificación de la luz por Emisión Estimulada de Radiación).

Como un antecedente del láser, Townes había estado trabajando en la amplificación de señales de microondas, y así, en 1953, había construido lo que llamó un máser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) que podríamos traducir por Amplificación de Microondas por Emisión Estimulada de Radiación. Al principio, los máseres se utilizaron para producir radiación de microondas, pero a finales de los años 50 se tuvo éxito en usarlos como poderosísimos amplificadores de señales muy débiles. En 1960, Townes y su equipo lograron detectar, mediante un máser, reflexiones de radar enviadas al planeta Venus. Ni que decir tiene que dicho rebote es enormemente débil.

Una señal de radar había sido enviada a Venus y su rebote recogido en la Tierra. Este fue un nuevo paso en el estudio del cosmos. Los máseres empezaron a usarse para amplificar las débiles señales redioeléctricas que venían del firmamento.

Mediante amplificadores Máser, en 1960 se detectaron señales de radar emitidas desde la Tierra y reflejadas en Venus [Esto iba en un párrafo separado en mitad del texto]

Conocer el periodo de rotación de Marte y de otros planetas es relativamente fácil haciéndolo visualmente; observando un detalle de su superficie y se mide cuánto tarda en volver a verse en la misma posición. Sin embargo Venus siempre está cubierto por un espeso manto de nubes, por lo que no es posible observar su superficie. El radar permitió saber su periodo de rotación y recientemente ha permitido trazar un mapa de la superficie del planeta, que es invisible para los telescopios ópticos.

Detección de la radiación de fondo de microondas.

Durante los años 1964 y 1965 Arno Penzias y Robert W. Wilson trabajaban con el radiotelescopio de Holmedel en New Jersey, sede de los Laboratorios Bell Telephone. Allí descubrieron que procedente de todos los lugares del universo con la misma potencia llegaba a su equipo una débil de señal de microondas, que no podían explicar. Estaban trabajando con longitudes de onda de 7,35 centímetros.
Calcularon que esta señal era equivalente a la que emitiría un cuerpo negro con una temperatura entre 2,5º y 4,5º Kelvin (ver recuadro); los datos no permitían aproximar más.

En la primavera de 1964 se detectó la radiación de microondas, emitida hace quince mil millones de años [esa era edad del universo más aproximada en 1994, hoy sabemos que es menor], en la gran explosión que dio origen al Universo. Sin saberlo, Penzias y Wilson habían descubierto los ecos de la Gran Explosión (el Big Bang). Estaban recibiendo señales que se habían producido en su nacimiento, hace unos quince mil millones de años.

En aquel momento todavía la idea del Big Bang no era nada más que una de las varias hipótesis que competían entre sí para explicar el origen del universo. Uno de los problemas con el que se encontraba era el justificar la abundancia de hidrógeno y helio y la escasez de componentes más pesados. La radiación de microondas detectada por ellos lo explicaba satisfactoriamente.

Una vez más, la radio contribuía de un modo decisivo al avance de la astronomía.

COBE

Desde entonces, el modelo del Big Bang se ha ido consolidando y hoy en día es la hipótesis normalmente admitida por los astrofísicos. No obstante, hasta hace escasamente unos meses, dicha teoría tenía un punto débil, la radiación de microondas era demasiado uniforme en todas las partes del cielo. Si esta radiación fuera completamente homogénea no se explicaría el origen de las galaxias. La teoría necesitaba que la radiación de microondas fuera muy uniforme, pero no totalmente uniforme. Se necesitaba que la radiación tuviera unas pequeñas diferencias de temperatura.
Con los instrumentos terrestres era absolutamente imposible detectar estas diferencias. Las interferencias de la atmósfera eran muy superiores a las pequeñas desigualdades que eran necesarias para la teoría.

Para poder detectar variaciones tan minúsculas había que hacerlo desde fuera de la Tierra. Para ello se construyó un satélite que se hizo famoso hace unos meses: el COBE (Cosmic Background Explorer Satellite). La razón de su fama, que le llevó a los telediarios y a las primeras páginas de los periódicos, es que COBE había detectado la diferencia que era necesaria para explicar el origen de las galaxias, con lo que producía una fuerte consolidación de la teoría del Big Bang.
En este gran triunfo la radio ha jugado muchos papeles. En primer lugar se trataba de detectar emisiones de radio (microondas). En segundo lugar, los datos se tomaban en un satélite y se transmitían, vía radio, a la Tierra donde se analizaban.

Con el COBE llegamos a los dos últimos puntos de mi exposición.

Telescopios orbitales

Mayoritariamente, el conocimiento que tenemos del cosmos se lo debemos a las diversas señales electromagnéticas que nos llegan de los diferentes objetos celestes. La atmósfera que es transparente para ciertas frecuencias, por ejemplo las frecuencias de la luz visible, es totalmente opaca para otras frecuencias, por ejemplo al ultravioleta lejano. Incluso para la luz visible la atmósfera perturba la nitidez. Es bien sabido que la mayor limitación de los telescopios ópticos está en las perturbaciones que introduce el aire. Incluso en los mejores observatorios del mundo, situados en zonas muy altas y en las que el aire es muy estable, hay pequeñas turbulencias que hacen que la imagen que se ve por el telescopio sea inestable y borrosa.

Los telescopios orbitales nos permiten mirar al universo sin las perturbaciones de la atmósfera. La idea es simple, si la atmósfera es tan gran problema, lo mejor es poner telescopios fuera de ella. Ésa es la idea que hay tras los telescopios espaciales puestos en órbita. Por un lado son capaces de recibir en frecuencias imposibles desde la superficie, por ejemplo en ultravioleta, infrarrojo o rayos X. Por otro lado, dentro de la gama de frecuencias visibles, se elimina la perturbación atmosférica. Los satélites se ponen en órbita y se indica el lugar al que tienen que apuntar mediante telemando vía radio. Una vez que el telescopio apunta al lugar deseado, la imagen se transmite a la tierra vía radio.

Radio, radio, radio,, ... Hablando de satélites, la radio es fundamental.

Fotografías desde naves espaciales.

La investigación planetaria ha avanzado muchísimo gracias a las naves que se han enviado a recorrer el sistema solar. Los Mariner y los Viking a Marte, los Venera a Venus, los Apollo a la Luna, los Giotto, los Galileo, los Pioneer a diversos lugares, etc.

Todos ellos nos están enviando vía radio sus imágenes y sus medidas. Vía Radio les estamos indicando qué tienen que hacer e incluso les estamos cambiando sus rutas.

La radio se ha convertido por derecho propio en un elemento clave en la astronomía y astrofísica de nuestro tiempo. Tal como hemos visto, los aficionados han contribuido de forma decisiva. Sin duda seguirán haciéndolo. Espero que estas líneas os animen a conocer más y a interesaros en lo que la radioafición puede aportar a la astronomía en particular y a la ciencia en general.Hay algunos puntos en que la radioafición puede prestar una colaboración decisiva, por ejemplo, en la localización de trozos de asteroides que caigan a la Tierra. en la vigilancia de cometas. en una red de alerta rápida ante fenómenos astronómicos poco usuales, etc.

Me gustaría conocer vuestras ideas. ¿En que podemos colaborar los radioaficionados? Me comprometo a hacerlas llegar a los profesionales para su estudio y evaluación.

Un abrazo.


§


Recuadro

La Vía Lácteaen la inauguración del planetario de Pamplona*]

El día 26 de Noviembre de 1993 se inauguraba oficialmente el nuevo cen­tro de divulgación de la cultura.

Como todos sabéis, la concepción actual de un Planetario va mucho más allá de un lugar donde se puede ver una estupenda simulación del cielo nocturno. Hoy en día, la presentación de ciertos aspectos del firmamento se hace dentro de un extraordinario montaje audiovisual en el que intervienen diapositivas, películas, estrellas, poesía y una magnífica banda sonora. Todo ello se reproduce en soberbios equipos que logran que la imagen y el sonido te envuelvan completamente y llegues a sentirte parte inte­grante de ese universo que te están mostrando.La sesión inaugural del Planetario de Pamplona se ha hecho con un espectáculo ti­tulado Vía Láctea. En él se muestra el aspecto que tiene en el cielo nuestra galaxia; vemos estrellas y constelaciones que podemos apreciar desde San Sebastián, como Orión el cazador y su famoso cinturón, el triángulo del verano o Casiopea; pero tam­bién navegamos por regiones del firmamento que sólo se ven desde tierras australes como es la Cruz del Sur, en la que, sin duda, algunos de aquellos guipuzcoanos que iban con Elcano y Magallanes verían la Cruz de Santiago y en los momentos de desfa­llecimiento pensarían que el Santo les protegía en su loca aventura de dar la vuelta al mundo.

De las estrellas a Compostela.

Aprovechando que el camino de leche del cielo tiene un paralelo en la tierra, la ruta para ir a Santiago, disfrutamos de un pere­grinar por iglesias, ermitas, paisajes, músicas y poesías medievales. Desde Roncesvalles hasta Santiago de Compostela. Los árboles se metamorfosean en bóveda celeste, el invierno en verano, la noche en día, la oración gregoriana en música de las esferas; la deliciosa voz que recita una poesía se ve truncada por rayos y truenos, y la lluvia nos envuelve. Cae sobre nosotros, nos rodea. Nos sobrecogen los pasos negros de la noche. Amanece, y la pantalla/cúpula del Planetario se convierte en la única bó­veda de una de esas deliciosas iglesias, pequeñas, acogedoras que surcan El Camino; y llegamos a Santiago donde se transfigura en arquería de catedral.

Mirando al cielo, vemos la Vía Láctea. Mirando a la Tierra, un camino lleno de vida, de esperanzas, de iglesias, de hospitales, de pinturas, de poesías, de juegos, de sabores, de olores, de músicas y de culturas que se hibridan para dar nacimiento a ese concepto de Europa cuya última manifestación, por el momento, es la Unión Europea. Es ese camino que va desde el Ática hasta Santiago, cruzando valles e inviernos, llanu­ras y veranos, vaguadas y otoños, cañadas y primaveras, hasta llegar al Finisterre que es para el peregrino de la vida el haberse encontrado consigo mismo.

Con ser muy importante, la transmisión de un mensaje audiovisual no es lo único de un Planetario; hoy en día tan esencial o más son las actividades complementarias: ex­posiciones, conferencias, biblioteca, etc. Son auténticos palacios de cultura, donde se divulga el saber y donde ciencia y arte se dan la mano, demostrando que la vieja dico­tomía de cultura científica contra cultura artística no tiene sentido. La ciencia es arte y el arte es ciencia y ambos forman parte de la sabiduría humana. Ambos son parte de la cultura humanística. Damos la enhorabuena a nuestra ciudad hermana por haber tenido el acierto de construir un palacio del saber y también le damos la enhorabuena por ha­ber elegido como director a Javier Armentia, humanista renacentista, de visión amplia, que aúna entre sus inquietudes grandes parcelas del saber, desde la poesía hasta la astrofísica, pasando por la música y las matemáticas.

Os invito a que vayáis a ver la Vía Láctea; se pasa a las 18 horas de martes a vier­nes; los sábados a las 12, a las 18 y a las 19,30; los domingos a las 12. Los lunes el Planetario está cerrado. Cuesta 400 pesetas. Si vais en grupo y lo pedís con anticipa­ción, precios especiales (Teléfono: (948) 26 26 28)


Prof. Dr. Félix Ares


Recuadro opcional.

Vía Láctea Nombre: Galactos Kyklos Contenido: 100.000.000.000 de estrellas.Tipo. Galaxia espiral. Diámetro del disco: 100.000 años-luz. Espesor: 700 años-luz Edad: Unos 10.000.000.000 años

SOL Nombre: Helios Tipo: G2 V. Edad: Unos 5.000.000.000 años.Distancia al centro de la galaxia: 27.000 años-luz


Recuadro
Grados Kelvin. Temperatura absoluta.La temperatura no es nada más que la vibración de los átomos o moléculas. En una sustancia muy caliente, sus moléculas vibran muy deprisa, si bajamos su temperatura también disminuye su vibración; pero hay un momento en que las moléculas se quedan totalmente quietas. Esa es la temperatura más baja que puede alcanzarse, que por ello se suele llamar cero absoluto.En la escala de temperaturas Celsius, la que usamos habitualmente en nuestro país, se considera como cero la temperatura en la que el agua se congela.

El cero absoluto ocurre a los 273,18 º Celsius bajo cero, o -273,18º C. Se llaman grados Kelvin o temperatura absoluta a la escala que tiene su origen en el cero absoluto y que en todo lo demás es igual a la Celsius. La temperatura absoluta es igual a la Celsius restando 273,18º.

Por ejemplo, el cero absoluto es -273,18º Celsius o 0º K.Los 2,5º Kelvin de los que hablaba en el texto, son equivalente, por tanto a -270,68º Centígrados y los 4,5º K, son -268,68ºK

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