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El mapa del cielo

Este escrito toma el nombre del primer consorcio internacional construido para confeccionar un catálogo de posiciones estelares en todo el cielo. Fue promovido por el Observatorio de París y conocido por su nombre francés como ‘La carte du ciel’. Participaron 18 observatorios en ambos hemisferios (aunque hubo algunos cambios a lo largo de su desarrollo). El Real Observatorio de la Armada en San Fernando (Cádiz)[1] fue uno de los elegidos. La propuesta oficial partió, en 1887, de Ernest Amédée Mouchez que era por entonces el director del observatorio parisino. Su objetivo era observar diez millones de estrellas hasta la magnitud 14 y catalogar las coordenadas de los objetos más brillantes que la magnitud 11. Las reuniones preparatorias convocaron a astrónomos  de todo el  mundo, creándose una sociedad que en muchos aspectos puede considerarse precursora de la actual Unión Astronómica Internacional (IAU por sus siglas en inglés). El proyecto se definió hasta último detalle con una propuesta común para  todos los observatorios, lo que incluía: el tipo de telescopio, apertura del objetivo, longitud focal, el tamaño e información que debían contener las placas fotográficas y la estrategia de observación y reducción de los datos, todos los ingredientes de un consorcio de observación actual. Muchos países, entre ellos España, tuvieron que hacer importantes inversiones para comenzar a tomar las primeras placas en 1892.

Autoría: Emilio J. Alfaro Navarro, Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC. Centro Severo Ochoa.


Andalucía |
03 de diciembre de 2020

Panel de la exposición virtual sobre la misión espacial Gaia en el que se muestra la distribución del polvo (principalmente silicatos) en la Vía Láctea obtenida a partir de los datos de la segunda entrega de Gaia (DR2). La zonas brillantes amarillas representan la mayor concentración de polvo y gas, que alcanzan su máximo en la dirección del centro galáctico (posición central de la imagen).

Pero, ¿cuál fue el detonante de este proyecto? Pues la fotografía, la incorporación de una nueva y revolucionaria técnica a la observación astronómica. Astronomía y tecnología van de la mano en una especie de carrera de relevos, los avances tecnológicos nos permiten profundizar y ensanchar el conocimiento astronómico que, a su vez, nos plantea nuevas preguntas que requieren de instrumentos y telescopios más sofisticados para buscar las respuestas. Un verdadero tormento de Sísifo. Hoy en día todo el mundo tiene un colector de imágenes, fijas y en movimiento, en su teléfono móvil, lo que puede llevarnos a pensar que siempre ha sido tan fácil. Ni mucho menos, la tecnología necesaria para la observación astronómica tiene dos elementos básicos: el telescopio y el detector. El telescopio modifica el camino óptico de la luz proveniente de los astros, concentrando sus trayectorias en una nueva pupila y el detector captura los fotones y genera la imagen. Hasta 1609 el único sistema óptico que teníamos era el ojo, y hasta mediados del siglo XIX el único detector disponible era la retina. Cualquier imagen astronómica era efímera y subjetiva. Generada en la retina e interpretada por el cerebro solo podía ser almacenada y/o comunicada a través de la palabra escrita o de un dibujo. La fotografía permitió fijar la imagen y almacenar una gran cantidad de información en una placa de vidrio. Nos proporcionó objetividad y memoria. Una revolución que anunciaba el paso de la Astronomía a la Astrofísica.

La astrometría tiene como objetivo medir las posiciones de los astros sobre la esfera celeste. Dos ángulos respecto a un sistema de referencia formado por un plano fundamental y una línea perpendicular al mismo. La variación de estos ángulos con el tiempo nos permite calcular los movimientos cíclicos de nuestro sistema de referencia (duración del día y del año, precesión, nutación, etc.) y los movimientos propios de las estrellas. La astrometría pretende, fundamentalmente, decirnos cuándo y dónde estamos[2], confeccionar un mapa celeste en un tiempo dado que, comparado con los catálogos de otras épocas, nos proporcione información sobre los movimientos en el cielo. Un conocimiento útil para muchas situaciones. Así, no es de extrañar que entre las primeras tablillas cuneiformes, datadas en el tercer milenio AC, aparezcan abundantes anotaciones  de posiciones de objetos celestes.

A Hiparco de Nicea se le atribuye el primer mapa estelar del hemisferio norte, publicado en el siglo II AC, que incluía 850 estrellas. No tenemos copia de este libro, pero sí de otros escritos de Hiparco donde dice utilizar esas posiciones (y tiempos) para descubrir y evaluar por primera vez la precesión de los equinoccios. Unos trescientos años después Ptolomeo de Alejandría publica su catálogo estelar con 1022 objetos teniendo como referente el  trabajo previo de Hiparco y donde fija los fundamentos teóricos y cuantitativos del geocentrismo.[3]

La medida de ángulos y tiempos es la base de la astrometría y la precisión de estas medidas ha aumentado exponencialmente con el desarrollo tecnológico (obviamente con el tiempo), dándose el paso definitivo con la astronomía espacial. El hecho de poder ‘saltarnos’ la atmósfera ha eliminado muchas e importantes correcciones empíricas necesarias  para reducir y calibrar este tipo de datos. En 1980[4] la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés) aprobó el desarrollo de la primera misión espacial astrométrica que mediría la posición de diez millones de estrellas en todo el cielo. Se denominó Hipparcos en honor del astrónomo de Nicea. El catálogo final se presentó en Venecia, en mayo de 1997[5], y contenía los cinco parámetros astrométricos (posición, movimientos propios y paralaje) con un precisión de alrededor de 0.6-1.0 milisegundo de arco (msa), cinco millones de veces más preciso que el catálogo de Hiparco, para 118 218 objetos estelares que ofrecían una excelente representación de la vecindad solar en un radio de 100 pc.  En menos de veinte años se había pasado del diseño preliminar de la misión al primer catálogo

Cabe decir que, en la disciplina astrométrica, Europa ha tomado ventaja a EEUU. Hay una historia detrás de este hecho. Durante años (tres cuartos del siglo XX) la precisión y el número de objetos con medidas astrométricas avanzó muy lentamente, mientras que el reino de las nebulosas irrumpió en los EEUU de la mano de nuevos telescopios e instrumentos[6] y se convirtió en el paladín de la nueva astronomía. La astrometría parecía ser cosa del pasado, era un servicio social necesario pero lejos de los encantos de la astronomía extragaláctica y la cosmología, que avanzaban a paso de gigantes alimentando a, y alimentadas por, los medios de comunicación. Europa contaba con numerosos observatorios nacionales que publicaban almanaques náuticos y efemérides con diversos propósitos utilitarios,  había departamentos universitarios dedicados a la mecánica celeste y al estudio de la cinemática y dinámica  galáctica, pero entre 1930 y 1970 no se produjeron muchos resultados suficientemente impactantes como para opacar ni un ápice el esplendor del universo extragaláctico. Por otro lado, el emplazamiento de la mayoría de estos centros no cumplía los requerimientos de las nuevas técnicas de observación y el presupuesto para la instalación de renovados parques telescópicos sobrepasaba la economía  de la mayoría de los países europeos. Mientras los estados europeos se reconstruían, después de la II Guerra Mundial, y pensaban en cómo volver a hacer ciencia,  se generó la sensación de que el cielo también se repartía: América se llevaba las galaxias y Europa se quedaba con las estrellas.[7]

Resulta reconfortante comprobar cómo la cenicienta de la astronomía en el siglo XX, la astrometría, está en la base de cualquier otra rama de la astrofísica y como sus resultados, por ser tan fundamentales, modifican o influyen a casi todas las demás disciplinas. Así lo puso de manifiesto el impacto científico de la misión Hipparcos que entre otros resultados calculó el valor local de la constante de Hubble o el punto cero de la relación período-luminosidad de las cefeidas, por poner dos ejemplos con tufillo cosmológico. Pero quizás, a día de hoy,  se pueda considerar que Hipparcos fue tan solo un ensayo y que la espectacular transformación del patito feo en elegante cisne está teniendo lugar ahora, en el siglo XXI, con el lanzamiento y explotación de la  misión Gaia[8].

Hoy 3 de diciembre[9] la ESA hará público el ‘avance’ de la tercera entrega (EDR3) de datos del proyecto Gaia. Contiene información astrométrica y fotométrica, a diferentes niveles de completitud y precisión, para  1800 millones de objetos. Diez mil veces más que el catálogo final de Hipparcos. La misión fue aprobada por la ESA en el año 2000 y en 2020 ya se está entregando el tercer catálogo de objetos mientras el satélite continua su fructífero vuelo. Lanzado en 2013 y con un tiempo de  vida previsto de cinco años, la ESA ha ampliado su período activo hasta 2022  y la extensión a 2024 no parece imposible. Su sofisticada y arriesgada técnica de toma de datos  ha sido un éxito y su explotación está revolucionando la astrofísica.  Cuando Gaia está todavía enviando información a las estaciones de la ESA, a razón de 40 Gbytes por día, ya se han publicado más de 2000 artículos, basados en las dos anteriores entregas, que inciden en casi cualquier  rama de nuestra ciencia.

La Fundación Descubre, en colaboración con el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), la Universidad de Barcelona (UB), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB),  el Instituto de Estudios de Espaciales de Cataluña (IEEC) y el Ministerio de Ciencia e Innovación de España (MINECO), presenta una exposición virtual sobre la misión espacial Gaia, sus objetivos y primeros resultados que se puede ver desde el día 3 de diciembre en https://elseptimocielo.fundaciondescubre.es/recursos/exposiciones/mil-millones-de-ojos-para-mil-millones-de-estrellas/. Esta exposición pasará de realidad virtual a realidad física en breve y podrá ser expuesta en las instituciones, municipios y localidades que lo soliciten.

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[1] Ver el artículo de Francisco José González González en la revista LLULL, 1989, Vol 12, pag. 323-340, titulado «La carta fotográfica del cielo en España», para un detallada descripción del origen de este proyecto y del importante papel que jugó el Observatorio de San Fernando (ROA) en esa magna empresa.

[2] Una conferencia sobre el papel de la astronomía en el desarrollo de nuestra sociedad, impartida en el XXI Congreso Estatal de Astronomía, puede verse aquí

[3] Aunque el catálogo de Hiparco no se ha conservado en forma escrita, existen indicios relevantes de que se encuentra representado en la esfera del mundo que porta el Atlas de Farnesio (ver Schaefer B. E., «The epoch of the constellations on the Farnese Atlas and their origin in Hipparchus’s lost catalogue»,  Journal for the History of Astronomy, Vol. 36, p. 167-196 (2005)). La hipótesis se basa en la estimación de las posiciones actuales de las estrellas, el conocimiento de la época en que debió ser  publicado, y en los valores de los movimientos de precesión y nutación. Teniendo en cuenta que los errores en las posiciones de los objetos de Hiparco oscilan alrededor del grado (dos diámetros de la Luna), el Atlas de Farnesio parece una buena reconstrucción del cielo observable desde Nicea ciento cincuenta años antes de Cristo.

[4] La propuesta inicial data de 1978 pero fue aprobada por la ESA en 1980.

[5] Una nueva calibración del catálogo se publicó en 2007. El artículo que describe y verifica la nueva calibración es el más citado de las publicaciones de Hipparcos.

[6] El sistema de mecenazgo y las dos  guerras mundiales, especialmente la Segunda, son dos elementos que no debemos olvidar a la hora de analizar la historia comparativa del desarrollo de la astronomía en ambos continentes.

[7] Obviamente ha habido astronomía galáctica y extragaláctica en ambos continentes y la creación del Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés), la Agencia Espacial Europea (ESA) y los observatorios de Canarias y Calar Alto en Almería, entre  otras acciones, resumen la gran apuesta de la astronomía europea por no perder el tren de la astrofísica. La reconstrucción de la astronomía europea empezó a dar sus frutos  a principios de los ochenta, sin embargo la componente genética permanece.

[8]  Una descripción amable y detallada de la misión y sus primeros resultados puede verse aquí.

[9]  La presentación del nuevo catálogo  puede verse en directo, a  las 12:00 CET del 3 de diciembre, aquí (en inglés, y con la plataforma Webex). Una conferencia titulada «Gaia, la Galaxia en tus manos» impartida (en español) por Josep Manel Carrasco and Mercè Romero (IEEC-ICC-UB) podrá verse el mismo día a las 19:00 pulsando aquí.


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