La Astronomía es una ciencia visual y accesible,lo que la hace ideal para propósitos educativos.En los últimos años la NASA1, la ESA2, el Telesco-pio Espacial Hubble y los telescopios del ESO3 enlos Observatorios de La Silla y Paranal en Chilehan mostrado imágenes del Universo cada vezmás profundas y espectaculares. Sin embargo,los telescopios del ESO y el Hubble no sólo hanproporcionado nuevas imágenes sensacionales,sino que son también herramientas de incalcula-ble valor para los astrónomos. Los telescopiostienen una resolución espacial/angular (nitidezde la imagen) excelente que permite a los astró-nomos escudriñar el Universo a distancias mayo-res, nunca antes alcanzadas, y responder a pre-guntas sin resolver planteadas desde hace mu-cho tiempo.

El análisis de tales observaciones, aunque a me-nudo es muy sofisticado en cuanto a los detallesse refiere, es a veces suficientemente simple enprincipio como para dar a los estudiantes de se-cundaria la oportunidad de repetirlo ellos mis-mos.

Este programa de ejercicios ha sido producidopor los socios europeos del proyecto Hubble,ESA (Agencia Espacial Europea), la cual tiene ac-ceso al 15% del tiempo de observación del Hub-ble, junto con el ESO (Observatorio Europeo Aus-tral).

El objetivo de este programa de ejercicios espresentar varios pequeños proyectos que conta-giarán a los estudiantes parte de la entusiasmo ysatisfacción de los descubrimientos científicos.Usando consideraciones físicas y de geometríaelemental, el estudiante podrá obtener respues-tas que son comparables a los resultados deanálisis mucho más sofisticados descritos en laliteratura científica.

Aquí damos una perspectiva general de la moti-vación y las ideas que hay detrás del Hubble yde las instalaciones del ESO, junto con una brevedescripción de los telescopios, sus instrumentosy sus modos de operación, en detalle suficiente

como para clarificar los tipos de observacionespresentados en los ejercicios.El lenguaje escogido para el Programa de Ejerci-cios de Astronomía de ESA/ESO es el inglés. Haydistintas razones para esta elección — es el len-guaje usado con mayor frecuencia entre los cien-tíficos. Un buen conocimiento y una experienciapráctica en el uso de este lenguaje es un valiosobagaje para todos los estudiantes, especialmentepara textos en alguna medida técnicos comoéste.

En la educación moderna se reconoce como im-portante cruzar barreras entre diferentes mate-rias de estudio y conectarlas a través de activi-dades interdisciplinarias que desarrollan y forta-lecen diferentes tipos de habilidades. Así, reco-mendamos el texto en inglés de estos ejerciciospara que también pueda servir como un ejercicioen el uso práctico del inglés. Estamos haciendolo posible por proporcionar versiones en algunosidiomas de los estados miembro de la ESA/ESO(ver los enlaces en http://www.astroex.org). Porotra parte, si se hace algún esfuerzo espontáneopara su traducción, estaríamos encantados de re-cibir estos ejercicios en otros idiomas (ver la úl-tima página de los ejercicios para conocer laspersonas de contacto).

Todos los ejercicios se construyen con un textosobre el tema, seguido por una serie de cuestio-nes, medidas y cálculos. Los ejercicios puedenutilizarse bien como texto en una clase de for-mato tradicional, o bien pueden crearse gruposmás pequeños y repartírselos como parte de un“trabajo de proyecto”, ya que los ejercicios sonbastante autosuficientes.

Se ha procurado que los ejercicios sean indepen-dientes entre sí y puede elegirse una selecciónde ellos para ajustarse al tiempo disponible. Sinembargo, recomendamos que las partes relevan-tes de la sección Herramientas Matemáticas setrabaje junto con los estudiantes antes de traba-jar en los ejercicios, a menos que el contenidoles sea familiar.

Programa de Ejercicios de Astronomía de ESA/ESO

1Administración Nacional Aeronáutica y del Espacio (en inglés National Aeronautics and Space Administration — cuyo acrónimo es NASA)2Agencia Espacial Europea (en inglés European Space Agency — cuyo acrónimo es ESA)3Observatorio Europeo Austral (en inglés European Southern Observatory — cuyo acrónimo esESO).

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El Telescopio Espacial Hubble

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Figura 1: Absorción de radiación por la atmósfera de la Tierra.Los objetos astronómicos emiten luz en un rango amplio de longitudes de onda, pero únicamente ciertas longitudes de ondapueden penetrar la atmósfera de la Tierra. El resto es absorbido y dispersado por la atmósfera. El diagrama muestra latransparencia de la atmósfera en función de la longitud de onda. Puede verse que la luz ultravioleta es casi totalmente absorbidao dispersada y que una gran parte de la radiación infrarroja también es absorbida.

El Telescopio Espacial Hubble fue desplegadodesde la bahía de carga del Transbordador Espa-cial “Discovery” el 26 de Abril de 1990, sesentay siete años después de que el pionero alemánen la investigación de cohetes H. Oberth apun-tara las ventajas potenciales de realizar observa-ciones astronómicas desde el espacio, lejos de laatmósfera terrestre. Las primeras propuestas se-rias para un gran telescopio astronómico espa-cial fueron recibida por la NASA a principios delos años sesenta. Tras una serie de estudios deviabilidad, un programa conjunto NASA/ESA fuefinalmente aprobado e iniciado en 1977. Conrespecto a la resolución, el Hubble superaba elrendimiento de todos los telescopios en Tierrapor un amplio margen, incluso aunque, con unespejo primario cuyo diámetro era de sólo 2.4m, no es un telescopio grande.

Todas las imágenes tomadas por los telescopiosen Tierra están afectadas por distorsiones debi-das a que la luz pasa a través de capas turbulen-tas de la atmósfera de la Tierra. Con indepen-dencia del tamaño del telescopio, este inevitable“emborronamiento” limita la resolución efectiva,que típicamente se puede obtener en las imáge-nes astronómicas basadas en Tierra, a aproxima-damente medio segundo de arco (1 segundo dearco = 1/3600 grados). Sin embargo, en el espa-cio la luz se propaga libremente (las estrellas notitilan) y el rendimiento límite de cualquier tele-scopio se determina únicamente por la calidadpropia de los elementos ópticos y la precisióncon la cual puede mantenerse apuntado un obje-to durante una exposición. Así, las imágenes to-madas por el Hubble muestran un detalle cincoveces mayor que unas imágenes similares toma-das desde Tierra. La resolución de las imágenestomadas desde Tierra es aproximadamente equi-

valente a leer los titulares de un periódico desdeuna distancia de un kilómetro, pero ¡con el Hub-ble es posible leer a esa distancia también la le-tra pequeña!

Es en primer lugar esta drástica mejora de cincoveces en la calidad de la imagen lo que hace alHubble tan especial. El Hubble no sólo capacitaa los astrónomos para estudiar objetos astronó-micos familiares a un nivel mucho mayor de de-talle discernible, sino que también permite de-tectar y estudiar objetos desconocidos hasta lafecha varias veces más débiles que los observa-bles desde Tierra. De esta manera, el Hubble haaumentado el volumen del espacio que ha sidoobservado astronómicamente.

Los telescopios que operan en el espacio tam-bién son capaces de recoger luz radiada por ob-jetos astronómicos en un rango mucho más am-plio del espectro electromagnético que los tele-scopios basados en Tierra, los cuales están res-tringidos a longitudes de onda no absorbidaspor la atmósfera (ver Fig. 1).

Esto significa que el Hubble no es solamente ca-paz de ver los objetos celestes en luz visible,sino también en ultravioleta e infrarrojo. La re-gión espectral del ultravioleta es de particularimportancia para los astrónomos, ya que contie-ne la mayoría de las llamadas “transiciónes ató-micas” de los elementos comunes. Todos los ele-mentos químicos tienen su propia huella carac-terística por ser capaces de absorber y emitir luzde unas determinadas longitudes de onda, y esidentificando estas huellas en el espectro de losobjetos celestes como puede determinarse sucomposición química, temperatura y propiedadesfísicas.

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El Telescopio VLT (Telescopio Muy Grande) delESO es el telescopio óptico-infrarrojo más gran-de del mundo. Las iniciativas dirigidas a la reali-zación de un gran telescopio europeo comenza-ron ya a finales de los setenta. El diseño básicodel VLT fue concienzudamente discutido entrelos astrónomos europeos a principios de losochenta. Basado en un concepto meticuloso yun plan financiero asociado para la construccióny la subsiguiente fase de operaciones, el Consejodel ESO dio luz verde al proyecto del VLT en Di-ciembre de 1987.

El ESO, una organización de investigación inter-gubernamental, fue fundada en 1962 por Bélgi-ca, Francia, Alemania, Holanda y Suecia, “deseo-sos de crear conjuntamente un observatorio equi-pado con instrumentos potentes en el Hemisferio

Sur y consecuentemente promover y organizar lacooperación en la investigación astronómica”.Desde entonces Dinamarca, Italia, Portugal ySuiza se han unido al proyecto. El Reino Unidose unió en el año 2002. Más recientemente,otros países han expresado también su interésde unirse al ESO.

El ESO opera en dos excelentes observatorios,Paranal y La Silla. Cerro Paranal, una montaña de2635 m (24 grados 37 minutos Sur, 70 grados24 minutos Oeste), se encuentra al norte de Chi-le, a 12 km del Pacífico, a 130 km al sur de An-tofagasta, a 1200 km al norte de Santiago deChile y a 600 km al norte de La Silla. Esta locali-dad se encuentra en una de las áreas más secasde la Tierra, el Desierto de Atacama. Ya que elmal tiempo es el mayor enemigo de los astróno-mos, el ESO llevó a cabo unos extensos estudiosclimáticos antes de elegir Cerro Paranal como ellugar adecuado para el VLT. En este lugar hayhasta 350 noches claras por año.

El VLT se compone de cuatro telescopios unidad(UT) de 8.2 m cada uno; esta medida indica eldiámetro de los cuatro espejos principales. Losespejos secundarios y terciarios son mucho máspequeños. Cuando la luz pasa a través de la at-mósfera de la Tierra, las imágenes se distorsio-nan: esto es por lo que las estrellas titilan. Elsistema de óptica adaptativa se ha desarrolladopara corregir este efecto indeseable, de formaque las imágenes registradas por el telescopiollegan a ser tan nítidas como si el VLT estuvieraen el espacio.

El VLT está equipado con muchos instrumentosastronómicos diferentes. Los cuatros telescopiosde 8.2 m entraron en operación a finales de2000. Muchos resultados científicos apasionan-tes han sido ya obtenidos.

Se están construyendo tres Telescopios Auxilia-res (AT) de 1.8 m. Es posible usar cada UT deforma independiente o, cuando finalice las cons-trucción de los AT, combinar todos los telesco-pios en un Interferómetro VLT (VLTI). El VLTItendrá la misma nitidez de imagen que tendríaun telescopio de 200 m de diámetro. Las prime-ras observaciones con el VLTI tendrán lugar en2001.

Figura 2: Mapa de ChileSe indica la localización de los dos observatorios deESO en Chile, La Silla y Paranal.

El Telescopio VLT del ESO

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ANTU y FORS

Los trabajos de construcción en Cerro Paranalcomenzaron en 1991, y seis años más tarde, en1997, llegó el primero de los cuatro espejos a sudestino final. Tras la instalación, ANTU (UT1) viola luz, tal y como estaba programado la nochedel 25 al 26 de Mayo de 1998. ANTU significa(El Sol) en el idioma Mapuche. Los otros tres te-lescopios gigantes vieron la luz en Marzo de1999, Enero de 2000 y Septiembre de 2000, res-pectivamente.

Los UT del VLT tienen monturas llamadas altaci-mutales. En tales monturas el tubo del telesco-pio se mueve alrededor del eje horizontal (el ejede altura). Los dos rodamientos que soportan eltubo, se montan sobre una horquilla que rota al-rededor del eje vertical (el eje azimutal) permi-tiendo así apuntar a cualquier punto del cielo.

El 15 de Septiembre de 1998, FORS1 (Espectró-grafo y Reductor Focal, en inglés Focal Reducerand Spectrograph — cuyo acrónimo es FORS1),montado sobre ANTU, vio la luz e inmediatamen-

Figura3: Un esquema del interferómetro VLT

El Telescopio VLT del ESO

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te comenzó a obtener excelentes imágenes as-tronómicas. FORS1 y los demás instrumentos delVLT han abierto nuevas oportunidades para laAstronomía Europea.

FORS1, y su gemelo (FORS2), son el producto deuno de los estudios tecnológicos más concienzu-dos y avanzados nunca realizados en un instru-mento astronómico basado en Tierra. Los instru-mentos FORS son “instrumentos multi-modo”que pueden usarse en varios modos diferentesde observación. Por ejemplo, es posible tomarimágenes con dos escalas diferentes (con dife-rentes aumentos) y pueden obtenerse espectrosde diferentes resoluciones de uno o múltiplesobjetos. De este modo, FORS puede detectar pri-mero las imágenes de galaxias lejanas e inmedia-tamente grabar sus espectros de forma que pue-dan encontrarse el tipo y las distancias de esasestrellas en las galaxias.

Más información acerca del VLT del ESO puedenencontrarse en: http://www.eso.org.