EL CENTRO ASTRONÓMICO DE CALAR ALTO: ROZANDO LAS ESTRELLAS  

La observación del cielo nocturno se remonta a la prehistoria. © APR.Las blancas cúpulas de metal que coronan las cumbres de Los Filabres se han convertido, desde mediados de los 70, en un símbolo identificativo de la provincia de Almería. Este importantísimo centro astronómico, donde la alta tecnología está presente en cada metro cuadrado del complejo, contrasta con un medio ambiente, caracterizado por el casi total despoblamiento humano y por la lucha contra la desertización, como ya se ha comentado en el capítulo dedicado a esta serranía. En los siguientes párrafos se intentará avanzar en el conocimiento de esta mezcla de ciencia y de tecnología capaz de adentrarse en los misterios del universo. 

EL INSTITUTO MAX PLANCK DE ASTRONOMÍA.

La Sociedad Max Planck se fundó en 1948, como sucesora inmediata de la Sociedad Kaiser Wilhelm creada 37 años antes, llevando el nombre del físico alemán Max Karl Ernst Planck galardonado con el Premio Nobel de Física en 1918. 

La creación del Instituto Max Planck de Astronomía (IMPA) fue muy posterior, remontándose a 1969. Desde el principio se consideró que sus telescopios más avanzados e importantes se localizarían fuera de Alemania, buscando cielos más propicios para la observación astronómica, lo que permitiría realizar trabajos de investigación moderna y a la altura de los alcanzados por otros países en el campo de la astronomía óptica.

El IMPA también colaboraría estrechamente desde su creación con otros organismos de la Sociedad, como los Institutos Max Planck de Radioastronomía de Bon, el de Física Extraterrestre y Astrofísica de Munich o el de Aeronomía de Katlenburg - Lindau, así como con departamentos de los Institutos de Física Nuclear en Heidelberg y de Química en Maguncia, que se ocupan de problemas análogos y complementarios, como observaciones en regiones espectrales cercanas mediante radioastronomía y astronomía de rayos X, empleo de instrumentos de observación no terrestres como satélites y sondas espaciales, simulación de procesos cósmicos en laboratorio, estudio químico de meteoritos, tratamiento teórico de problemas astrofísicos, etc. 

El instituto central se localiza en Heidelberg - Königstuhl (Alemania). Está constituido por un laboratorio astronómico con sus cúpulas, que se terminó de construir en 1975. Entre sus funciones principales destacan la preparación y el estudio de las observaciones astronómicas y el desarrollo de nuevas aplicaciones técnicas. 

Para los telescopios más potentes del Instituto se pensó desde el principio en una estación de observación astronómica en un clima favorable. Estudios efectuados in situ, demostraron las ventajas que ofrecen las condiciones de trasparencia y estabilidad atmosférica de los cielos almerienses de Calar Alto, a 2.168 m de altura, que permiten trabajar a los astrónomos entre 180 y 200 noches por año. Esta cima, situada en de la Sierra de los Filabres, se encuentra a unos 40 Km al Norte de la ciudad de Almería, al que se accede a través de una carretera de unos 70 Km de longitud. Las obras de construcción del Centro Astronómico Hispano Alemán en Calar Alto se iniciaron en el año 1973, dándose por finalizada la fase de construcciones básicas del observatorio en 1984 con la entrada en servicio del telescopio de 3,5 m. 

Observatorio astronómico de Calar Alto. © APR.Uno de los cometidos del Instituto es el proyecto, desarrollo y gerencia de las instalaciones de Heidelberg y las de Calar Alto, que están a disposición de los astrónomos alemanes y españoles, así como del resto de los países. Entre las características del trabajo que realizan los científicos y los colaboradores técnicos se encuentra la investigación propia y autónoma. Esto requiere de una estrecha colaboración entre ellos ya que prácticamente toda nueva cuestión astronómica suele estar acompañada por problemas técnicos específicos. 

Entre los temas astronómicos preferentes del Instituto se encuentran el estudio de la estructura de la Vía Láctea y la formación de estrellas a partir de la materia interestelar, la investigación de sistemas extragalácticos como galaxias o cuásares, el análisis de la estructura y el desarrollo, tanto de los distintos objetos estelares, como de la formación e historia del Universo en su conjunto (Cosmología). Los instrumentos de análisis con los que se cuenta para la realización de estos y otros trabajos son los de fotografía CCD, fotometría y espectroscopia, tanto en el rango visible, como en el infrarrojo. Existe un grupo de trabajo teórico que acompaña a los programas de observación con el cálculo informático de modelos astrofísicos. El Instituto, aunque goza de líneas de investigación autónomas, desarrolla importantes colaboraciones con otros observatorios internacionales y con proyectos espaciales, teniendo numerosos contactos con otros grupos de investigadores nacionales e internacionales. Existe una estrecha relación con la Universidad de Heidelberg de la que son profesores el director y otros miembros del IMPA; asimismo, los estudiantes de la facultad de Física y Astronomía realizan en el Instituto trabajos de investigación para su licenciatura o doctorado. Los resultados de las investigaciones se publican normalmente en revistas especializadas de carácter internacional. Para el público en general se edita la revista mensual Sterne und Weltraum (Estrellas y Universo). El Instituto tiene alrededor de 160 empleados, de los que unos 40 son científicos y 80 técnicos. A estos hay que añadir científicos invitados y becarios, tanto nacionales, como de otros países. 

EL OBSERVATORIO 

Después de las conversaciones mantenidas entre las autoridades españolas, a través de su Ministerio de Asuntos Exteriores, y del Gobierno alemán (en aquel entonces RFA), se estableció en 1972 un acuerdo de ambos estados, así como entre la Comisión Nacional de Astronomía de España y la Sociedad Max Planck, para la realización del Centro Astronómico Hispano - Alemán con su observatorio en Calar Alto. 

Los trabajos para la construcción del Observatorio comenzaron en 1973. La parte española aportó el terreno, tanto el necesario para la construcción de las infraestructuras, como el correspondiente a su área de influencia que se estableció en unos cien kilómetros cuadrados.

Reloj solar de Calar Alto. © APR.Asimismo, se realizó una carretera de acceso, de unos 30 Km de longitud, que une Calar Alto con la carretera nacional 324 en las cercanías de Gérgal. También se realizaron las obras de acometida de agua, que se obtiene de la Fuente del Conde, y de tendido eléctrico. En el área de cumbres y en las laderas se intensificaron repoblaciones forestales con pinos, iniciadas ya durante las últimas décadas por el antiguo ICONA. Desde la firma de los acuerdos, España se comprometió al mantenimiento de todas estas aportaciones. 

La Sociedad Max Planck se ocupó de proveer de equipamiento científico y de construir la totalidad de las edificaciones del Centro, levantando las cúpulas para los telescopios de 1,2 m, 2,2 m y 3,5 m. Asimismo, se crearon infraestructuras capaces de albergar laboratorios electrónicos, fotográficos y ópticos, un laboratorio de criogenia para producir nitrógeno líquido, instalaciones de alto vacío para el aluminizado de espejos, un centro de cálculo electrónico, talleres mecánicos y de carpintería, garaje dotado de taller y de gasolinera para el mantenimiento del parque móvil, servicio de bomberos, enfermería, biblioteca, archivos, despachos y viviendas para astrónomos, personal técnico y de apoyo con instalaciones imprescindibles como cocinas, lavanderías, lugares para el ocio y el descanso y un helipuerto. 

El volumen total de las inversiones se cifró en unos 250 millones de marcos, corriendo por cuenta del Instituto los gastos sucesivos generados por la utilización de las instalaciones. Cabe destacar, que el Observatorio Astronómico Nacional de Madrid también posee en Calar Alto un telescopio de 1,5 m. Terminados los trabajos de las infraestructuras del Centro, el equipo permanente se estableció en unas 50 personas, que son responsables del funcionamiento del observatorio. Para que funcionen unas instalaciones de este calibre no sólo son necesarios los astrónomos, sino que se precisa de personal de apoyo, desde el de limpieza, hasta técnicos e ingenieros que posibilitan el funcionamiento de los instrumentos. En este sentido, cabe destacar que el 77% del personal de apoyo del Centro es español. 

LOS TELESCOPIOS

En Calar Alto se encuentran los telescopios que son la clave para los trabajos del IMPA. El diseño y la realización de los instrumentos se efectuaron en estrecha colaboración entre los astrónomos del Instituto y Carl Zeiss (Oberkochen), además de contar con la colaboración de otras empresas alemanas. 

Los telescopios realizan una doble función. Por una parte, captan la radiación emitida por los cuerpos celestes, estando determinada su intensidad luminosa por el diámetro del espejo principal (su apertura) y, por otra, forman la imagen de los objetos observados. La nitidez y riqueza de detalles de éstos depende de su poder de resolución, que aumenta cuanto mayor sea el diámetro del espejo del telescopio; pero este aumento resulta cada vez más difícil, más caro y no es ilimitado, por lo tanto hay que buscar un punto óptimo entre la calidad mecánica y la óptica de los instrumentos. Por este motivo, los equipos de un observatorio suponen siempre una solución intermedia entre el ideal demandado por los astrónomos y lo que es técnicamente realizable en la práctica. Ahora bien, mientras que los reflectores clásicos tienen espejos de curvatura parabólica, los espejos principales de los telescopios del Instituto y por tanto los de Calar Alto tienen superficies hiperbólicas, más complicadas de conseguir pero que logran una gran ampliación del campo visual útil y prácticamente desaparecen algunas de las inevitables aberraciones en la calidad de las imágenes. 

Entre los principales problemas que presenta la construcción de un telescopio de estas características, destaca el cuerpo del espejo que ha de estar hecho de un material que admita un pulido muy exacto y tolerante a las cargas mecánicas a las que va a estar sometido. Asimismo, debe conservar su forma en cualquier posición, es decir, no tiene que deformarse prácticamente nada bajo su propio peso y, también, debe ser insensible a las inevitables variaciones de temperatura durante las observaciones. 

Las masas vítreas producidas en bruto en Maguncia se pulieron a continuación en Carl Zeiss, en un departamento especialmente construido para la fabricación de los grandes espejos del Instituto. La obtención de las superficies de los espejos representó un gran reto tecnológico. Así, la forma teórica del espejo del 3,5 m se consiguió a lo largo de en unos 4 años de trabajo de tallado y pulido. 

Una vez fabricados los espejos hubo de fijarlos a su base estructural definitiva. Tanto el espejo principal, como el secundario, deben mantenerse invariables en cualquier dirección de observación al mover el telescopio, ya que si no se perdería la fidelidad de la imagen. Los problemas mecánicos relativos al diseño del tubo y de la montura fueron resueltos por la empresa Carl Zeiss en colaboración con MAN (Gustavsburg). Los telescopios disponen de una movilidad total porque se apoyan hidrostáticamente en su centro de gravedad. Se puede decir que están flotando sobre aceite. Así, las masas móviles, que llegan a alcanzar las 230 toneladas de peso en el telescopio de 3,5 m, se pueden apuntar hacia los cuerpos celestes con una precisión de pocas fracciones de segundo de arco. Para entender esta tremenda precisión, basta considerar que un segundo de arco es aproximadamente el ángulo formado por los bordes exteriores de una moneda de 25 pesetas a una distancia de unos 3 Km. Estos instrumentos tan precisos y complejos son controlados por ordenadores pues haciéndolo manualmente se perdería gran parte del valioso tiempo necesario para la observación. 

Los edificios donde se alojan los telescopios cumplen numerosas funciones y forman una unidad con los telescopios. Las cúpulas, por ejemplo, son estructuras de acero semiesféricas que alcanzan un diámetro de 31 m para el telescopio de 3,5 m.

El conocimiento de los planetas, estrellas y constelaciones constituye parte esencial de las diferentes civilizaciones. Venus. © APR.Fabricadas por la firma DSD (Dillinger Stahlbau Gmbh) son totalmente giratorias para permitir dirigir los telescopios en cualquier dirección del espacio a través de una rendija lo más pequeña posible.

También poseen unas características térmicas muy especiales que permiten conservar durante el día, pese a la elevada insolación, el frío nocturno en el interior de la cúpula, evitándose casi totalmente las deformaciones producidas por los cambios térmicos en las partes ópticas y mecánicas de los telescopios. 

Con los telescopios de Calar Alto se ha llegado al límite en la construcción clásica de estos instrumentos, pues un aumento del diámetro por encima de los cinco metros requeriría de un espejo principal tan grueso y pesado, que las dificultades técnicas y los costes económicos lo harían inviable. La única solución posible es desarrollar nuevas tecnologías en cuanto en cuanto al diseño de estas herramientas ópticas. No se puede disponer de telescopios cada vez mayores y más luminosos; además no todos los campos de la astronomía empírica requieren imprescindiblemente la utilización de instrumentos de tamaño máximo, lo que explica la variedad de telescopios que hay en Calar Alto. Su rendimiento tampoco está determinado únicamente por su apertura ya que utilizando las posibilidades que la técnica moderna ofrece, tanto en la mejora de los telescopios, como de sus instrumentos auxiliares, es posible que un telescopio de 2 m, por ejemplo, pueda desarrollar observaciones que hasta hace poco estaban reservadas al club exclusivo de los grandes instrumentos de 3,5 m de apertura e incluso aún mayores. 

El Telescopio de 1,2 m 

Financiado por la Asociación Alemana de Investigación y construido por la empresa Carl Zeiss, fue puesto en servicio en 1975. Desde 1977, tras dos años de pruebas y ajustes quedo a disposición de los astrónomos profesionales. Al no ser su peso muy elevado (15 toneladas) se pudo efectuar un montaje asimétrico, utilizando un contrapeso por lo que el centro de gravedad del telescopio, en el que el instrumento tiene un apoyo hidrostático libre de esfuerzos, está situado fuera del tubo. 

Sus espejos están construidos con material vitrocerámico Zerodur, como los telescopios de 2,2 y 3,5 m. Los espejos principales no tienen curvatura parabólica, sino hipérbólica, al igual que ocurre con los de 2,2 y 3,5 m, pudiéndose englobar dentro de los del tipo “Ritchey – Chrétien”. Gracias a este diseño se consigue una gran ampliación del campo visual, consiguiendo imágenes con nitidez de un área celeste de diámetro superior a 11 (la Luna llena tiene un diámetro de 0,51) que, en cualquier caso, pueden considerarse de alta precisión. La distancia focal del telescopio es de 9,8 m y tiene dos salidas. La primera es el foco Cassegrain (f/8), situado detrás del orificio central que tiene el espejo principal; en éste se puede disponer una cámara fotográfica, con y sin tubos electrónicos amplificadores de imagen que proporcionan un campo de 1,5 grados de diámetro libre de coma, así como fotómetros para las zonas del espectro visible e infrarrojo. La segunda salida, que es el foco Nasmyth, está situada lateralmente al tubo del telescopio y puede habilitarse introduciendo un espejo de reflexión abatible en la trayectoria de la luz por el interior del telescopio, y esta equipada con un espectrógrafo montado permanentemente en el instrumento. 

El Telescopio de 2,2 m

Telescopio de 2,2 m. © APR.Fue puesto en servicio en la primavera de 1979.El 28 de septiembre de dicho año, el Rey Juan Carlos I de España inauguró oficialmente el telescopio con el resto de las instalaciones del Centro terminadas hasta ese momento, con una placa conmemorativa que tiene la leyenda: “Para la investigación pacífica del Universo”. Este instrumento tiene un gemelo en el Observatorio de La Silla en Chile. Solamente el peso de sus partes móviles supera las 72 toneladas. Precisamente por su elevado peso no se pudo hacer un montaje asimétrico, por lo que el centro de gravedad del telescopio está situado en el punto de intersección del eje óptico con el eje de la horquilla, que es donde giran las partes móviles sin que se necesite un contrapeso.

Su montura Ecuatorial tiene forma de horquilla. Para comodidad del observador y máximo aprovechamiento del tiempo de observación, el telescopio está equipado con un sistema de televisión que, junto con un ordenador, permite el control remoto y automático del instrumento. 

Detalle de una cámara de CCD en el Telescopio de 2,2 m. ©APR.El sistema de espejos es del tipo Ritchey - Chrétien y está fabricado totalmente en cerámica de vidrio Zerodur, material vitrocerámico casi inactivo térmicamente y capaz de conservar inalterable su forma con los cambios de temperatura. Lleva dos salidas ópticas. Una es el foco Cassegrain de 17,6 m de distancia focal que está equipado con instrumentos similares a los del telescopio de 1,2 m, además de un espectrógrafo Cassegrain y varias cámaras CCD de alta sensibilidad que, con un reductor focal Cafos 22, permite obtener imágenes CCD de gran campo (13´ x 13´) y completamente nítidas.

La otra salida de luz va al foco Coudé con una distancia focal de 88 m. Este foco tiene un emplazamiento fijo independiente de la dirección de observación del telescopio, estando situado fuera del recinto de la cúpula, en el laboratorio Coudé, donde se puede analizar la luz de las estrellas con aparatos cuyo tamaño, peso o fragilidad impedirían su montaje fijo en el tubo del telescopio. Para poder trabajar con este foco es preciso sustituir el espejo secundario del telescopio por otro distinto, debido a su mayor distancia focal, por lo que la luz sale a través de dos espejos planos adicionales fuera del telescopio y de esta forma se lleva al laboratorio Coudé; aquí se dispone de un espectrógrafo Coudé de alta resolución, de 14 m de altura, para el análisis espectral detallado de la luz de las estrellas. 

El Telescopio de 3,5 m 

Cúpula del telescopio de 3,5 m. © APR.Entró en servicio en 1984, siendo el mayor de los instalados en Calar Alto. Posee las características esenciales de diseño del telescopio de 2,2 m. Su peso alcanza las 430 toneladas, de las que 235 pertenecen a las partes móviles dentro de una montura ecuatorial en herradura, similar a la ya utilizada en 1948 para el telescopio de 5 m de Monte Palomar. El espejo hiperbólico principal, tallado en cerámica Zerodur con una precisión de 0,000011 milímetros, pesa 16 toneladas. Su sistema óptico posee tres focos: el foco Cassegrain (f/10) semejante al del telescopio de 2,2 m, el foco Coudé (f/35) situado en una gran nave adyacente y el foco primario (f/3,5 o f/3,9) con una distancia focal de 12,2 m, situado en la abertura superior del tubo frente al espejo principal. Para su utilización el observador se sienta directamente dentro del telescopio, en una pequeña cabina en el lugar del espejo secundario. El control es completamente automático por medio de ordenadores y se realiza a distancia desde la central de mando, situada en una habitación separada; en esta central se encuentra la consola desde la que se controla tanto el telescopio como la cúpula. Como ejemplo de la complejidad tecnológica de este instrumento se puede decir que dentro del telescopio hay 830 kilómetros de cable eléctrico.

La luminosidad y el poder de resolución de este telescopio es tal, que dos velas separadas entre sí 150 m y situadas a 30.000 Km de distancia, aún se distinguirían como dos débiles fuentes de luz independientes. Este reflector recoge más luz estelar que el resto de los instrumentos del observatorio en su conjunto. 

La Cámara Schmidt. 

Este telescopio de 80 cm de apertura (f/3) fue puesto en servicio en 1956 en el Observatorio de Hamburgo - Bergedorf. Después de modificar su montura, ya que siempre se construye para una determinada latitud geográfica, se traslado a Calar Alto en 1980. Su espejo esférico de 1,2 m de diámetro tiene una distancia focal de 2,4 m. Su placa correctora tiene un diámetro de 80 centímetros, disponiendo además de dos prismas objetivos del mismo tamaño que ésta. Es un telescopio especial destinado a la fotografía de grandes áreas celestes: campos de 5,5 x 5,5 grados cuadrados se reproducen sobre placas fotográficas (o astrográficas de vidrio) de 24 x 24 cm2. Se realizan programas de sondeo en la búsqueda de objetos espaciales. De particular relevancia ha sido la prospección realizada por astrónomos del Observatorio de Hamburgo en busca de cuásares, con lo que se ha ampliado notablemente el conocimiento acerca de estos objetos. También destaca el hallazgo con este telescopio, el 8 de febrero de 1992, del Asteroide No.5879, “bautizado” por la Unión Astronómica Internacional con el nombre de Almería, a sugerencia de sus descubridores los astrónomos alemanes K. Birkle y U. Hopp, como gratitud a la hospitalidad española recibida en este observatorio.  

El Telescopio español de 1,5 m 

Cronológicamente fue el segundo telescopio que se instaló en Calar Alto, en donde se encuentra en servicio desde 1977. No pertenece al Centro Astronómico Hispano Alemán, sino que depende directamente del Observatorio Astronómico Nacional de Madrid y es utilizado, sobre todo, por los astrónomos de este centro. Se trata de un reflector que tiene un sistema Ritchey - Chrétien de 1,5 metros de diámetro y de excelente óptica fabricado en Francia por la empresa REOSC. Con dos salidas presenta un foco Cassegrain, equipado para fotografía y fotometría fotoeléctrica, y un foco Coudé o acodado. Este último es fijo e independiente a la posición variable del telescopio durante las observaciones, accediéndose a través de un laboratorio climatizado que se encuentra fuera del recinto de la cúpula y en donde puede analizarse la radiación colectada por el telescopio con un espectrógrafo fijo horizontal que, por su gran tamaño y peso, no puede acoplarse directamente al telescopio.