El planetario de Madrid: ¿Cómo funciona?

Basado en la conferencia que Toño Bernedo, jefe técnico del planetario de Madrid, impartió el 19 de enero de 2010.

Historia

Promovido quien fuera alcalde de Madrid, Enrique Tierno Galván, fue inaugurado el 29 de septiembre de 1986, poco después de su muerte. El edificio es obra del arquitecto Salvador Pérez Arroyo, irónicamente autor también del Faro de la Moncloa, uno de los edificios más agresivos y perjudiciales para el cielo de Madrid.

Se decidió construirlo en una zona que por entonces era marginal, en Méndez Álvaro, cerca del distrito de Vallecas, donde el venerable alcalde quiso que hubiera un gran parque (que desde entonces lleva su nombre) y un lugar dedicado a facilitar a los vecinos de la villa el acceso a la cultura y al conocimiento científico. El presupuesto de partida no llegaba a los 200 millones de pesetas de entonces.

Pertenece al Ayuntamiento de Madrid y lo dirige, desde que abriera sus puertas, Asunción Sánchez, licenciada en Física Teórica por la Universidad Complutense.

El complejo, dedicado íntegramente a la divulgación científica, ofrece unas magníficas vistas de una parte de Madrid y cuenta con varias salas de exposiciones, recibiendo el nombre de Sala de los Astrónomos la más conocida de ellas. También dispone de una torre de observación de 28 metros de altura, en la que hay una cúpula de 3 metros de diámetro que aloja un telescopio refractor Coudé de la casa Carl Zeiss Jena, de 150 mm de abertura y una distancia focal de 2.25 m , que suele emplearse para proyectar imágenes en el exterior, cuando se organizan grandes observaciones públicas.

En estas grandes observaciones dirigidas al público colabora la Agrupación Astronómica de Madrid, cuyos socios aportan sus telescopios de forma totalmente desinteresada, al menos una vez al año. El público acude siempre en masa.

Posiblemente obtuviera la mayor afluencia de público de su historia el día del eclipse anular de Sol de 3 de octubre de 2005, cuando decenas de miles de personas se congregaron para observarlo en la explanada aledaña, donde gracias a la situación privilegiada de nuestra ciudad, este fenómeno se pudo observar en toda su plenitud.

Han pasado tantos años ya desde que se inauguró, que han empezado a llegar los hijos y nietos de los primeros que lo visitaron en los años 80. Es decir, que ya lo conocen tres generaciones.

El proyector Zeiss de Madrid

Es un Carl Zeiss RFP DP3 Spacemaster, un planetario astronautico, es decir, que se concibió para el entrenamiento de los astronautas en la navegación espacial. Procedía de la fábrica Zeiss de la antigua Alemania del Este (RDA).

Consta de dos esferas de estrellas con 16 campos de gran calidad cada una (32 campos en total), proyectores individuales para algunas estrellas determinadas, como Sirio y Betelgeuse, celdas para cinco planetas, el Sol y la Luna, diversas líneas auxiliares y proyectores de figuras de constelaciones.

Tiene también los ejes diurno, anual, de precesión, polar y acimutal. Todos los ejes están conectados entre sí. Así por ejemplo, dando 365 vueltas al eje de movimiento diurno, el Sol da una vuelta alrededor de la Tierra (un planetario debe simular un sistema geocéntrico). Cuando el eje anual da 25800 vueltas, el de precesión da también una vuelta.

El analema se simula mediante ordenador, conectando el movimiento diario y anual.

Utiliza motores paso a paso, lo cual fue una novedad en su tiempo. También fue el primer planetario del mundo que se manejaba por ordenador para hacer los movimientos.

La proyección de las estrellas

Se emplea el método del icosaedro, al que se le eliminan las aristas para obtener una división en 32 campos, equivalente a la figura del clásico balón de fútbol (20 hexágonos y 12 pentágonos). Esta proyección está muy extendida, aunque también la de 12 campos es muy común.

Uno de los problemas principales de cualquier planetario es la reproducción de las estrellas como puntos. Lo más importante es la obtención de una fuente de luz puntual. Para ello se concentra con una lente la luz de una lámpara (que en este caso tiene una potencia de 500 W), común a toda la bola de estrellas. Esa luz se hace pasar por una diapositiva de cobre microperforada, con pequeños orificios proporcionales al brillo de las estrellas que se van a proyectar. Después la luz debe pasar también por una lente objetivo.

Y por último, unos sistemas similares a los “ojos de las muñecas” (de hecho reciben ese nombre) provocan la obturación de la luz por debajo de la horizontal, lo que genera un efecto de horizonte, fundamental para una correcta proyección del cielo.

Los proyectores auxiliares de estrellas, de líneas, de coordenadas, de constelaciones y de la Vía Láctea

Algunas estrellas tienen un brillo más elevado que el resto (magnitud más brillante), por lo que necesitan de un proyector individual que las haga destacar especialmente. Esto ocurre en el caso de Sirio o en el de Betelgeuse, añadiendo además a esta última un toque de color característico, anaranjado en este caso.

Para la proyección de la líneas de coordenadas, figuras de las constelaciones, y de la Vía Láctea se emplea un método similar al de la bola de estrellas pero con unos proyectores más pequeños.

El movimiento de los planetas, del Sol y de la Luna: el “símil mecánico”

El sistema que a continuación describimos se inventó para el primer planetario de este tipo, que se construyó en 1923. Cada uno de estos cuerpos celestes: el Sol, la Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno cuenta con un “símil mecánico”, un reto formidable, para el que los astrónomos, ópticos e ingenieros que diseñan estos aparatos deben emplearse a fondo.

Así, los proyectores de los planetas, del Sol y de la Luna se montan sobre un sistema de platos contrapeados o superpuestos. Se instalan en unas celdas, perpendiculares al eje de precesión o de la eclíptica. Cada uno de estos proyectores deberá tener la misma inclinación natural de cada cuerpo celeste sobre la eclíptica.

Los planetas recorren órbitas en torno al Sol, lo que se conoce como el modelo heliocéntrico del Sistema Solar. La cuestión está en que debemos simularmovimientos geocéntricos, puesto que el planetario reproduce las posiciones de todos estos cuerpos tal y como se ven desde la Tierra.

Con el Sol imaginariamente en el centro, recreamos la órbita de la Tierra, la cual representamos mediante un pivote. Construímos la órbita del otro cuerpo celeste y ponemos otro pivote que va a representar ese cuerpo.

De este modo lanzamos una visual (barra deslizante entre los dos pivotes) desde la Tierra al cuerpo celeste y la proyectamos sobre la cúpula. Paralelo a la barra deslizante se instala un pequeño proyector, que producirá una imagen de ese cuerpo sobre la cúpula que se irá desplazando conforme se muevan los dos pivotes.

Los platos de las órbitas se desplazan en su movimiento anual mediante engranajes, que se sacan de una barra de desplazamiento común a todos ellos. Los platos de la Tierra se instalan contiguos dos a dos para ahorrar espacio.

Para que llegue la corriente a las lámparas, debe pasar por anillos rozantes y escobillas, lo que complica aún más toda la tecnología del planetario.

Sistema Solar : Las órbitas elípticas

Los planetas recorren órbitas elípticas alrededor del Sol con este en uno de los focos (Primera Ley de Kepler) y recorren áreas iguales en tiempos iguales (Segunda Ley de Kepler), por lo que se mueven más deprisa cuando están más cerca del Sol y más despacio cuando están más lejos. La forma de reproducir estos movimientos es compleja.

Aunque las órbitas se hacen circulares, sí que se simula la elipse y se corrigen los errores mediante variaciones en la velocidad. Desplazando el eje en la proporción de la excentricidad, el radio vector sigue la Segunda Ley de Kepler, con un margen de error tolerable siempre que la excentricidad no sea muy grande. De hecho el único planeta para el que no se emplea este método es Mercurio.

Una forma de simular el movimiento elíptico es con engranajes elípticos, o también mediante una junta Cardán a un ángulo determinado, que lo corrige aún mejor, pero resulta demasiado complicado requiriendose mucho espacio en ambos casos.

El método que se emplea en este planetario para el planeta Mercurio se llama de doble manivela y consiste en un sistema de tres platos, en uno de los cuales se encuentra situado el pivote del planeta. Dos de estos platos están desplazados entre sí en la proporción adecuada a la excentricidad que buscamos simular. Un plato arrastra al otro mediante un bulón, y este a un tercero que es el que contiene el pivote del planeta: Se llega a obtener 1/5º de precisión, para Mercurio, lo que se considera suficiente.

Sistema Solar: El proyector de la Luna

La imagen de la Luna se graba en un pequeño espejo, creándose la imagen de la misma en la cúpula reflejando un haz de luz sobre el espejo. Las fases se simulan al reflejar un haz de luz y hacerle pasar por un obturador semiesférico, como un casquete, que va girando y tapando la parte correspondiente de Luna.

También simula eclipses y lleva además su obturador de horizonte.

Al tener que representar la retrogadación de la línea de nodos, necesitamos que el pivote de la Luna se incline, pero dando una vuelta cada 18,6 años, teniendo que desmultiplicar enormemente el movimiento que recibimos de la barra de arrastre.

La cúpula

La cúpula tiene 17,5 metros de diámetro. Es una estructura reticulada de acero sobre la que va unos soportes de madera que sujetan las chapas de aluminio. Cuenta con aislamiento acústico, óptico y térmico. La pintura tenía originalmente una reflectabilidad del 80%, que se ha ido reduciendo paulatinamente con los años. Los planetarios modernos, no obstante, tienden a reflejar incluso menos del 50%, para compaginar la proyección de videos.

El futuro

El Planetario de Madrid está tratando de obtener finaciación para adquirir e instalar un moderno proyector Star Master, de Zeiss.

Consta de una bola de estrellas con 12 campos de estrellas. Cada estrella recibe la luz de la lámpara, en este caso de xenon, por medio de un hilo de fibra óptica. Es decir, que cada estrella del campo recibe un hilo y así todas. Esto mejora notablemente la eficiencia, hasta un factor de 1000, por lo que se puede emplear una lámpara de menor potencia (mayor eficiencia energética). Así, la resolución es ya superior a la del ojo humano: Las estrellas de magnitud 0 son menores a 1′ de arco. Produce un cielo muy real con diferencias de brillo entre las estrellas.

Al sacar los planetas y la Luna se evitan los problemas mecánicos, aunque los proyectores del Sol y de la Luna pueden tener problemas debidos a las sombras. Pero sobre todo, desde que en los años 90 se empezó a ensayar con la fibra óptica, se empezaron a conseguir avances notables.