Recuento de la fabricación

de elementos ópticos para Astronomía en el CIO

Fecha: 30 de Septiembre de 2021

Carlos Pérez | Casos | Visto 320 veces

Desde las culturas prehispánicas (entre muchas otras cosas, los Mayas llegaron a determinar con muy alta exactitud la duración del año solar) México se ha distinguido por importantes aportaciones a la ciencia Astronómica; esa tradición en Astronomía ha tenido continuidad en los tiempos modernos (ver el articulo “Instrumentación óptica de León, Guanajuato para el mundo” en el NotiCIO Marzo 2020). Por un momento, imaginemos las extraordinarias noches oscuras y los cielos esplendorosos que disfrutaron las culturas mesoamericanas; en náhuatl, mixcoatl (serpiente de nubes) muy probablemente hacía referencia a la vía láctea difícil de apreciar desde nuestras ciudades y poblaciones actuales. Esta fotografía de la Vía Láctea sobre la pirámide de Kukulkán, en Chichén Itzá, México, fue la «Fotografía astronómica del día», de la NASA, el 17 de junio de 2019.

Desde su fundación en 1980, las colaboraciones del CIO en instrumentación para la Astronomía han sido extensas y variadas, desde pequeños telescopios Newtonianos y Cassegrains para los aficionados a la Astronomía, figuras 2 y 3, telescopios profesionales para Museos y Observatorios, hasta óptica muy especializada para espectrómetros de los grandes telescopios del mundo. En particular, el proyecto de los espejos de 60 centímetros, como le nombrábamos coloquialmente, fue uno de los grandes proyectos del CIO en su primera década, figura 4. La línea de trabajo en instrumentación para astronomía se dio de manera natural dado que algunos de los investigadores y técnicos del recién fundado Centro de Investigaciones en Óptica, A. C., Daniel Malacara, José Castro, Carlos Javier Martínez, habían colaborado en un proyecto similar en el Instituto de Astronomía de la UNAM, el telescopio Cassegrain de 84 centímetros para el Observatorio Nacional de San Pedro Mártir, aún en operación hoy día, y algunos años después en la manufactura del espejo primario de 2.1 metros para el telescopio del Observatorio Guillermo Haro, en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), en Santa María de Tonantzintla, Puebla; sin duda alguna, este último, uno de los grandes proyectos en la historia de la instrumentación para astronomía en México.

Los telescopios reflectores Cassegrain se componen esencialmente de dos espejos, un espejo principal cóncavo que determina el tamaño diametral del telescopio y un espejo secundario convexo, mucho más pequeño, que determina su distancia focal, figura 5. En un diseño del tipo Ritchey-Chretien, la mayoría de los grandes telescopios profesionales son de este tipo, ambos espejos tienen su superficie frontal de forma hiperbólica con simetría de rotación respecto al eje óptico, con el fin de lograr un diseño aplanático (imagen libre de aberraciones de tercer orden, esférica y coma). Figura 6.



Figura 1. La Vía Láctea sobre la pirámide de Kukulkán, en Chichén Itzá, México. La imagen es de Robert Fedez



Para el pulido de los espejos se utilizaron las máquinas convencionales G&P (Grinding and Polishing) con herramientas de pitch (brea para pulir). El primer objetivo fue obtener una buena superficie esférica con un radio de curvatura de la esfera de mejor ajuste; para ello se fabricó una herramienta de pulido del tamaño diametral del espejo. Posteriormente se figuró la superficie hiperbólica con herramientas de brea pequeñas (subdiámetrales), utilizando la prueba de Ronchi con un compensador refractivo Offner para retroalimentar el proceso de figurado; y finalmente la prueba de Hartmann para cuantificar la exactitud de la superficie hiperbólica y llevarla a la especificación final. Figuras 6 y 7



Figrua 2. Telescopio Cassegrainf / 10 de 200mm de abertura óptica, diseñadopara los aficionados serios a la Astronomía

Figura 3. Telescopio Newton f/10 de 200mm de abertur aóptica; el diseño es ópticamente similar al telescopio Cassegrain de la figura2, pero dimensionalmente el telescopio Newtoniano es mucho más largo



Figura4. Espejo primario de 24 pulgadas de diámetro para un telescopio Cassegrain sobre una máquina pulidora de ltipo G&P



Figura5. Diagrama de la configuración óptica de un telescopio Cassegrain. Tomada del sitio: www.cienceatyourdoorstep.com

Figura6. Vista aérea del espejo primario de 24 pulgadas de diámetro durante el proceso de pulido



Figura7. Espejo primario de 60 centímetros en posición vertical durante una de las pruebas de Hartmann. Se aprecia la pantalla circular de Hartmann, aún no colocada sobre el espejo

Figura8. Características ópticas de los telescopios Cassegrain del proyecto de espejos de 60 centímetros. Diseño del Dr. Daniel Malacara