Construye tu propio telescopio Teach article

Traducido por Ramón Vargas Salas. Los astrónomos utilizan radio telescopios gigantes para observar agujeros negros y galaxias distantes. ¿Por qué no construir a una escala menor tu propio radio telescopio y observar objetos más cercanos?

Detectando ondas de radio –
una de las antenas gigantes
de ALMA, el proyecto
astronómico basado en
tierra mas grande en
existencia

Imagen cortesía de Iztok
Bončina / ALMA (ESO /
NAOJ / NRAO)

Cuando los astrónomos estudian el cielo no sólo observan la luz de las estrellas. Estrellas, planetas y nebulosas brillan a lo largo de todo el espectro electromagnético, y la luz que los ojos humanos pueden ver sólo es una parte muy estrecha del mismo.

Los radio telescopios observan el cielo buscando radiación a longitudes de ondas que son miles de millones de veces mas largas que la luz visible. Las enormes antenas que los científicos han construido para observar estas longitudes de ondas se han vuelto iconos de la tecnología moderna. El Observatorio de Arecibo, tan grande que se construyó en un valle de Puerto Rico con forma de vasija, es reconocible instantáneamente en la película de James Bond GoldenEye, mientras que Jodrell Bank ha dominado el horizonte de Manchester, en el Reino Unido, por medio siglo.

La resolución de las imágenes del telescopio dependen tanto de la longitud de onda a la cual opera como del diámetro de su plato. Mientras más larga la longitud de onda, peor la resolución; y mientras mas grande el diámetro del plato mejor la resolución. Las ondas de radio tienen una longitud de onda mucho mayor que la luz visible, lo cual es una de las razones por las que los radio telescopios profesionales son enormes. Su colosal tamaño también los ayuda para capturar la tenue radiación de objetos atenuados y distantes. No obstante, la tecnología básica detrás de los radiotelescopios es bastante simple y con algo de equipo barato y herramientas sencillas, es muy fácil construir uno muy básico pero funcional.

He llamado al diseño de mi radio telescopio RYSIA (el nombre de una chica), o RadiowyY Śliczny Instrument Astronomiczny, polaco para ‘hermoso dispositivo para radio astronomía’. Con RYSIA se pueden hacer observaciones simples de objetos que radian de forma brillante en el espectro de radio. Estos incluyen al Sol, nuestro propio planeta y los satélites de comunicaciones hechos por el hombre, tales como el Hot Bird, Astra y Sirius.

Figura 1: Removiendo la
montura (A) en la parte
trasera del plato satelital

Imagen cortesía de Boguslaw
Malański

Materiales

Basureros locales, tiendas que vendan equipo de TV de segunda mano y sitios de subasta en línea, tales como eBay son buenos lugares para comprar las partes que se necesitan.

  • Un plato de receptor de satélite

    Cuando se ve televisión el plato del satélite enfoca las transmisiones del satélite hacia el receptor. En tu radio telescopio el plato servirá para una función similar: reflejará las relativamente tenues ondas de radio hacia el receptor. Recomiendo un plato con un diámetro de por lo menos un metro. El plato puede ser del tipo de compensación o parabólico. Un plato nueva cuesta aproximadamente 100 zł (€24). Un plato usado no debería de costar mas de 12-20 zł (€3-5). También puedes buscar uno en un chatarral de metal, que es donde encontré el mío.

    Si el plato satelital tiene una montura, quítalo (figura 1) ya que sólo agrega peso y lo hace difícil de mover. El empleado en la tienda el el chatarral probablemente lo quite con gusto en tu lugar. Deja sin embargo el brazo fijado al disco.
     

  • Un bloque reductor convertidor de bajo ruido o LNB

    Los LNB son partes esenciales de los receptores de televisión por satélite y se colocan en el punto en donde el plato enfoca los rayos que entran. Cuando vemos TV, los LNB reciben y amplifican la señal, eliminan frecuencias no deseadas y luego convierten la señal a una frecuencia mas baja. En tu radio telescopio, el LNB será el receptor que detecte las ondas de radio reflejadas por el plato. Cualquier marca o modelo funcionará bien, incluso las mas baratas. El precio de un reductor convertidor nuevo es de aproximadamente 40 zł (€10), pero puede adquirirse uno de segunda mano por una fracción de ese costo.
     

  • Medidor de Señal Satelital (figura 2)
    Figura 2: Un medidor de
    señal satelital

    Imagen cortesía de Szymon
    Malański

    Este dispositivo nos dice si el LNB está recibiendo una señal y que tan fuerte es. Asegúrate de conseguir uno que emita un sonido cuando la antena reciba una señal fuerte; esto hace mas fácil demostrar el dispositivo a una audiencia grande de estudiantes ya que cada uno será capaz de oír la señal. Adicionalmente, el medidor necesita estar equipado con un dial o pantalla que te permita medir la intensidad de la señal, de manera que puedas hacer mediciones mas precisas y comparar distintas observaciones. Aparte de estas consideraciones, consigue el más sencillo y barato que puedas encontrar, el costo de esta parte es de aproximadamente 20 zł (€5).
     

  • 3 m de cable coaxial – 5 – 10 zł (€1-2)
     
  • 3 conectores BNC (Bayoneta Neill-Concelman) para el cable coaxial 60-120 gr (15-30 ¢). Si es posible, escoge conectos de «rosca», puesto que no necesitan soldadura.
     
  • Una fuente de poder que suministre de 12 V a 18 V de corriente directa
    Figura 3: Una fuente de poder
    para tu radiotelescopio

    Imagen cortesía de Szymon
    Malański

    Usé una batería de plomo ácida de coche (figura 3). Puedes usar también baterías AA estándar conectadas en serie.

Construyendo tu radio telescopio

Una vez que tengas los materiales, es principalmente cosas de ajustarlos o enchufarlos entre sí.

  1. Monta el bloque reductor convertidor de bajo ruido al brazo de la antena, usando los fijadores suministrados (figura 4).
  1. Corta el cable coaxial por la mitad. Ajusta un conector BNC a cada extremo del cable (figura 5).
  2. Toma el cable coaxial con los dos conectores y enchufa un extremo en el LNB y el otro extremo en el socket etiquetado ‘LNB’ o ‘satélite’ en el medidor de señal satelital (figura 6).
Figura 5: Ajustando los
conectores BNC al cable

Imagen cortesía de
Szymon Malański
Figura 6: Acoplando el LNB
al medidor de señal satelital

Imagen cortesía de
Szymon Malański
Figura 4: Fijando el LNB al
brazo de la antena

Imagen cortesía de
Szymon Malański
  1. Toma el cable coaxial con un solo conector y quita la cubierta en el otro extremo del cable para descubrir el núcleo metálico y el escudo de cobre tejido (figura 7).
  2. Inserta el conector del cable coaxial en el segundo socket del medidor de señal del satélite (etiquetado ‘power’ o ‘receiver’ (figura 8).
  3. El otro extremo del cable ahora necesita conectarse a la fuente de poder. Conecta el escudo entrelazado de cobre a la terminal negativa de la batería y el núcleo a la terminal positiva (figura 9).
Figura 7: Se puede ver el
escudo de cobre tejido
doblado hacia afuera a lo
largo del cable. El núcleo de
metal lo protege del cable

Imagen cortesía de
Szymon Malański
Figura 9: Conectando la
fuente de poder

Imagen cortesía de
Szymon Malański
Figura 8: Energizando el
medidor de satélite y
recibiendo la señal del LNB

Imagen cortesía de
Szymon Malański

Al momento has construido un radio telescopio móvil que es lo suficientemente ligero y manejable como para transportarlo y apuntarlo manualmente a distintos objetos.

Conectando el radio
telescopio. A: el LNB, sobre el
cual se enfocan las ondas de
radio; B: el medidor de señal
satelital; C: la fuente de
poder

Imagen cortesía de Szymon
Malański

Si deseas construir una montura necesitarás fijarlo a un objeto (tal como un tripié sólido) que te permita ajustar tanto el azimuth (la dirección horizontal hacia la cual apunta el radio telescopio) y la altitud (que tan inclinado respecto de la vertical está el radio telescopio).

Actividades usando el redio telescopio

Ahora tienes un radio telescopio que funciona con algunos de los mismos principios de los radio telescopios que se utilizan para investigar los primeros días del Universo, capturando la radiación de galaxias muy distantes (veáse Mignone & Pierce-Price, 2010). Aunque tu radio telescopio no puede detectar estrellas distantes, puedes usarlo para demostrarle a tus estudiantes que el Sol y otros objetos no sólo radían luz visible, sino también ondas de radio.Aún más, puedes encontrar la posición del Sol en un día nublado, demostrar que la superficie de la Tierra emite ondas de radio y localizar satélites.

Si usas una antena parabólica para construir tu radio telescopio, necesitas apuntar su eje directamente al objeto que vas a observar. Si por el contrario utilizas una antena de desfase, debes de tomar en cuenta el ángulo por el cual está desfasada. La mayoría de los fabricantes no brindan este parámetro pero puede calcularse con facilidad ( esta puede ser una tarea adicional para el estudiante). En la práctica, el brazo del plato del satélite sobre el cual esta montado el LNB indica la dirección desde la cual se recibe la señal (figura 10).

Figura 10. a) Una vista frontal de los dos tipos de plato del satélite: platos parabólico (1) y descentrado (2), mostrando la posición del LNB (3) b) Sección transversal de una plato de satélite descentrado (izquierda) y un plato satelital parabólico (derecha), mostrando el ángulo de elevación (4)
Imagen cortesía de Szymon Malański

Observando al Sol

Usando RYSIA en un día
nublado para localizar al Sol

Imagen cortesía de Szymon
Malański

El Sol emite radiación a lo largo de una gran parte del espectro eletromagnético. En un día claro intenta apuntar tu radio telescopio al Sol y a una parte de un cielo despejado. Compara las lecturas. Repite el experimento en un día nublado; se puede determinar con dacilidad la posición del Sol a pesar de las nubes. Pregúntale a los estudiantes por qué piensan que la luz visible está bloqueda por las nubes pero las ondas de radio pueden atravesarlas.

También puedes preguntarles a los estudiantes como pueden distinguir la radiación del Sol de la de una señal de satélite, particularmente si se encuentra próximas en el cielo. La respuesta: la señal del satélite está polarizada (horizontal o verticalmente) mientras que la radiación del Sol no lo está. Así, si rotas el plato radio telescopio y la intensidad de la señal no cambia, la señal proviene del Sol.

Observando la Tierra

Los objetos a nuestro alrededor, incluyendo los edificios, plantas, persona e incluos la tierra bajo nuestros pies, emiten radio ondas reflejadas desde el Sol o la Tierra. Intenta comparar las lecturas de distintos objetos. Gracias a la señal auditiva del medidor de señal satelital, deberías de poder detectar con facilidad la ubicación de edificios y árboles a tu alrededor, incluso estando vendado de los ojos. Para asegurate que la señal no proviene del mismo Sol, asegúrate de llevar a cabo esto experimentos apuntando el plato alejado del Sol.

Detectando calor

La mayoría de los fenómenos astronómicos producen radiación electromagnética porque están calientes. A mayor temperatura más corta la longitud de onda que producen. Alrededor de los 5,500 ºC el Sol produce mucha luz visible así como ondas infrarrojas y de radio. Los objetos más fríos se detectan usando telescopios en infrarrojo o radio telescopios. Puedes demostrar esto apuntando tu radiotelescopio a un sartén mientras se calienta. Sólo comenzará a emitir luz visible alrededor de los 700 ºC pero tu radio telescopio captará las señales de radio mucho antes que eso.

Satélites

Hemos construído este sencillo radio telescopio usando tecnología de televisión satelital, la cual también nos permite detectar satélites. Los radio telescopios profesionales a veces también hacen esto. El Telescopio Parkes de Australia fue usado para comunicarse con el Apolo 11 durante su misión a la Lunaw1.

Los satélites de comunicación más conocidos (por ejemplo el Pájaro caliente, Astra y Sirio) están en órbitas geosincrónicas, lo cual significa que no se mueven en el cielo y orbitan sobre el ecuador. Esto los hace fáciles de localizar. La base de datos Wolfram Alphaw2 brinda la ubicación de muchos satélites.

Recuerda que durante los equinoccios de primavera y de otoño, el Sol brilla sobre el ecuador y puede interferir con la recepción satelital cuando el Sol y el satélite se encuentren en la misma región del cielo. Wolfram Alpha tiene un mapa de la ubicación del Sol relativa a el atélite, de forma que esto es fácil de evitar.

Figura 11: Durante el verano, el Sol está sobre la línea que representa a los satélites geoestacionarios. Durante el invierno está por debajo de esta línea
Imagen cortesía de Szymon Malański

Retroalimentación

Si tienes sugerencias para mejorar el radio telescopio o para más actividades, por favor deja un comentario al final de el artículo en líneaw3.

Agradecimientos

Nuestro radio telescopio estuvo inspirado por un modelo funcional construido por Peter Kalberla, un astrónomo de la Universidad de Bonn, Alemania, y que mostró en su curso del 2011 Universo práctico: Conectando aulas escolares con la vía láctea«w4 en la cercana Bad Münstereifel.

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References

Web References

Resources

Author(s)

Boguslaw Malański es un maestro de astronomía y física. Obtuvo un grado en física y su doctorado de la universidad de Łódź, Polonia, tras lo cual pasó nueve años como conferencista de física en la universidad del Noroeste en Sudáfrica. Estvo involucrado con la ejecución de experimentos para las escuelas locales junto con el pastor Bernd-Peter Jensen. Boguslaw trabaja actualmente en el planetario local y el observatorio astronómico en Łódź, donde enseña astronomía y física. También dirige un pequeño salón de experimentos sin fines de lucro para las escuelas localesw5.

Szymon Malański, el hijo de Boguslaw’, es un estudiante de 5º grado que estudia telecomunicaciones y ciencias computacionales en la Universidad Técnica de Łódź, Polonia. Disfruta experimentando y tiene afición por la fotografía analoga.


Review

Si quieres que tus estudiantes descubran que el Sol o un sartén emiten mucho mas que luz visible, que la luz visible es bloqueada por las nubes pero que las ondas de radio no, o que el espectro electromagnético consiste de una variedad de radiaciones muy interesantes; si deseas que tus estudiantes sean capaces de encontrar la posición del Sol en un día niblado o localizar satélites geoestacionarios; si buscas que puedan distinguir la radiación polarizada de la no polarizada; si quieres que usen un radio telescopio en tus clases, construido por ellos y capaz de ayudarte a enseñar todos estos temas y muchos más, entonces definitivamente te interesarás en las ideas presentadas en este artículo.

Usando materiales baratos e instrucciones fáciles de seguir, podrás contruir un sencillo pero funcional radio telescopio a escala. Las actividades sugeridas en este artículo son interesantes y se aplican a una rango amplio te temas científicos (órbitas, luz, radiación y sus efectos sobre el cuerpo, y el espectro electromagnético), los cuales pueden ser cubiertos en las clases de física, astronomía y biología.


Vangelis Koltsakis, Grecia




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