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Gran Telescopio Milimétrico
El ojo de la Sierra Negra
En la cima de un volcán extinto se realiza este ambicioso proyecto científico.
David Aguilar Juárez
Tomado de http://www.obrasweb.com/
En el 2004 será concluida la construcción del Gran Telescopio Milimétrico, considerado
el proyecto científico más importante del hemisferio en materia de astronomía. Su
antena tendrá 50 m de diámetro, que casi duplica la superficie del telescopio IRAM —
de 30 m de diámetro—, situado en el Pico Veleta, en el sur de España. Por su
diseño , el dispositivo será particularmente sensible a radiación electromagnética
con longitud de onda de un milímetro, de ahí su nombre.
La ubicación de un telescopio de este tipo es fundamental para desarrollar plenamente
su potencial. Dado que las microondas son absorbidas por el vapor de agua, desde
el principio se buscó un lugar particularmente seco. Un factor de importancia en este
aspecto es la altura, ya que entre mayor sea, es menor la capa atmosférica entre el
punto de emisión de las ondas —las estrellas—, y por lo tanto hay menos vapor de
agua. Por tal motivo, en la primera lista de más de 30 posibles sitios para el GTM había
exclusivamente montañas de por lo menos 3,000 m, muchas de ellas situadas en
Querétaro, Aguascalientes, San Luis Potosí y Coahuila. Los estudios realizados fueron
descartando las montañas de estas regiones en favor de lugares más altos, como el
Nevado de Toluca, el Cofre de Perote e incluso la Malinche.
A principios de 1996, el único sitio candidato por debajo de los 4,000 m era la sierra de
San Pedro Mártir, en Baja California, que resultó ser uno de los dos “finalistas”. El otro
fue Sierra Negra —un pico anexo al Citlaltépetl (“cerro de las estrellas”) en el estado
de Puebla—, que con 4,580 m de altura fue el sitio más elevado de los estudiados.
Sierra Negra presenta en las mañanas, en particular durante las de invierno, unas
condiciones excepcionales para la astronomía milimétrica, fácilmente comparables a
las del observatorio de Mauna Kea, en Hawaii, frecuentemente citado como el mejor
del mundo en este género. Las cantidades de vapor de agua en la atmósfera medidas
en Sierra Negra llegan a ser equivalentes a una capa de agua de tan sólo un milímetro
de espesor.
Así, el GTM —esfuerzo conjunto
del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y
Electrónica (INAOE) en Tonantzintla, México, y la Universidad de Massachusetts
(UMass), en Amherst—, estará situada en la cuarta montaña más alta del país, a 4,580
m sobre el nivel del mar, sobre un suelo conformado por una mezcla muy dura de roca
y arena.
En entrevista con el doctor Rogeiro Caldera, astrónomo del INAOE y responsable del
pulimento de los paneles que conformarán el gran plato de 50 m de diámetro que
captarán las microondas, explica que la estructura soportará grandes presiones “por la
velocidad del viento, el peso mismo del aparato, así como la densidad de la neblina,
además de que para tener un nivel óptimo de trabajo no debe haber deformaciones en
la superficie del plato superiores a 250 micras”. Por lo anterior, especificó que el diseño
estructural contempla el uso de fibra de carbono por su alta resistencia y bajo peso.
La construcción del GTM es dirigida conjuntamente por el INAOE y la UMass. El equipo
gerencial ejecutivo está conformado por tres miembros de cada institución, quienes
supervisan el estado general del proyecto.
Cabe señalar que las fuentes de financiamiento han requerido que ciertas tareas sean
contratadas a través del INAOE o de la UMass directamente. Sin embargo, la
supervisión técnica de los distintos subcontratos para la construcción e instalación del
telescopio se hace a través de la compañía Antedo, Incorporated.
Diseño de la cimentación
El GTM representa un avance significativo en el diseño de antenas, ya que para cumplir
las especificaciones de superficie y apuntado debe superar el desempeño de los demás
telescopios de su tipo en el mundo.
El plan trazado para alcanzar las especificaciones de operación tiene varias etapas en
las que se mejora progresivamente el desempeño de la antena. “En esta estrategia,
establece un documento del INAOE publicado en su sitio de internet, el proyecto no
depende enteramente de sistemas no probados para alcanzar sus requerimientos.
Tampoco se emplean enfoques convencionales para conseguir un mejor desempeño
con respecto a telescopios actuales. Más bien, el enfoque busca inicialmente alcanzar
los requerimientos del GTM mediante métodos convencionales bajo condiciones
ideales, y posteriormente agregar tecnología avanzada para reducir las distintas
fuentes de error”.
El diseño
del GTM fue hecho por la compañía alemana MAN Technologie, diseñadora
de la radio antena de 100 m de diámetro situada en Effelsberg, Alemania, y tiene un
enfoque conservador en su ingeniería para cumplir con las especificaciones
establecidas. La antena tiene un diseño convencional complementado con sistemas
activos.
Los cimientos de esta obra descansan en 37 pilas de concreto que alcanzan una
profundidad de 20 m. Las pilas proveen un soporte mucho más firme y homogéneo
que el ofrecido por el suelo. Las perforaciones para las pilas y su colado fueron hechos
por las compañías STAG (México) y Bauer (Alemania). Los cimientos consisten en una
estructura base de 40 m de diámetro y 6 m de profundidad, el cual albergará las
instalaciones del telescopio. Los cimientos, directamente conectados con los extremos
superiores de todas las pilas, soportan a su vez una torre cónica de concreto de 15 m
de altura sobre la cual descansará el balero central que dará soporte lateral al
telescopio. Los cimientos fueron diseñados para soportar sismos
con aceleraciones
de 0.3 g, de acuerdo con códigos mexicanos de construcción.
Los cimientos fueron hechos por la constructora Cosmos, una firma con experiencia
considerable en la construcción de grandes estructuras de concreto. Cemex proveyó el
concreto e incluso instaló una planta en el sitio, la cual podría ser una de las que está
en operación a mayor altura en el mundo. La Comisión Federal de Electricidad (CFE)
también tiene participación en el control de calidad mediante su división GEIC.
Alidada y estructura de soporte
La alidada del GTM consiste de una estructura soldada de acero que rodea el cono de
concreto de los cimientos. Un balero gigante en la punta del cono provee el soporte
contra esfuerzos laterales en orden de reducir la contribución de la alidada al error de
apuntado. El rol principal de la alidada es soportar el peso de la antena.
La estructura de soporte de la antena será sujetada por dos enormes ruedas de
elevación. Esto permitirá la construcción de un amplio espacio dentro de la alidada
para situar los instrumentos del telescopio. La constante térmica de la estructura de
soporte es pequeña en comparación con la alidada, por lo que el diseño incluye un
sistema de aislamiento térmico, ventiladores y sensores para mitigar los gradientes de
temperatura y realizar mediciones para modelar el telescopio y corregir la superficie
activamente. Este diseño sigue el exitoso ejemplo del telescopio de 30 m de IRAM.
El balero acimutal de 5 m de diámetro fue construido por la compañía alemana Rothe
Erde y ensamblado junto con la alidada exitosamente en las instalaciones de Adrianns,
en Tlalnepantla, Estado de México. Este último es también constructor de la alidada y
la estructura de soporte. Las piezas fueron transportadas al sitio para ser ensambladas
y soldadas durante el 2002.
Riel y ruedas
Un sistema de ruedas sobre rieles se empleará para rotar la antena en acimut, dando
también soporte vertical al telescopio. La pista del riel forma un círculo de 40 m de
diámetro y será armada con 20 piezas individuales maquinadas de un acero especial
de alta dureza. La pista descansa sobre los cimientos y sobre ella se mueven las
ruedas del telescopio. El riel proveerá el soporte para un movimiento suave del
telescopio conforme a las especificaciones de apuntado. Los distintos segmentos de la
pista deben estar alineados con una precisión de 0.1 milímetros y las juntas fueron
diseñadas para evitar cualquier brinco del telescopio que pudiera afectar el apuntado
El telescopio descansa sobre 16 ruedas
de acero colocadas en cuatro carros
situados a su vez en las cuatro esquinas de la alidada. Cada carro tiene dos pares de
ruedas montadas sobre boogies, teniendo cada rueda su propio motor y rueda de
engranes. La tracción individual permite aplicar técnicas avanzadas de control para
reducir el juego acimutal, el cual puede inducir errores importantes de apuntado a
velocidades reducidas.
Para 2004
se tiene programada la conclusión de esta importante obra para la
comunidad científica mexicana y mundial. El proyecto del Gran Telescopio Milimétrico,
aseguran los directivos del INAOE, está concebido no como un gasto, sino como una
inversión tecnológica para México. Con él seremos testigos del ciclo vital de estrellas,
galaxias y del Universo, desde la cima de Sierra Negra.