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Elementos No. 47, Vol. 9, Septiembre - Noviembre, 2002, Página 56
TELESCOPIO LUIS RIVERA TERRAZAS DE LA FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO-MATEMÁTICAS-BUAP

Oscar Martínez Bravo
Alberto Cordero Dávila
Carlos Robledo Sánchez                 Descargar versión PDF


Una de los motivos principales de la fundación de la actual Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas (FCFM) fue la necesidad de difundir a las ciencias exactas, y en particular, hacerlo en el entorno poblano. Uno de sus principales promotores fue el ingeniero Luis Rivera Terrazas. Siguiendo en esta línea, hace algunos años, un pequeño grupo de integrantes de la FCFM de la BUAP, se reunió con la intención de diseñar y construir un instrumento lo suficientemente grande como para que se pudiera realizar trabajos de investigación; servir de laboratorio "viviente" a los alumnos de la FCFM para la realización de prácticas relacionadas con su formación, y atender a un buen número de visitantes interesados en la astronomía. Todo lo anterior estaba limitado por los recursos disponibles, además de que conseguir un "tejo" de vidrio para construir el espejo primario no es tarea fácil.
El material del que se construiría el espejo primario se obtuvo gracias al proyecto de alineación de telescopios astronómicos financiado por CONACyT en 1997, ya que permitió la compra al Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), de un bloque de cervit, (cerámica especial con un bajísimo coeficiente de expansión térmica), que provenía del hueco central del bloque con el que se construyó el espejo primario del Telescopio Guillermo Haro de 2.12 m de diámetro, localizado en Cananea, Son.
Siguiendo la tradición de los grandes telescopios profesionales actuales, se decidió que el diseño óptico sería el de Ritchey-Chretien, ya que de esta manera se tendría un sistema compacto, mecánicamente más simple de construir que los ya clásicos telescopios newtonianos, cuya gran longitud requeriría de estructuras más sólidas y además de una cúpula mayor.
Se comenzó con el pulido del vidrio, tarea realizada en el taller de óptica del INAOE bajo la supervisión del doctor Sergio Vázquez. Las pruebas para determinar la calidad de la superficie óptica se hicieron en el taller de óptica de la FCFM, llevándolas a cabo el doctor Alberto Cordero. Se concluyó que las irregularidades eran del orden de 0.1 mm, lo que equivale a una diferencia entre la superficie ideal y la real menor a 1/8 de la longitud de onda de la luz de prueba.
Las características principales de este instrumento son: distancia focal efectiva = 600 cm; radio de curvatura del espejo primario = 150 cm; radio de curvatura del espejo secundario = 33 cm; separación entre los espejos = 60.5 cm; semi-ángulo de campo = 0.2 grados.
Aunque el diseño original para la montura mecánica fue alt-azimutal, debido a problemas con la electrónica del sistema de control se decidió usar una montura ecuatorial, para lo cual se construyó una rueda polar de 1.5 m de diámetro, que garantizaba la integridad estructural de la horquilla.
Finalmente, se construyó una estructura que albergaría al telescopio, la cual se diseñó como un cilindro coronado por un hemisferio provisto de una ventana con unas puertas corredizas.
La noche del 5 de marzo de 2001 se obtuvieron las primeras imágenes de este instrumento por medio de una cámara CCD colocada en el foco primario. Al principio no se contaba con un espejo secundario que cumpliera los requerimientos del diseño, además de que el espejo primario carecía del recubrimiento de aluminio, proceso que se realizó en las instalaciones del Observatorio Astronómico Nacional en Ensenada, B.C. a mediados de julio.
Como alternativa a la astronomía "nocturna", nos propusimos realizar el monitoreo de la actividad solar, midiendo el número de manchas solares y calculando el índice de Zurich, para poder participar en la red mundial de observaciones solares, coordinada por el Centro de Datos del Índice Solar (SIDC, por sus siglas en inglés), en Bruselas.
Actualmente se pretende dotar al telescopio de instrumentación periférica; se ha adquirido ya una cámara CCD y un espectrógrafo óptico, lo que nos permitirá observaciones espectroscó../../picas que se complementarán con las fotométricas obtenidas empleando una rueda de filtros del sistema Johnson.
omartinez@fcfm.buap.mx

P IEDRAS, VIDRIOS Y CRISTALES

Cristobál Tabaréz-Muñóz


La búsqueda de respuestas a las preguntas sobre el orden que rige el comportamiento de los cuerpos celestes condujo a la elaboración de teorías astronómicas mucho antes de que la humanidad se interesara por lo sumamente pequeño, es decir por el microcosmos. Seguramente la belleza de los cristales atrajo la atención de la humanidad mucho antes de que se desarrollaran las grandes culturas; sin embargo esta atracción no fue tan grande como la que ejercieron sobre ella los astros y los planetas, y es precisamente esto lo que explica la gran diferencia en el desarrollo histórico entre las ciencias de lo macro y de lo micro. Los hombres de la Edad de Piedra lograron desarrollar un especial toque o juego de muñeca que les permitió golpear convenientemente vidrios volcánicos con alguna piedra o golpear piedras, unas contra otras, para elaborar instrumentos. Después del oxígeno, el silicio (Si) es el elemento químico más abundante en la naturaleza y durante miles de años ha sido utilizado por la humanidad formando la base de los silicatos que se utilizan en la fabricación de ladrillos, porcelana, vidrio, hormigón, cemento, etcétera. El hombre utilizó el sílex o pedernal para elaborar algunas de sus primeras herramientas, y seguramente que algunos de los primeros artículos ornamentales fueron cristales de cuarzo (SiO2). El pedernal sirvió en la Antigüedad para obtener fuego; en latín, el pedernal se denomina sílex, de donde procede el nombre químico silicio. La obsidiana fue una de las materias primas de consumo esencial; es un vidrio natural que se forma cuando la lava rica en SiO2 se enfría rápidamente, tiene fractura de tipo conchoidal, característica de los sólidos no cristalinos; en los flujos solidificados de lava en ocasiones hay bloques de más de 50 kg. En nuestro país, la obsidiana fue el atributo o símbolo del dios Tezcatlipoca (espejo humeante), señor del cielo nocturno. Los principales yacimientos de obsidiana gris, blanca y roja se encuentran en Otumba -estado de México- y en los alrededores de Teotihuacan; yacimientos importantes de obsidiana negra se encuentran en Zacualtipan (Hidalgo) y en las cercanías del volcán Citlaltépetl (Puebla-Veracruz); obsidiana verde y dorada se encuentra en Zinapécuaro (Michoacán) y en la Sierra de las Navajas (Hidalgo), este último yacimiento abasteció a las culturas teotihuacana, tolteca y azteca. Teotihuacan mantenía el control de una mina cercana a la actual ciudad de Pachuca, de donde se extraía obsidiana verde de alta calidad que se exportaba a toda Mesoamérica. En el área maya, explotaban las minas de El Chayal. Los pueblos prehispánicos de la meseta central de México, además de la obsidiana, emplearon cristal de roca (cuarzo), hematita, mica, amatista, calcedonia, malaquita, cuarzo rosa, jade, basalto, serpentina, diorita, alabastro, cal, etcétera. Hace unos 50 siglos, en la Mesopotamia, los sumerios fundaron Uruk (probablemente la primera ciudad del mundo) al sur del actual Irán. En las ruinas de Ur, que hoy conocemos como Nínive o Babilonia (La Puerta de Dios), fue encontrado vidrio incoloro que pudo haber sido utilizado en la fabricación de lentes; esta suposición se basa en el hecho de que en las ruinas de otra ciudad no muy lejana, de nombre Nimrod, fue encontrada una pieza de cuarzo de 8 cm de diámetro, de aproximadamente 1 cm de espesor y con una curvatura que le da una distancia focal de 25 cm. Esta pieza se encuentra hoy en el Museo Británico. Para la obtención del vidrio, primero hay que fundir arena rica en sílica (SiO2), y a continuación, la masa fundida que puede ser coloreada mediante la adición de óxidos metálicos, debe ser enfriada rápidamente para evitar la formación de cristales. El punto de fusión del SiO2 puro es de 1,710 oC, temperatura que puede ser disminuida hasta ~ 850 oC, añadiendo Na2CO3 que es la fuente del óxido de sodio (Na2O), responsable de la mencionada reducción de temperatura. El vidrio así obtenido es soluble en agua, inconveniente que se resuelve añadiendo CaCO3 que proporciona el CaO responsable de la insolubilidad del vidrio en agua. Para este propósito también suele añadirse MgO. La composición porcentual del vidrio común es aproximadamente: 75% SiO2 + 15% Na2CO3 + 10% CaCO3. Para evitar que los cambios de temperatura fracturen al vidrio debido a las diferencias del coeficiente de expansión, normalmente se sustituye una parte del Na2O por B2O3 y una parte del CaO se sustituye por Al2O3 . De esto deducimos que desde hace ya 50 siglos los habitantes de la Mesopotamia desarrollaron hornos en los que era posible alcanzar temperaturas de por lo menos 850 oC, y que añadiendo carbonato de sodio podían lograr que se fundiera la arena rica en SiO2 o el cristal de roca que es una fuente muy pura de SiO2. Lo anterior contradice la suposición de que el vidrio es originario de Alejandría y que este desarrollo fue logrado durante el reinado de Ptolomeo (330 a 305 a.C.). Alrededor del año 2800 a.C., las civilizaciones elamita y sumeria produjeron sellos tallados en cilindros de cuarzo o cristal de roca, que relataban momentos importantes de la vida del rey Gilgamesh. Dieciocho siglos más tarde, hacia el año 1000 a.C., este arte ya se había extendido hasta Egipto donde utilizaron cuarzo incoloro o coloreado como la amatista, además de otros materiales como la corneliana y el jaspe, manteniendo inicialmente la forma cilíndrica, que más tarde cambiaron produciendo sellos de diversas formas, en los que principalmente grababan símbolos, en lugar de escenas. El corte y pulido de piedras preciosas era un arte bien conocido por los egipcios, expertos además en producir joyas de imitación. Sabemos acerca de esto no sólo por la gran cantidad de joyas auténticas y falsas encontradas en las tumbas, sino también por pinturas murales y bajorrelieves donde representaban a un artesano con un tubo metálico largo o pipa para trabajar (soplar) el vidrio. El color de los cristales sugirió al hombre desde la más remota antigüedad, la posibilidad de utilizarlos como colorantes para realizar pinturas que probablemente formaban parte de rituales mágicos para asegurar el éxito en las cacerías. Uno de los pigmentos rojos más antiguos se obtuvo a partir de la hematita Fe2O3 -que en griego significa sangre; la hematita pulverizada es de color rojo brillante. La limonita es otro óxido de hierro que contiene agua: FeO (OH)n · H2O; pulverizada tiene un color amarillo ocre o amarillo brillante. La turquesa CuAl6(PO4)4 (OH)8 · 2H2O -que muy probablemente significa piedra turca- fue una de las piedras preciosas más apreciadas por los egipcios, es de color azul pálido o azul verdoso; las turquesas provenientes de Persia, hoy Irán, son consideradas como las más finas. Las pinturas minerales se utilizaban también en la cosmética. Al parecer, es en las antiguas civilizaciones orientales donde surge el uso de ciertas piedras, transparentes unas y opacas otras como el jade, en calidad de símbolo de riqueza y poder; costumbre que el Imperio Romano trasladó a Europa, donde más tarde todas las monarquías competían formando colecciones de piedras preciosas. La historia de la obtención de cristales es muy anterior al apogeo de las civilizaciones más antiguas. Sabemos que muchos pueblos realizaban la cristalización de la sal común (NaCl = halita o sal gema), ya que ésta formaba parte de las ofrendas a los dioses y a los muertos. Una especie de galletas de sal fueron utilizadas como monedas en el Tíbet, en Etiopía y en algunas partes del África Central, donde la sal fue, durante mucho tiempo, un lujo. La sal fue particularmente importante en Egipto, ya que además era utilizada en el proceso de momificación, privilegio al que solamente tenían acceso los poderosos. En el ejército romano se daba una ración de sal a los oficiales en los tiempos imperiales, dicha ración era denominada salarium y es por supuesto el origen del término salario. Todavía hoy, en pueblos del Oriente Medio se ofrece a los visitantes el pan y la sal en señal de bienvenida, lo cual obedece a las cualidades conservadoras de la sal, que según estos pueblos contribuyen a conservar la amistad; actualmente sabemos que la sal preserva a la materia orgánica de la descomposición debido a que elimina a los microorganismos por deshidratación. Un curtido rudimentario de pieles fue realizado utilizando solamente sal; posteriormente fue posible obtener pieles bastante menos rígidas curtiéndolas con mezclas de NaCl con algunos vitriolos -sulfatos sencillos- o con alumbres -sulfatos dobles. La palabra cristal se deriva de ?????????? (coagulado de hielo); los antiguos griegos designaban con esta palabra a los cristales de SiO2 (cuarzo o cristal de roca), pues creían que era agua congelada por un frío muy intenso; tan intenso, que su dureza es superior a la del hielo común y aun cuando los cristales se encuentren a temperaturas elevadas, no se transforman nuevamente en agua. El naturalista de la antigua Roma, Plinio el Romano, también conocido como Plinio el Viejo (23-79 d.C.) menciona en su Naturalis Historia, que el cristal se encuentra en los lugares donde la nieve se acumula en gran cantidad y es ciertamente de hielo; al hablar del cristal sexangulum, seguramente se refiere al cuarzo prismático de sección transversal hexagonal, ya que ésta es la forma más común en que se encuentra este mineral que muchas veces tiene una gran transparencia, lo que originó la idea de que las características más importantes del cristal (cuarzo), son la transparencia y la forma geométrica. Varios procedimientos de cristalización fueron registrados en forma escrita antes de nuestra era. En el siglo XVIII empezó a extenderse el uso de la palabra cristal en el sentido actual, y la palabra cristalización reemplazó a las palabras coagulación y condensación. Podríamos decir que las técnicas modernas de crecimiento de cristales, la cristalografía, y en general las ciencias del estado sólido, tienen sus orígenes en la obra de Birringuccio, De Pirotechnia (1540), y en otra obra del médico alemán Georg Bauer titulada De Re Metalica (1556). Los alquimistas medievales, tanto árabes como europeos, lograron un conocimiento detallado de muchos procesos de cristalización. A lo largo del Medioevo se escribieron diversos tratados en los que se mencionaban las propiedades mágicas y curativas de numerosos minerales, incluidas las gemas. A finales de la Edad Media, el progreso técnico general condujo al correspondiente progreso en las técnicas de producción y transformación de materiales. Birringuccio registró con detalle la purificación del K2NO3 (salitre o nitrato de Chile o saltpetre). Georg Bauer describió en su obra, procedimientos para la cristalización de varias sales como alumbres y vitriolos. En una obra española del siglo XVII, Arte de los metales, el autor Álvaro Alonso Barba trata ampliamente sobre las piedras preciosas y dice entre otras cosas, que cada especie tiene sus formas sustanciales y que a cada forma la acompañan virtudes particulares mucho mayores que las que se encuentran en animales y plantas, debido al mayor tiempo que la naturaleza tarda en generarlas, lo que les confiere un temperamento bien mezclado y uniforme. Más adelante menciona que el agua es la causa principal de la transparencia de las piedras preciosas como el diamante; así como la tierra lo es de la opacidad de piedras como el ónix; y el hecho de que, entre las transparentes, unas lo sean más que otras, tiene su explicación en la variedad de humores a partir de los cuales se cuajaron, ya que hay unos que son más puros y más claros que otros. Finalmente da una relación de las virtudes de las cosas minerales que obran por propiedad oculta de su esencia, o por su forma específica; otras surten efecto mediante las cualidades elementales que tienen, contrarias a los temperamentos de las enfermedades. Así, la esmeralda cura la peste, el jade verdadero corrobora y fortalece el estómago cuando se trae pendiendo del cuello; la piedra águila ligada al brazo izquierdo impide los abortos, pero si se ata al muslo izquierdo causa el efecto contrario. Fray Bernardino de Sahagún también habla de las piedras preciosas, de las cuales dice que tienen virtud contra las enfermedades, lo que le consta por su propia experiencia de muchos días y recomienda unas esmeraldas negras que en cantidad de dos o tres tomadas como píldoras, son muy provechosas para el reuma, dan gran sonoridad a la voz y mitigan cualquier calor interior. Actualmente, las industrias procesadoras de alimentos utilizan la sal como conservador y como condimento. En la industria química se utiliza en la obtención de Na, Cl2, Na2CO3, NaOH, HCL, esmaltes para porcelanas, como fundente en los procesos metalúrgicos, como material de limpieza en los equipos para ablandar el agua, etcétera. La importancia económica de la sal se evidencia en el hecho de que algunos gobiernos, en especial los orientales, tasan fuertemente la producción de sal, y otros como el de la India y el de China, mantienen el monopolio gubernamental de su producción. En 1970 la producción mundial de sal fue superior a los 156 millones de toneladas, de las cuales Estados Unidos produjo cerca de 29%. La segunda y tercera posiciones en la producción mundial de NaCl las ocupan China y Ucrania. Como Japón casi no tiene NaCl cuenta, desde unos años, con la concesión para la explotación de una de las mayores minas de este material en el mundo, ubicada en el norte de México. Desde el principio de la época colonial en América, la atención de los españoles se concentró en la minería de metales preciosos. En México, valiéndose de la información consignada en los libros de tributos de Moctezuma Xocoyotzin, Cortés se apresuró a iniciar su explotación. En 1532 fue localizada la primera gran mina y después los descubrimientos se sucedieron con gran rapidez: en 1543, las minas de Compostela en la Nueva Galicia; en 1546, la del Cerro de La Bufa en Zacatecas; en 1548, las de Sultepec y Temascaltepec; ese mismo año fueron descubiertos en Guanajuato los yacimientos de La Luz, Mellado y de la Veta Madre a la que se debió la fabulosa riqueza de la célebre mina La Valenciana; en 1551 fueron descubiertas las minas de Sombrerete en Durango y en 1553 las de Fresnillo en Zacatecas. Durante el desarrollo de esta gran explosión minera, los españoles, que poco sabían de minería profunda, encontraron una muy valiosa fuente de información en las obras de Birringuccio y de Bauer



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