Planetario portátil: cuando el cielo baja a la Tierra

Anthony Baillard / 14-01-2011

Traducción: Annia Domènech

¿Se acuerdan de los viejos planetarios portátiles Stellarscope? ¿De esos pequeños tubos de plástico que contenían una representación del cielo? Se trata de herramientas para conocer qué estrellas y constelaciones son visibles en un lugar y fecha determinados. Como saben los lectores de caosyciencia, el cielo que observamos cambia según el día del año y nuestra posición en la Tierra (ver Crónicas del Universo: Eclipse de Tierra (I)). En consecuencia, estos planetarios contienen dos mapas intercambiables (uno del hemisferio sur y un otro del hemisferio norte), mascaras para representar el horizonte según la latitud (una cada 10° como máximo) y un sistema de anillos rotativos para escoger aproximadamente la fecha. Con ellos es sencillo equivocarse y la representación final, que se obtiene observando a través del tubo, es una proyección de la bóveda celeste sobre un plano. Pese a que el principio del objeto es interesante, utilizarlo correctamente es todo un desafío. Además presenta un interés limitado: los mapas son poco precisos, la información de los objetos astronómicos se reduce a los nombres de un millar de estrellas y de setenta constelaciones, la fecha se fija de un modo aproximado y el objeto es aparatoso.

Un planetario exige un solo tipo de información: la ubicación de los objetos en el Universo en un momento dado. Es nuestra posición en la Tierra y la dirección en la cual miramos las que determinan qué objetos vemos. Es obvio que si miro al suelo no veré ninguna estrella. Di facto, la fecha permite el cálculo de las coordenadas de los planetas del Sistema Solar, las estrellas y los objetos más lejanos del Universo visible. La situación precisa de la Tierra es necesaria para conocer asimismo la del Sol. Todos estos datos son calculados por la mecánica celeste y se encuentran en las efemérides.

Hoy en día, los teléfonos portátiles de tercera generación proponen infinidad de posibilidades y chismes tecnológicos: pantalla táctil, cámara, sistema de geolocalización, detector de movimiento, acceso a Internet… Vamos a ver cómo estos chismes convierten a los antaño simples teléfonos en excelentes planetarios portátiles. Para empezar, los teléfonos dan una indicación precisa de nuestra posición sobre la superficie terrestre gracias a su receptor GPS (Global Positioning System). El GPS es un sistema desarrollado por el ejército americano que utiliza una treintena de satélites artificiales. El receptor calcula su posición en comunicación con tres satélites como mínimo. Es un cálculo complejo que se llama trilateración y que utiliza la distancia entre el receptor y cada satélite para crear esferas que se cruzan en dos puntos, uno en el espacio y el otro a nivel de la superficie terrestre.

Veamos un ejemplo con datos aproximados: supongamos que el receptor GPS del teléfono recibe una señal de tres satélites. El primero se encuentra encima del Océano Pacífico a unos 22.000 kilómetros del teléfono. En este estadio no se hace ninguna hipótesis sobre dónde está la Tierra en el espacio, por tanto el teléfono puede hallarse en cualquier punto de la esfera de 22.000 km de radio centrada en el satélite. El segundo satélite se sitúa encima de Indonesia a 22.000 km del teléfono. Nuestra posición se limita entonces al círculo de intersección entre las dos esferas. El tercer satélite, encima del Polo Norte, dibuja una tercera esfera que corta el círculo únicamente en dos puntos: uno en el espacio y el otro en la superficie terrestre, allí donde efectivamente nos encontramos, ¡cerca de Vladivostok! La precisión de un GPS comercial tiene un margen de error de unos metros, lo que es suficiente para este uso. Hemos pasado de los 10º (unos 1.100 km) de precisión del Stellarscope a unos pocos metros.

En la práctica los teléfonos más avanzados poseen una gran ventaja para la representación del cielo: saben exactamente cómo están inclinados y dirigidos en el espacio. Por consiguiente, el teléfono “conoce” la dirección en la que miramos gracias al magnetómetro y los acelerómetros. Un magnetómetro digital (o brújula digital) lee las diferencias en el campo magnético terrestre, la tecnología se llama magneto-inducción. En un punto del campo magnético terrestre, el vector de inducción magnética posee una componente dirigida hacia el centro de la Tierra y una componente horizontal dirigida hacia el polo. El ángulo formado por estas dos componentes, la inclinación magnética, cambia según la latitud. La componente horizontal corresponde al Norte magnético. Para nosotros, que queremos observar el cielo, es importante la diferencia entre el polo magnético y el geográfico, la llamada declinación magnética, que varía según la posición de la Tierra y que es posible corregir fácilmente con cartas geográficas de declinaciones para saber dónde está el norte geográfico y posicionar la estrella polar en torno a la cual gira la bóveda celeste. Una vez solucionado este problema, puede aparecer otro: la perturbación de la brújula por otros campos magnéticos generados por objetos metálicos cercanos con el falseamiento de las medidas consiguiente. Las variaciones en el campo magnético terrestre se producen a una gran escala espacial (del orden de 105 metros), mucho mayor que la de los objetos de la vida cotidiana (del orden de 10-2 metros). Por esto, un mínimo desplazamiento del magnetómetro permite detectar los campos magnéticos parásitos y sustraerlos.

Con esto sabemos si miramos al norte, sur, este u oeste. Pero… ¿lo hacemos a nivel de suelo, por encima de los árboles o al cénit? Los acelerómetros dan la respuesta, los teléfonos contienen como mínimo dos de ellos, pero lo habitual es que sean tres: uno por cada dirección del espacio. Conceptualmente, un acelerómetro es una masa atada a un resorte. Cuando el acelerómetro es sometido a una aceleración, la masa comprime el resorte hasta que la resistencia de éste es equivalente a la aceleración. Todo objeto en la Tierra sufre una aceleración provocada por el campo gravitatorio terrestre, por ello un acelerómetro inmóvil experimenta una aceleración correspondiente a la gravedad terrestre. En posición vertical, la masa hace sentir todo su peso sobre el resorte y la compresión es máxima, mientras que en posición horizontal la gravedad no tiene ningún efecto sobre el acelerómetro ya que la masa no comprime el resorte. De este modo, el acelerómetro puede medir su propia inclinación puesto que es proporcional a la compresión del resorte. Es posible comparar un acelerómetro con el nivel de burbuja que se utiliza para comprobar si una estantería está recta. Si se asocian tres acelerómetros en tres direcciones distintas se puede conocer con precisión la orientación del teléfono respecto al suelo al ser la gravitación perpendicular al suelo. Una vez más hemos mejorado mucho los resultados del Stellarscope de los años ochenta: de una proyección de toda la bóveda celeste en dos dimensiones hemos pasado a fijar una zona de observación de unos cuantos grados cuadrados de tamaño.

Finalmente necesitamos conocer el estado del cielo. Sabemos ya la fecha gracias al GPS, que da siempre esta información. Queda recuperar las efemérides y calcular las posiciones de los astros. La mayoría de los programas de planetario que hay en los teléfonos portátiles de tercera generación incorporan las funciones para el cálculo de efemérides, pero también es posible conectarse a Internet utilizando el wifi o la red 3G para obtenerlas. No entraremos en mayores explicaciones técnicas sobre este asunto.

El resultado de esta acumulación de tecnología es un planetario muy fácil de utilizar, que no requiere calibración alguna y aporta mucha información. Basta con dirigir el teléfono hacia una zona del cielo para que aparezcan en pantalla los objetos visibles en esa dirección: planetas, constelaciones e incluso galaxias y nebulosas. Si la pantalla es táctil es suficiente con señalar un objeto para obtener una lista detallada de sus propiedades: nombre, tamaño, distancia, período de revolución… ¡Mágico! Sin embargo, hay que reconocer que los teléfonos portátiles tienen un punto débil: ¡requieren electricidad! Entonces, si van de excursión al desierto para disfrutar de un cielo nocturno sin contaminación lumínica… por si acaso, un viejo planetario de plástico con su manual y sus mapas celestes… podría encontrar un lugar en su maleta.

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El autor

Anthony Baillard es Ingeniero Informático y Doctor en tratamiento de imágenes e inteligencia artificial.

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