Espejos a prueba de terremotos

A primera vista, la ubicación de los telescopios gemelos de 8 metros del Observatorio Internacional Gemini en Chile y Hawai‘i puede parecer perfecta, y en muchos sentidos lo es. A más de 2.722 metros en Chile y a 4.214 metros en Hawai‘i, los telescopios disfrutan de bajísimos niveles de nubosidad, humedad y contaminación lumínica. Además, al estar separados en cada hemisferio, ofrecen una visión de todo el cielo, lo que permite a los astrónomos realizar descubrimientos revolucionarios sobre el Universo en el que vivimos. Sin embargo, la ubicación de ambos telescopios Gemini plantea un desafío único.

¿Sabías que… en promedio, ocurre un sismo cerca de Chile cada 8 horas? ¿Y que bajo la cima del Maunakea, en Hawai‘i, se producen pequeños terremotos cada 7-12 minutos?

A unos 150 kilómetros de la costa de Chile, en las profundidades del Océano Pacífico, se encuentra la Fosa de Perú-Chile, una grieta en la superficie de la Tierra que bordea gran parte de la costa occidental de Sudamérica. A lo largo de esta fosa, la placa de Nazca está siendo empujada por debajo de su vecina, la placa Sudamericana. Esta subducción se traduce en una serie de temblores esporádicos causados por la acumulación de presión, que provocan sacudidas en toda la región, pudiendo alcanzar el suelo sobre el que se asientan los cimientos del telescopio Gemini Sur.

Al otro lado del Océano Pacífico, en Hawai‘i, el telescopio gemelo Gemini Norte, se enfrenta a un peligro similar. Esta mitad del Observatorio Gemini se asienta sobre el volcán inactivo Maunakea, en Hawai‘i. Este sitio goza de una altitud atractiva en términos astronómicos, pero está rodeado por cuatro volcanes activos en una región donde el magma retumbante y las erupciones ocasionales pueden sacudir el suelo.

Arriba: Vista del escarpado paisaje chileno desde Cerro Pachón, hogar del telescopio Gemini Sur. A lo lejos se ve el Observatorio Cerro Tololo, un Programa de NOIRLab de NSF. Abajo: Maunakea, un enorme volcán inactivo de Hawai‘i, que alberga el telescopio Gemini Norte cerca de su cima.

Credit: NOIRLab/NSF/AURA/T. Matsopoulos/J. Chu

En vista de este peligro, cabe preguntarse… ¿Por qué se construyen equipos tan sofisticados y costosos en lugares con gran actividad tectónica? La respuesta a esta pregunta revela una ironía en el meollo de este problema: Los peligrosos sismos que amenazan la integridad de la infraestructura de los telescopios –y sus importantes equipos científicos– son también responsables de la formación de estos paisajes montañosos que convirtieron estos lugares en sitios ideales para estudiar el cosmos.

Los espejos son muy valiosos, y si se dañan, sería el fin para el telescopio

Por lo tanto, el desafío para los ingenieros es diseñar sistemas que puedan evitar daños a estas valiosas instalaciones de investigación frente a intensas ondas sísmicas. “Los sistemas de protección se diseñaron antes de la construcción del telescopio. Los diseñadores sabían de la necesidad de protegerlos, porque los espejos son muy valiosos, y si se dañan, sería el fin para el telescopio”, explica Gabriel Pérez, ingeniero mecánico principal de Gemini Sur.

El riesgo principal durante un terremoto es que el espejo se mueva dentro de su celda, chocando con otros componentes más duros y dañándose finalmente. Por eso se instalan dispositivos de protección para garantizar que el espejo se mantenga en su celda y no se mueva con respecto al telescopio, independientemente si el edificio se sacude de forma violenta.

Para lograrlo, los ingenieros añadieron 84 actuadores, o cilindros hidráulicos, y los fijaron alrededor del borde del espejo para sujetarlo con gran firmeza. Estos actuadores aplican una fuerza reactiva contra el espejo; si intenta moverse demasiado en una dirección, lo empujan hacia el otro lado, impidiendo que se desplace horizontalmente dentro de su celda.

Dos de los 84 actuadores hidráulicos (discos celestes) fijados en el espejo del telescopio Gemini Sur que funcionan para contrarrestar el movimiento del espejo y evitar que se desplace.

Credit: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA

“Está muy bien apretado desde todos los lados, de tal manera que, si hubiera un terremoto, todo se va a mover, incluyendo el espejo, siguiendo el movimiento del telescopio y de la celda del espejo. De esta forma se evita que el espejo rebote de un lado a otro y choque contra algo”, indicó Pérez.

Cuando el espejo está apuntando hacia el cielo, descansa sobre un conjunto de soportes, pero no están pegados a él. Los fuertes terremotos pueden hacer que el espejo salte de estos soportes, por lo que contamos con un total de 24 de ellos alrededor del borde del espejo, fijados a la celda del espejo, que sostienen los topes de goma a unos milímetros por encima de la superficie del espejo. Si el espejo intenta salirse de la celda, estos topes lo impedirán.

Alrededor del borde del espejo primario de Gemini Norte, se ven varios de los topes de goma azul que impiden que el espejo salte fuera de su celda. Estos topes reciben limpieza y mantenimiento regulares.

Credit: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/ T. Slovinský

“Los sistemas son bastante sencillos y su mecánica es muy fácil de entender. Y todos son sistemas mecánicos pasivos, que están ahí todo el tiempo, por lo que requiere mantenimiento mínimo”, dice Pérez.

Desde luego, los sistemas de protección parecen estar cumpliendo su función; en las más de dos décadas transcurridas desde el inicio de las operaciones del Observatorio Internacional Gemini, han ocurrido muchos terremotos en las zonas próximas a ambos telescopios. Chile ha experimentado incluso algunos de grado superior a 8 en la escala de Richter. Sin embargo, ninguna de estas sacudidas ha provocado daños en los espejos de ninguno de los dos telescopios.

Mientras construimos costosos equipos para mirar hacia arriba, también es esencial que miremos hacia abajo y prestemos atención al planeta único en el que vivimos

Por lo tanto, con las precauciones necesarias, los astrónomos pueden aprovechar al máximo las impresionantes vistas del Universo que entregan las cimas de las montañas y los volcanes, y a la vez, evitar los daños causados por la actividad tectónica que creó originalmente estos lugares. La necesidad de pensar en estos cambios geológicos nos recuerda que, mientras construimos costosos equipos para mirar hacia arriba, también es esencial que miremos hacia abajo y prestemos atención al planeta único en el que vivimos.