1. ¿Por qué se construyó un telescopio enorme para estudiar la atmósfera y no las estrellas?
La idea fue del profesor William Gordon, de la Universidad de Cornell (Estados Unidos). Lo que le interesaba era la ionosfera, una región de aire muy poco denso que empieza a unos 80 km de altura [1]. Su plan era lanzar ondas de radar hacia arriba y estudiar la pequeña parte que rebota en las partículas de esa capa. Con esa técnica, llamada radar de dispersión incoherente, se pueden conocer cosas como la densidad y la temperatura de los electrones de la ionosfera [1].
El problema es que lo que vuelve es muy débil. Gordon calculó que, para obtener medidas útiles, hacía falta una antena de unos 1000 pies, es decir, 305 metros de diámetro [1]. Cuanto más grande es el plato, más señal débil recoge. La pregunta siguiente era práctica: ¿cómo construir algo tan grande sin gastar una fortuna?
2. ¿Cómo se construyó un plato tan grande sin que costara una fortuna?
La solución fue aprovechar el terreno. El norte de Puerto Rico es una región de roca caliza con muchos hundimientos naturales (dolinas). En el verano de 1960 empezó la obra dentro de uno de ellos, con dinero del Departamento de Defensa de Estados Unidos [1]. Tres años y unos 9 millones de dólares después, el observatorio funcionaba, y se inauguró oficialmente el 1 de noviembre de 1963 [1].
Las medidas, según la Universidad de Cornell, son estas: 305 metros de diámetro, unos 51 metros de profundidad y una superficie de unas 18 acres, cubierta por 38 788 paneles de aluminio [2]. Si calculas el área de un círculo de 305 metros de diámetro, sale cerca de 73 000 m², lo mismo que 18 acres (hablamos de cantidades que se pueden comprobar con papel y lápiz, como verás al final). Cuando se inauguró, el instituto de ingenieros IEEE lo describió como el mayor radiotelescopio del mundo [3].
3. ¿Cómo apunta a distintos puntos del cielo un plato que no se mueve?
El plato es un trozo de esfera fijo en el suelo. En vez de moverlo, se mueve el receptor, que cuelga muy por encima. Como la superficie es esférica, el receptor puede recorrer distintas posiciones y captar la señal de distintas direcciones del cielo [1]. A cambio, hay un límite: el telescopio solo podía apuntar hasta unos 20° respecto a la vertical, o sea, a una franja del cielo cercana al cenit (justo sobre nuestras cabezas) [1].
Es un trato claro: se pierde la libertad de mirar a cualquier parte, y se gana tamaño y sensibilidad. Aun con esa limitación, la lista de descubrimientos fue larga. Uno de los primeros llegó con el radar.
4. ¿Qué se descubrió al lanzar ondas de radar hacia Mercurio y los asteroides?
El radar pensado para la ionosfera también funcionaba con objetos del sistema solar. El equipo de Gordon Pettengill lo dirigió hacia Mercurio y midió su rotación. Hasta entonces se creía que el planeta giraba sobre sí mismo cada 88 días, pero el resultado fue de solo 59 días [1].
Con los años, el radar de Arecibo estudió más de 300 asteroides que pasan cerca de la Tierra. Algunos miden apenas 50 metros de ancho, y se llegaron a distinguir detalles de unos pocos metros [1]. Hasta aquí, el telescopio enviaba ondas y escuchaba el eco. Pero un plato tan sensible también podía limitarse a escuchar lo que llega del espacio.
5. ¿Qué enseñó a los científicos un par de estrellas girando una alrededor de la otra?
Un púlsar es el resto muy denso de una estrella que lanza pulsos de ondas de radio con una regularidad casi perfecta, como un faro. En 1974, con el telescopio de Arecibo, el profesor Joseph Taylor y su estudiante Russell Hulse encontraron un púlsar distinto de los demás: la forma en que cambiaba su señal indicaba que tenía una compañera de masa parecida, a una distancia de solo unas pocas veces la que separa la Tierra de la Luna [4].
Era la primera vez que se hallaba un púlsar dentro de un sistema doble. El periodo orbital es de apenas 7 horas y 45 minutos [1]. Medir con tanta precisión los pulsos permitió confirmar una predicción de la teoría de la relatividad general: que existen las ondas gravitacionales [1]. Este hallazgo fue una prueba indirecta; las ondas gravitacionales no se detectaron de forma directa hasta mucho después. En 1993, Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de Física por este descubrimiento, que abrió nuevas posibilidades para estudiar la gravedad [4].
6. ¿Esperaba respuesta el mensaje de 1974 que Arecibo envió al espacio?
Ese mismo año, el telescopio no solo recibió: también transmitió. Durante la ceremonia que celebraba una gran mejora del observatorio, se emitió un mensaje de 1679 bits (unos y ceros) hacia M13, un cúmulo de estrellas de la constelación de Hércules [5]. Los datos se enviaron a razón de 10 bits por segundo, y la emisión duró menos de tres minutos [5].
El número 1679 es 23 × 73, y ambos son números primos. Como 1679 = 23 × 73, una de las formas no triviales de ordenar los bits en un rectángulo es 73 filas por 23 columnas (o al revés), y la fuente señala que esto podría ayudar a descifrarlo [5]. Ordenados así, forman un dibujo sencillo: el telescopio, el sistema solar, el ADN y una figura humana esquemática [5].
¿Se esperaba una respuesta? El cúmulo M13 está a unos 21 000 años luz [5], así que las ondas tardarían más de 21 000 años en llegar, y otro tanto en volver. El Instituto SETI cuenta que es poco probable que este breve mensaje reciba respuesta, y que el experimento sirvió sobre todo para pensar en lo difícil que es comunicarse a través del espacio, el tiempo y las diferencias culturales [5]. La señal tenía una potencia isotrópica equivalente de unos 20 billones de vatios; en realidad, la antena gigante concentró la energía en una zona muy pequeña del cielo [5].
7. ¿Cómo se encontraron planetas fuera del sistema solar usando un reloj de púlsar?
Los pulsos de un púlsar son tan regulares que funcionan como un reloj. En 1992, Aleksander Wolszczan y Dale Frail usaron el plato de 305 m para medir con precisión los tiempos de llegada de los pulsos de PSR1257+12, un púlsar que gira cada 6,2 milisegundos [6]. Vieron que ese reloj se adelantaba y se retrasaba de forma periódica, y concluyeron que el púlsar tenía a su alrededor dos o más cuerpos del tamaño de planetas. Su masa era de al menos 2,8 y 3,4 veces la de la Tierra, con órbitas de 66,6 y 98,2 días [6].
No eran planetas alrededor de una estrella como el Sol, sino alrededor de una estrella de neutrones. Aun así, Physics Today los cuenta entre los primeros planetas descubiertos fuera del sistema solar [1]. Un instrumento nacido para estudiar la atmósfera terrestre había acabado detectando mundos junto a una estrella muerta.
8. ¿Cómo terminó la vida del plato y qué ocurre hoy en el observatorio?
En 2020, un cable que sostenía la plataforma del receptor se soltó en agosto, y otro se rompió el 6 de noviembre. La Fundación Nacional de la Ciencia de EE. UU. (NSF) anunció el 19 de noviembre que desmantelaría el telescopio por seguridad. Antes de que pudiera hacerlo, el 1 de diciembre, hacia las 7:55 de la mañana (hora de Puerto Rico), la plataforma, que pesaba unas 900 toneladas, cayó sobre el plato [7]. La zona estaba cerrada al personal desde hacía un mes y no hubo heridos [7].
El observatorio no desapareció por completo. La Universidad de Florida Central (UCF), que lo gestionaba, informó de que la NSF trabajaría para recuperar el resto de las instalaciones científicas y educativas, y de que se repararían el telescopio de 12 metros y el techo de la instalación de lidar [7]. El plato de 305 metros ya no está, pero los datos y los artículos de sus descubrimientos siguen disponibles para leer.
9. Actividad: comprueba tú mismo el tamaño del plato y el número del mensaje
Con papel, lápiz y un lugar abierto y seguro puedes revisar dos cifras del artículo. Para hacerte una idea de lo que son 305 metros, busca un patio o un parque amplio, lejos del tráfico. Si tus pasos miden unos 50 cm, necesitarás unos 610 pasos. Para saber cuánto mide el tuyo, camina diez pasos, mide la distancia y divide entre diez.
Después, comprueba que 23 × 73 = 1679: 23 × 70 = 1610 y 23 × 3 = 69, y 1610 + 69 = 1679. Prueba con otro número, por ejemplo 15 (se puede ordenar en 3 × 5 o 5 × 3), y compara de cuántas formas se puede ordenar cada uno. Si quieres ir más lejos, calcula el área del plato: el radio es 152,5 m, 152,5 × 152,5 × 3,14 da unos 73 000 m². ¿Coincide con las 18 acres (unos 72 800 m²)?
Para seguir leyendo, puedes empezar por el artículo de Physics Today de la sección de fuentes: está en inglés, pero cuenta con muchos más detalles de lo que cabe aquí.