Construye tu propio instrumento para observar el Sol y los eclipses solares
I. Nivel fácil
Cámara oscura: Una manera segura de observar el Sol y los eclipses solares parciales
La cámara oscura es un ingenioso dispositivo que nos permite observar el Sol y los eclipses solares parciales de forma segura. Aunque su nombre en latín significa “cuarto oscuro”, este aparato es fácil de construir usando una caja de cartón o madera. Si bien una simple caja de zapatos o cereal puede funcionar, se recomienda utilizar una caja con dimensiones de al menos 60 cm de largo y 15 cm de ancho para obtener mejores resultados.
Los materiales requeridos son una caja de cartón o madera, tijeras o cuchillo, papel aluminio, papel blanco y cinta adhesiva.
Pasos de construcción:
- Corta una ranura de 10 cm x 3 cm en el centro de un lado de la caja y una abertura de 2 cm x 2 cm en el lado opuesto (ver Figura 1).
- Cubre la ranura con papel blanco y la abertura con papel aluminio, asegurándolos con cinta adhesiva.
- Perfora el papel aluminio en el centro con una aguja.
Instrucciones de uso:
Apunta el lado con el papel aluminio perforado hacia el Sol para observar su imagen proyectada en el papel.
¿Qué podemos observar con la cámara oscura?
Con este dispositivo, podrás contemplar eclipses solares parciales o anulares, así como las manchas solares. Las manchas solares se presentarán como pequeños puntos oscuros en la superficie solar. Un experimento interesante consiste en dibujar la posición de las manchas solares en distintos momentos para determinar el período de rotación del Sol.
Durante la observación, dos personas mantendrán la cámara oscura en la posición adecuada mientras una tercera persona utiliza un lápiz para dibujar el contorno de la proyección del Sol y la ubicación de las manchas en el papel. Para facilitar el proceso, puedes construir un soporte especial que sostenga la cámara en su lugar durante la observación.
Al concluir, marca los puntos más altos y bajos de la proyección solar. Estos indicarán aproximadamente la posición de los polos solares norte y sur. Es importante destacar que esta es solo una aproximación, ya que el eje de rotación del Sol no siempre es perpendicular a la línea que conecta el Sol con la Tierra. Luego, retira el papel y en el lado opuesto anota la fecha, hora y nombres de los participantes. Si es factible, repite las observaciones durante varios días para registrar cómo cambian el número y las posiciones de las manchas solares a lo largo del tiempo. Con observaciones continuas durante varias semanas, incluso podrás estimar el período de rotación del Sol.
La cámara oscura se convierte así en una valiosa herramienta para observar con seguridad las fases parciales de un eclipse solar. Si registras la imagen del Sol en intervalos de media hora sobre el papel blanco, obtendrás una secuencia interesante que muestra la progresión de este fenómeno.
Sabías que . . .
El descubrimiento de las manchas solares se remonta a 1610 y fue realizado por el eminente científico italiano Galileo Galilei (1564-1642). En aquel año Galileo, empleando su modesto telescopio, centró su atención en el Sol y examinó detenidamente la superficie resplandeciente de nuestra estrella. El instrumento reveló estas áreas distintas en la superficie solar relativamente frías en comparación con su entorno, lo que resulta en una menor emisión lumínica y en su manifestación en forma de puntos oscuros en las imágenes del Sol.
Hoy sabemos que observar el Sol directamente sin la protección adecuada puede ser perjudicial para la vista, y hasta muy peligroso si lo hacemos con un telescopio o binocular. Por suerte para Galileo, él usó un telescopio de dimensiones modestas, lo cual evitó daños a su visión.
Figura 2: Galileo Galilei. Fuente: Wikipedia.
A lo largo de su estudio, Galileo se dedicó de manera sistemática a estudiar la superficie solar, y al hacerlo, logró discernir cambios en la ubicación aparente de las manchas solares en el tiempo. Galileo correctamente atribuyó este fenómeno a la rotación del Sol sobre su propio eje, y llegó incluso a estimar el periodo de esta rotación.
II. Nivel intermedio
Proyector Solar: Ampliando la Vista del Sol y sus Manchas
Para obtener una imagen del disco solar lo suficientemente amplia para poder examinar cómodamente las manchas solares, puedes crear un sencillo proyector solar. Para este propósito, necesitarás dos tubos de cartón con una longitud de aproximadamente 40 cm, así como dos lentes que podrás adquirir en establecimientos ópticos. Es crucial seleccionar los lentes apropiados: el primer lente debe ser cóncavo, es decir, con una curvatura hacia el interior, lo que implica que sus bordes sean más gruesos que su centro (ver la Figura 3). El segundo lente debe ser convexo, es decir, curvado hacia afuera, lo que resulta en un mayor espesor en su centro en comparación con sus extremos. Recomendamos lentes con dioptrías de -2.5 (lente cóncavo) y +2.5 (lente convexo), lo que corresponde a distancias focales de ±40 cm, y con diámetros de aproximadamente 6 cm.
Los diámetros de los tubos de cartón deberán ajustarse a los diámetros de los lentes. El objetivo es lograr dos cosas: asegurar que cada lente quede firmemente sujeto en un extremo de los tubos y permitir que el tubo con el lente convexo se deslice dentro del otro tubo (consultar la Figura).
Una vez finalizada la construcción, crea una base de madera sobre la cual fijar el tubo externo. En uno de los extremos, agrega un rectángulo de cartón que actuará como pantalla.
Una vez que el proyector esté listo, simplemente apúntalo hacia el Sol y proyecta la imagen solar sobre una pantalla blanca. Opcionalmente, puedes diseñar un soporte para facilitar la observación.
Puedes enfocar la imagen proyectada moviendo el tubo interno cambiando así la distancia entre los dos lentes.
Por ejemplo, si la distancia entre los lentes es de 30 cm, la imagen del Sol aparecerá a una distancia de 13.3 cm detrás del lente cóncavo. Si esta distancia se reduce a 20 cm, la imagen solar se proyectará a 40 cm detrás del mismo lente.
III. Nivel avanzado
Helioscopio: un reto para los valientes
En el ámbito de niveles avanzados, presentamos el “helioscopio”, denominación atribuida por Roman Ocvirk, egresado de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas de la Universidad de Maribor de Eslovenia, en su tesis de licenciatura. Es relevante destacar que la universidad brindó su autorización para la difusión de las figuras y planos asociados a este ingenioso dispositivo, cuya representación final puede ser apreciada en la Figura 4. En la parte derecha se exhibe la fachada del helioscopio, donde se localiza la abertura de ingreso de la luz solar. Como detallaremos más adelante, el tubo alberga un lente convexo. Por su parte, la parte posterior del helioscopio alberga un espejo convexo, cuya función es proyectar la imagen solar hacia una pantalla situada en el interior del dispositivo. Los observadores tienen la oportunidad de contemplar el Sol a través de la abertura que se muestra en la parte izquierda de la Figura 4.
Figura 4: Helioscopio.
El concepto y el funcionamiento del helioscopio se presentan en la Figura 5. Se aprecia un lente cóncavo adentro del tubo óptico, cuya función es recolectar la luz solar y dirigirla hacia el espejo. A su vez, este último refleja la luz en dirección a la pantalla. Cabe mencionar que la estructura del helioscopio podría presentar una sección recta no circular, aunque esta opción facilita la creación de un soporte que permite variar la inclinación del aparato para su correcto alineamiento con el Sol.
Figura 5
En su tesis, el autor usó un lente con diámetro de 6 cm y con la longitud focal de 68 cm (dioptría igual a 1.47). De esta forma la longitud del tubo del objetivo tuvo que ser de 37 cm, mientras que el cuerpo fue construido a partir del segundo tubo con un diámetro de 52 cm y longitud de 65 cm. Para el cuerpo del helioscopio se usó un tubo de cartón, mientras que el tubo del objetivo fue de PVC. La pantalla y las partes que sostuvieron el espejo fueron elaboradas a partir de contrachapado y de laminado.
El espejo convexo fue la única parte que el autor de la tesis tuvo que mandar a producir. Se trata de un espejo con diámetro de 1.8 cm y la longitud focal de -1 metro.
A continuación se muestran los planos detallados que puedes usar para elaborar el helioscopio. Las medidas en los planos están expresadas en unidades de centímetros.