HistoriaNúmero 14

El real observatorio de la armada (1753-2018): 265 años al servicio de la ciencia española

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Dr. Francisco Javier Galindo Mendoza

Capitán de Navío
Comandante-Director del Real Instituto y Observatorio de la Armada

Dr. Francisco José González González

Director Técnico de la Biblioteca y Archivo histórico del Real Instituto y Observatorio de la Armada

Resumen: Este artículo pretende echar una mirada retrospectiva a la historia de un Centro de investigación, que nace en el seno de la Marina en una época dorada en la que el cambio dinástico trajo paz y neutralidad ante ingleses y franceses, permitiendo que se llevaran a cabo profundas reformas internas de la mano del Marqués de la Ensenada, que ordena su construcción a propuesta de Jorge Juan. El Observatorio, creado como una apuesta por aplicar los nuevos conocimientos astronómicos a la navegación, rápidamente pasa a ser reconocido como una de las más importantes instituciones científicas de la España ilustrada. A partir de su creación en 1753, su actividad científica ha ido evolucionando, diversificándose y adaptándose a las nuevas necesidades del conocimiento y a los avances tecnológicos hasta llegar a nuestros días. En la actualidad desarrolla un amplio número de actividades ligadas a la Astronomía, las Ciencias de la Tierra y la Metrología del tiempo y la frecuencia. Muchas de ellas son de interés estratégico para nuestro país, gozando de buena salud y apuntando a seguir con plena vigencia a pesar de sus 265 años de antigüedad.

Abstract:

This article is intended to take a look back to the history of a research centre that was born within the Spanish Navy at a golden time, when the changeover to the Bourbon dynasty brought peace and neutrality against England and France, allowing for deep internal reforms to be carried out by the marquis of Ensenada, who ordered the construction of the Observatory on the proposal of Jorge Juan. The Observatory, built to apply the astronomical knowledge to the navigation, was quickly recognized as one of the most outstanding scientific institutions in Spain during the Age of Enlightment, in the 18th century. Since it was created in 1753, its research activity has been evolved over time, diversifying and adapting itself to the new requirements of the knowledge and the technological advances until arriving at our days. It is currently involved in a broad range of activities related to astronomy, earth sciences and time and frequency metrology, many of which have a strategic interest for our country, keeping in good health and aiming to remain in full force, despite its 265 years old.

EL REAL OBSERVATORIO DE CÁDIZ

La astronomía del siglo XVIII basó sus avances en dos grandes programas de trabajo. Por un lado, la mecánica celeste que, caracterizada por el estudio de los movimientos de los cuerpos del sistema solar, intentaba contrastar las propuestas teóricas presentadas por Newton en la segunda mitad del siglo anterior con el resultado de las observaciones. Mientras tanto, un grupo muy importante de astrónomos trabajaron el desarrollo de las aplicaciones de esta ciencia a la navegación, la cartografía y la hidrografía, impulsando la institucionalización de la astronomía y la creación de observatorios por toda Europa. En esta segunda vertiente habría que enmarcar los esfuerzos por solucionar definitivamente el problema de la determinación de la longitud en alta mar. Desde el siglo XVI en adelante, fueron muchos los métodos propuestos para solucionar este problema. No obstante, hubo que esperar hasta el siglo XVIII para que dos de ellos, que implicaban directamente una mejora de la formación astronómica de los marinos, fuesen viables: la utilización de cronómetros marinos para conseguir un exacto cálculo de la diferencia horaria y el método de la observación de las distancias lunares.

En el caso de España, fue la Marina la institución encargada de tomar la iniciativa a la hora de impulsar el fomento de la astronomía práctica y el desarrollo de los métodos de navegación astronómica, enfrentándose a retos tan importantes como la formación de nuevas generaciones de oficiales con conocimientos matemáticos y astronómicos, el impulso a la divulgación de los nuevos métodos de navegación y, por último, la organización de numerosas expediciones destinadas a fomentar el conocimiento real y efectivo de los territorios de la Corona. Este será el contexto en el que debe enmarcarse la organización en Cádiz de un observatorio astronómico adscrito en su etapa fundacional a la Academia de Guardias Marinas, el centro docente creado en 1717 por el gobierno reformista de Felipe V para la formación de los oficiales de la Marina Real.

Figura 1: Jorge Juan y Santacilia. Fundador del Observatorio

La propuesta de crear el que sería conocido como Real Observatorio en Cádiz, fue realizada por Jorge Juan en 1749. Jorge Juan, conocido como el sabio español en la Europa de la época, venía de participar en la expedición a Quito, en el Virreinato del Perú, organizada por la Real Academia de las Ciencias de París y liderada por Charles Marie de La Condamine, con el objetivo de medir un arco de meridiano en las proximidades del ecuador y obtener el valor de un grado terrestre que pudiese ser comparado con otras mediciones practicadas por Maupertuis en la Laponia, a fin de demostrar el achatamiento de la Tierra y verificar los cálculos teóricos de Newton. Completaban la expedición Louis Godin, Pierre Bouguer y Antonio de Ulloa. Aquella expedición se extendió durante nueve años (1735-1744), y los resultados finales concluyeron lo que hoy es bien conocido, la forma “achatada” de la Tierra. Jorge Juan no solo publica los resultados con tres años de antelación respecto de la publicación de la Condamine, sino que sus cálculos fueron los más precisos. Sobre la base de su medición, cincuenta años después, el metro pasó a ser definido como la nueva unidad de medida, y con ello el sistema métrico decimal fue adoptado universalmente. Jorge Juan, por otra parte, es quien introduce el cálculo infinitesimal en España, a través de la Academia de Guardias Marinas de la que fue director, y del propio Observatorio, tras haberlo aprendido de sus colegas académicos franceses durante la expedición.

Figura 2: El Real Observatorio de Cádiz (1753 – 1798)

Tras el visto bueno del marqués de la Ensenada al proyecto planteado, el académico francés Louis Godin fue nombrado director de la Academia de Guardias Marinas. Inmediatamente, se preparó en el Castillo de la Villa, sede de la citada Academia, un torreón para la instalación de unos instrumentos de observación que previamente habían sido encargados por Jorge Juan en el extranjero. Esos instrumentos, entre los que destacaba un cuarto de círculo mural construido en Londres por John Bird, llegaron a Cádiz en 1753, fecha en la que podemos situar la fundación del Real Observatorio de Cádiz, el más antiguo del España y aquel que entonces podía ofrecer más noches despejadas para la observación astronómica, gracias a su ubicación en el extremo meridional de Europa.

Había transcurrido escasamente una década de vida cuando la Marina decide apoyar la participación española en la campaña internacional para la observación del tránsito de Venus por el disco del Sol, que habría de producirse en 1769. La observación del tránsito de Venus se utilizaba para determinar la distancia al Sol, si bien era necesario observar dicho tránsito desde diversos puntos de la Tierra, tal como había propuesto Halley en el siglo XVII. El Observatorio de Cádiz se hace cargo de las observaciones y de la preparación del viaje de los marinos españoles Salvador Medina y Vicente Doz, que se integraron en la expedición francesa a California, dirigida por Chappe d’Auteroche. Los contactos con otros observatorios europeos derivados de la participación en esta campaña observacional, contribuyeron al conocimiento de sus trabajos en el extranjero, reforzando su posición e importancia y facilitando su consolidación como una de las más importantes instituciones científicas de la España ilustrada.

Figura 3: Atlas Marítimo de España y Derrotero de las Costas de España (1789). Más de un siglo de vigencia

Tras una primera etapa de observaciones esporádicas, el nombramiento de Vicente Tofiño como director de la Academia y del Observatorio abrió en 1768 una época de estabilidad en la que se procedió al estudio exhaustivo de los errores de los instrumentos, como paso previo a la realización de una serie sistemática de observaciones. Estas observaciones, desarrolladas entre 1773 y 1776, quedaron plasmadas en los dos volúmenes de las Observaciones astronómicas hechas en Cádiz… (Cádiz, 1776 y 1777) que pueden ser consideradas como el primer resultado científico impreso de un observatorio español. Por otro lado, y gracias también al impulso de Tofiño, el Real Observatorio de Cádiz se convirtió en una escuela práctica de astronomía para la Marina. Esta fue la principal misión de los llamados estudios mayores, unos cursos de ampliación y especialización por los que fueron pasando gran parte de los oficiales que en las últimas décadas del siglo XVIII dirigieron las expediciones cartográficas organizadas por la Armada. Aquella cartografía náutica mantendría su vigencia durante más de un siglo.

No fueron menos importantes los trabajos desarrollados por la Comisión Hidrográfica de las Costas de España que dirige Tofiño y en los que intervienen oficiales del Real Observatorio de Cádiz. Aquellos trabajos quedarían plasmados en publicaciones de la importancia del Derrotero de las costas de España en el Mediterráneo (1787), el Derrotero de las costas de España en el océano Atlántico (1789) y el Atlas Marítimo de España (1789).

Figura 4: Primer Almanaque Náutico español (4º del mundo)

Además de las tareas astronómicas y docentes que acabamos de describir, el observatorio gaditano recibió en 1791 un nuevo encargo oficial: calcular y publicar unas tablas de efemérides astronómicas similares a las elaboradas en Francia e Inglaterra, necesarias especialmente para la aplicación del método de navegación astronómica basado en la observación de las distancias lunares. La intención inicial de los responsables de la Armada, especialmente de José de Mazarredo, era conseguir el cálculo y publicación de un almanaque independiente cuya tirada fuese lo suficientemente amplia como para permitir entregar un ejemplar a cada oficial de la Armada. Para ello se creó en el Observatorio una oficina de efemérides, encargada a partir de entonces de unos cálculos cuyo primer resultado impreso fue el Almanaque Náutico y Efemérides Astronómicas para el año bisiesto de 1792 (Madrid, 1791), publicación con la que se inició una serie de periodicidad anual que, sin ninguna interrupción a lo largo de más de dos siglos, ha llegado hasta nuestros días.

Cabe hacer mención al hecho de que el meridiano origen de longitudes de toda la cartografía náutica y de la información astronómica y geográfica del almanaque náutico, con el que navegaban los marinos españoles, era el meridiano de Cádiz. Asimismo, la hora de referencia para resolver el problema de la “longitud” se tomaba de este Observatorio. Con el traslado del Observatorio a la Isla de León, será entonces el meridiano de San Fernando quien determine el origen de longitudes hasta 1907.

EL TRASLADO: DE CÁDIZ A LA REAL ISLA DE LEÓN

A mediados del siglo XVIII, justo en la época de fundación del Observatorio, los responsables de la Armada habían empezado a valorar las ventajas estratégicas que ofrecía la Real Isla de León, situada en un lugar protegido al fondo de la bahía gaditana. Como consecuencia de ello, poco después comenzó el traslado a la Isla de gran parte de las dependencias del Departamento Marítimo de Cádiz, que se fueron ubicando en una zona militar que recibió el nombre de Nueva Población de San Carlos. La Academia de Guardias Marinas fue trasladada en 1769, pero el Observatorio quedó en Cádiz, lo que obligó al personal encargado de las observaciones astronómicas a desplazarse para poder observar desde el torreón del Castillo de la Villa.

Figura 5: Grabado del Observatorio de San Fernando. Finales del siglo XVIII

Esta situación hizo necesaria la búsqueda de un lugar apropiado para la construcción de un nuevo edificio capaz de albergar sin problemas los instrumentos de observación propios de lo que en aquella época se consideraba un buen observatorio astronómico (un cuarto de círculo mural, un anteojo de pasos y un péndulo de precisión). Tras la adquisición de los terrenos de Torre Alta, situados en un lugar elevado, se aprobó el proyecto del marqués de Ureña para la construcción de un edificio para observatorio y una casa contigua para el alojamiento de los astrónomos (la casa de astrónomos). Estos edificios fueron entregados a la Marina en julio de 1797. Un año después, el 14 de septiembre de 1798, todo quedó dispuesto para el inicio de las primeras observaciones. José de Mazarredo informó entonces al Ministro de Marina de la apertura del Real Observatorio de la Isla de León, nombre con el que se conocería a esta institución hasta el cambio de nombre de la ciudad de San Fernando en 1814.

Una vez finalizado el traslado, e instalados los instrumentos en su nueva ubicación, la Marina encargó a Rodrigo Armesto la dirección interina del Observatorio, separando por primera vez este cargo del de director de la Academia de Guardias Marinas. Las primeras acciones del nuevo responsable del Real Observatorio de la Isla de León estuvieron dirigidas a la organización de las tareas astronómicas de la institución. Sólo un mes después de dar por finalizado el traslado desde Cádiz, Armesto redactó el Plan de observaciones para el Real Observatorio de la Isla de León, fechado el 24 de octubre de 1798, un documento que distribuyó el trabajo científico entre cuatro clases o secciones mediante un reparto cuyos ambiciosos objetivos pretendían abarcar casi todas las ramas de la astronomía observacional de aquellas época (tiempo, planetas, longitudes terrestres y física celeste).

 LA ASTROMETRÍA EN SAN FERNANDO DURANTE LOS SIGLOS XIX Y XX

Figura 6: Círculo mural, anteojo de pasos y péndulo magistral de Tomas Jones. Instalados entre 1830 y 1834

Según avanzaba el siglo XIX, surgió la necesidad de sustituir los instrumentos adquiridos para el Observatorio en el siglo XVIII. En 1829 fue aprobado un contrato con el artista inglés Thomas Jones, que se comprometió a construir un anteojo de pasos, un círculo mural y un péndulo de precisión, que serían los instrumentos magistrales de la astrometría española durante más de dos décadas. Los tres instrumentos fueron instalados entre 1833 y 1834, iniciándose las primeras observaciones de tránsitos de estrellas tan pronto quedaron operativos.

Figura 7: Círculo meridiano Throughton & Simms (1863)

En 1856, ante el avance registrado en las técnicas de construcción de los instrumentos astronómicos de precisión, que aumentaba la calidad de las observaciones, se firma la adquisición de un círculo meridiano (síntesis del anteojo de pasos y del círculo mural) y un gran anteojo ecuatorial, además de acometerse las obras necesarias para una óptima instalación. Este equipamiento, de la casa británica Troughton & Simms, se entrega al Observatorio en 1859, aunque no está operativo hasta 1863, tras finalizar las obras de remodelación del edificio y el acondicionamiento del salón de observaciones donde fue instalado. Entre los borradores de observaciones, que actualmente se conservan en el Archivo Histórico del Real Instituto y Observatorio de la Armada, existe constancia de las realizadas con el círculo meridiano Troughton & Simms desde 1864 hasta mediados del siglo XX.

Por estos tiempos, la previsión de un eclipse total de Sol visible en gran parte de España en julio de 1860, llevó a la organización de la observación del fenómeno desde una estación establecida para la ocasión en el faro de Oropesa (Castellón). Los trabajos, liderados por el Observatorio, se efectuaron en colaboración con la comisión portuguesa, que había decidido establecerse en el mismo lugar. Entre las actividades desarrolladas en el marco de la campaña, debe mencionarse la determinación de la diferencia de longitudes entre los observatorios de Madrid y de San Fernando por medio de señales eléctricas, al ser una de las primeras experiencias españolas de determinación de longitudes con ayuda del telégrafo.

Con posterioridad, se organizaron diversas campañas de observación de fenómenos astronómicos de carácter extraordinario, entre las que destacaron las relacionadas con los eclipses de 1870 (San Fernando y Sanlúcar de Barrameda), de 1878 (La Habana y Muriel, Cuba), de 1900 (San Fernando y Elche), de 1905 (San Fernando y Soria) y de 1912 (Orense, Asturias y León), el paso de Mercurio de 1878 (San Fernando) y el de Venus de 1882 (San Juan de Puerto Rico y Manzanillo, Antillas). Nuevamente, la rareza de este último fenómeno (ocurre dos veces cada siglo), y el interés que despertaba su observación por su utilidad en la solución de cuestiones planteadas en relación, por ejemplo, con las medidas del sistema solar (determinación de la densidad de los cuerpos celestes y de las distancias que los separan de la Tierra, pues en el siglo XIX, los astrónomos había adoptado por convenio como unidad de medida en las distancias astronómicas la distancia media Sol-Tierra), llevaron a convertir esta participación en una cuestión de interés internacional en la que participaron coordinadamente trece estados.

Otras observaciones extraordinarias efectuadas en el 1933 permitieron contribuir a la determinación de diferencias de longitudes geográficas entre distintos observatorios de todo el mundo, dentro de la primera Campaña Internacional de Longitudes.

En 1946 se emprende una renovación del instrumental tras autorizarse la adquisición de un círculo meridiano reversible, fabricado por la casa Grubb Parsons,  similar al instalado en el Observatorio de Greenwich (construido en 1933 por Cooke, Troughton & Simms) e idéntico al que había encargado la Universidad de Copenhague para su Observatorio. Este instrumento estaba dotado de los últimos adelantos técnicos del instrumental astrométrico.

La instalación del nuevo círculo meridiano finalizó en los primeros días de marzo de 1953. Su primera misión científica fueron las observaciones, en conjunción con los anteojos de pasos Repsold y Bamberg, para la determinación de la hora y de la longitud del Observatorio, con motivo de la campaña del Año Geofísico Internacional (1957-1959). A partir de entonces, el círculo meridiano Grubb Parsons fue utilizado en las observaciones relacionadas con la determinación de la hora y en programas observacionales de carácter internacional como el de “Estrellas de Referencia del Hemisferio Sur” (SRS), desarrollado entre 1963 y 1973, o el de “Tubos Cenitales Fotográficos del Hemisferio Norte” (NPZT), desarrollado entre 1973 y 1980.

Figura 8: Círculo meridiano Grubb Parsons (1953)

Tras la automatización del círculo meridiano Grubb Parsons de la Universidad de Copenhague, idéntico al del Observatorio, el instrumento se trasladó al Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de la Palma, pasando a denominarse Circulo Meridiano Automático Carlsberg (CMAC). Su utilización conjunta junto al Observatorio de la Universidad de Copenhague y el Real Observatorio de Greenwich, tras el acuerdo alcanzado por los tres Observatorios en San Fernando (1980), ha supuesto lo que posiblemente puede considerarse la más importante contribución a la astrometría meridiana desde observatorios en tierra, realizada en las últimas décadas del siglo XX. Su último catálogo contiene más de 122 millones de estrellas, con magnitudes entre 9 y 17 y con precisiones del orden de 30 milisegundos de arco.

Figura 9: 15th Carlsberg Meridian Catalogue (2012)

Paralelamente, y tras un proceso de automatización del círculo meridiano Grubb Parsons del Observatorio siguiendo el mismo camino trazado con el CMAC, pasó a denominarse Círculo Meridiano Automático de San Fernando (CMASF), trasladándose a Argentina en 1996 y dando como resultado la publicación de dos catálogos estelares hispano-argentinos, en 2001 y 2008 respectivamente.

Para el estudio de la rotación de la Tierra, el Observatorio adquiere en 1968 un astrolabio impersonal Danjon, un modelo mejorado de astrolabio de prisma con el que las observaciones estaban desprovistas de error. Desde entonces y hasta 1983, se dedica a observar parámetros de grupos estelares para definir la rotación de la Tierra: posición del polo y velocidad de rotación. Además, con este instrumento también se llevaron a cabo programas destinados a la formación de catálogos estelares y de seguimiento de algunos planetas (Marte, Júpiter, Saturno). A partir de los años ochenta, este instrumento fue perdiendo importancia en la determinación del movimiento del polo, cayendo en desuso en 1988, coincidiendo con la puesta en marcha del International Earth Rotation Service (IERS). Aun así, todavía se seguiría utilizando durante algunos años, tras ser sometido a una remodelación convirtiéndolo en un instrumento astronómico polivalente, lo que le permitía ser utilizado tanto en la medida de posiciones de estrellas y planetas, como las del Sol.

El exitoso lanzamiento del satélite astrométrico europeo GAIA en diciembre de 2013 y su puesta en operación en julio de 2014, supuso una auténtica revolución en la astrometría al observar mayor número de estrellas en menos tiempo y con precisiones mil veces mejores que las obtenidas desde Tierra con los círculos meridianos, lo que significó el fin de una larga y brillante época de la astrometría meridiana en el Observatorio.

EL PROYECTO INTERNACIONAL DE LA CARTA DEL CIELO

Durante los últimos años del siglo XIX, los trabajos astrométricos del Observatorio de San Fernando se ampliaron gracias a su participación en el gran proyecto internacional de la Carta del Cielo. Este proyecto, dirigido a catalogar los astros de la bóveda celeste fijando la posición de las estrellas por medio de la fotografía, fue propuesto por el almirante Mouchez, director del Observatorio de París a sus colegas de otros observatorios de todo el mundo en el Congreso Astrofotográfico Internacional de 1887 (también conocido como Conferencia de Astrónomos de París). El representante español en dicha reunión internacional fue Cecilio Pujazón, a la sazón director del Observatorio de San Fernando. A la vuelta de su viaje a París informó a sus superiores de la conveniencia de la participación de España en dicha empresa. Su propuesta fue aceptada por el Gobierno, que autorizó las gestiones para la adquisición e instalación de los instrumentos necesarios, teniendo en cuenta que en la reunión de París se había acordado que todos los observatorios participantes adquiriesen anteojos ecuatoriales fotográficos de similares características técnicas.

El instrumento de San Fernando, construido en París por la casa Gautier, llegó al Observatorio en noviembre de 1889. En una reunión del Comité Permanente Internacional para la ejecución de la Carta Fotográfica del Cielo, celebrada en París en 1889, se llevó a cabo el reparto definitivo de las zonas del cielo entre los dieciocho observatorios que se habían sumado al proyecto. Se decidió entonces iniciar los trabajos con una serie de observaciones dirigidas a la elaboración de un catálogo de estrellas, el catálogo astrofotográfico, para pasar más adelante a las observaciones del mapa fotográfico propiamente dicho, la carta del cielo. Siguiendo la información reseñada en las memorias anuales de actividades de Observatorio, se puede constatar que en 1894 ya habían sido realizadas en San Fernando las 1.260 placas correspondientes al Catálogo. Los clichés de la Carta, de más lenta ejecución, fueron terminados en 1923, al mismo tiempo que lo hacían Greenwich y Oxford. En 1929 fue publicado el sexto, y el último, volumen del Catálogo astrofotográfico para 1900. Sección del Observatorio de Marina de San Fernando. Declinación de -3º a -9º (San Fernando, 1921-1929). Las últimas doce cartas, de las 720 que correspondieron a San Fernando, se distribuyeron en 1940, una vez finalizada la Guerra Civil. Como se puede apreciar, el proyecto emprendido en 1887 tuvo tal magnitud que fue necesario más de medio siglo para completarlo, pero los resultados fueron espectaculares para la astronomía de la época: una fotografía completa del cielo en una época determinada y más de cinco millones de estrellas en los catálogos elaborados por los observatorios participantes.

Figura 10: El proyecto de la Carte du Ciel (1889 – 1940)

EL APOYO TÉCNICO DEL OBSERVATORIO A LA ARMADA ESPAÑOLA

Como ya hemos visto, la utilización del Observatorio como lugar idóneo para que un cierto número de oficiales de la Armada perfeccionasen sus conocimientos científicos se remonta a las últimas décadas del siglo XVIII. Esta tradición fue retomada en 1856, cuando dio comienzo en el Observatorio de San Fernando un curso de ampliación conocido como Curso de Estudios Superiores, orientado hacia la formación de una serie de oficiales de Marina que, sin abandonar totalmente su profesión, debían dedicarse a adquirir los conocimientos teóricos (matemáticas, física, idiomas) y prácticos (astronomía, geodesia) considerados necesarios por la Armada para acceder a ciertos destinos cualificados (Observatorio, Depósito Hidrográfico, tareas docentes del Colegio Naval, comisiones científicas e hidrográficas).

En el Curso de Estudios Superiores impartido en el Observatorio se prepararon los oficiales destinados a las tareas relacionadas con la reorganización de los trabajos hidrográficos españoles, que fue impulsada desde la Dirección de Hidrografía. Además, una vez organizadas las comisiones hidrográficas encargadas del levantamiento cartográfico de las costas de la Península, las Antillas y las Filipinas, al Observatorio correspondió el estudio y corrección de los datos obtenidos en los levantamientos hidrográficos, datos que después habrían de ser utilizados para elaborar las cartas de las costas españolas. Por otro lado, también habría que reseñar la labor del Observatorio como centro encargado de supervisar la adquisición de los instrumentos empleados por las comisiones y del depósito de estos cuando no estuviesen siendo utilizados en campaña.

Figura 11: Red geodésica de 1er Orden (1858-1915). La Comisión Hidrográfica de la Península levanta las costas españolas y enlaza con los trabajos del Mapa de España

Además de estas tareas docentes e hidrográficas, a lo largo del siglo XIX el Observatorio fue añadiendo a sus tareas fundacionales de observación astronómica y cálculo de efemérides una serie de funciones relacionadas con las necesidades técnicas de la Armada española, iniciándose así el trabajo en algunas disciplinas científicas que ha llegado hasta nuestros días. Entre ellas podríamos mencionar su función como Depósito de Instrumentos y Cronómetros, definitivamente reglamentada a mediados del siglo XIX en todo lo referido a la adquisición, conservación, estudio y arreglo de los cronómetros marinos. Algo parecido ocurrió con el estudio del magnetismo terrestre, directamente relacionado con el comportamiento de las agujas náuticas instaladas en los buques, para lo que el Ministerio de Marina dispuso en 1878 la creación de un Centro de Agujas Magnéticas en el Observatorio de San Fernando cuya misión sería la conservación de las agujas, el estudio de las recién adquiridas, la determinación de sus desvíos y el mantenimiento del historial de todas las agujas de la Marina.

Por otro lado, tras su asistencia a la Conferencia Internacional de Meteorología Marítima de Londres (1874), el director del Observatorio fue encargado de la elaboración de un proyecto para la creación de un servicio de meteorología marítima, formado por un centro meteorológico principal y una serie de estaciones costeras. Según el proyecto aprobado, el Centro Meteorológico, conside­rado como la estación meteorológica de primer orden, debía estar ubicado en los terrenos del Observatorio y bajo el mando del director de esta institución. El funcionamiento de este nuevo servicio prestado a la Marina desde el Observatorio quedó inaugurado en febrero de 1884, cuando el Centro Meteorológico de San Fernando inició la transmisión de un telegrama diario con el resumen del estado atmosférico y la predicción del tiempo probable, elaborado con los datos recibidos de las estaciones costeras. No obstante, existe una serie continuada de observaciones meteorológicas de gran envergadura, que se extiende desde los primero años del siglo XIX hasta nuestros días, pues estas siempre se vinieron realizando con regularidad desde entonces, para complementar las observaciones astronómicas, que siempre iban precedidas del estudio de las condiciones atmosféricas en que estas se realizaban.

En 1897, J. Milne construyó en Gran Bretaña un modelo de péndulo microsísmico fotográfico que, con el apoyo de la Asociación Británica para el Progreso de las Ciencias, fue instalado en cuarenta estaciones distribuidas por todo el mundo. Uno de estos aparatos fue instalado en el Observatorio de San Fernando, a fin de formar parte de la red de observaciones sísmicas hechas con aparatos iguales en distintas partes del mundo. De esta forma se iniciaron las primeras observaciones sísmicas realizadas con regularidad en España, dando inicio a un trabajo en este campo de la geofísica que hoy sigue a cargo de la Sección de Geofísica del Observatorio.

LA ESTACIÓN DE SEGUIMIENTO DE SATÉLITES ARTIFICIALES

Como ya ha quedado constatado, durante los siglos XVIII y XIX el estudio de algunas disciplinas científicas como la astrometría, el cálculo de efemérides, el magnetismo terrestre o la sismología dieron sus primeros pasos en España gracias al Real Observatorio de la Armada. También podríamos afirmar que, ya a mediados del siglo XX, la entrada de España en la era espacial dio sus primeros pasos en el Observatorio gracias a la instalación en su recinto de una Estación de Seguimiento de Satélites Artificiales para el registro fotográfico de las órbitas de los vehículos espaciales lanzados con motivo del Año Geofísico Internacional que habría de celebrarse entre 1957 y 1958. El proyecto, organizado por el Smithsonian Astrophysical Observatory (USA), consistió en la distribución por todo el mundo de doce estaciones de observación y seguimiento manejadas por profesionales. Cada una de estas estaciones debía estar dotada de una cámara Baker-Nunn, especialmente diseñada para el seguimiento mediante registro fotográfico de satélites artificiales muy pequeños, sin instrumentos activos a bordo y con órbitas conocidas con poca precisión. La primera en estar preparada fue la de Organ Pass en Nuevo México, donde las observaciones comenzaron en noviembre de 1957. El resto de las estaciones fueron entrando en funcionamiento durante los meses siguientes hasta que, en junio de 1958, se consiguió que todo el equipo estuviese operativo.

Las gestiones para la instalación en San Fernando de una de las doce cámaras Baker-Nunn comenzaron en los últimos meses de 1956, siendo recibida, completamente montada y puesta en funcionamiento a mediados de 1958. Con las primeras observaciones realizadas con la cámara Baker-Nunn instalada en San Fernando, llevadas a cabo durante el segundo semestre de 1958 y los primeros meses de 1959, se consiguió fotografiar con éxito el paso de los siguientes satélites artificiales: Explorer I (USA), Vanguard (USA), Sputnik III (URSS), Explorer IV (USA) y Atlas (USA). Desde julio de 1969, y por reajuste de los programas encomendados a las cámaras Baker-Nunn del Smithsonian Astrophysical Observatory, el Observatorio de San Fernando asumiría totalmente la responsabilidad del funcionamiento de la Estación de Seguimiento de Satélites Artificiales instalada en sus terrenos. A partir de entonces, participó en programas geodésicos y geofísicos globales que permitieron importantes logros científicos en ambos campos, completando así veinte años de provechosa actividad.

Figura 12: Cámara Baker-Nunn

De extraordinarias prestaciones ópticas, aunque con muchos elementos constructivos obsoletos, fue sometida a un profundo proceso de automatización y robotización entre los años 2005 y 2010, en colaboración con el Observatorio FABRA de Barcelona, pasando así a ser el primer telescopio robótico y operado en remoto instalado en España para seguimiento de satélites artificiales.

El nuevo telescopio, denominado TFRM por las iniciales de “Telescopio Fabra-ROA en el Montsec”, se dedica principalmente a la observación de la basura espacial, además de trabajar en programas de observación y seguimiento de asteroides, de detección y localización de exoplanetas y de observación de fuentes de rayos gamma.

Figura 13: Telescopio Fabra-ROA en el Montsec (2011)

En la actualidad se incluye en un contrato de suministro de datos para el Servicio de Vigilancia Espacial prestado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) a la Comisión Europea.

LA ESTACIÓN DE TELEMETRÍA LÁSER

La telemetría láser es una de las técnicas fundamentales de la geodesia moderna, que permite, entre otras muchas aplicaciones, medir la variación temporal del campo gravitatorio terrestre, al proporcionar precisión a las misiones altimétricas, y definir un sistema geocéntrico con precisión milimétrica.

La primera estación de telemetría láser instalada en el Observatorio de San Fernando tuvo lugar en 1968, como consecuencia de una campaña organizada desde Francia por el Groupe de Recherche de Geodesie Spatiale (GRGS) y el Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) para unificar criterios y sistemas de observación ante la posibilidad de establecer una red geodésica europea. Esta estación participó en diversas campañas internacionales en la década de los setenta. Posteriormente ha sufrido mejoras paulatinas, permitiéndole pasar de seguimientos exclusivamente nocturnos, a seguimientos a cualquier hora del día, además de ampliar los alcances y de mejorar la resolución hasta algunas unidades de nanosegundo (mil millonésima parte del segundo).

Desde 1997 forma parte del grupo de estaciones que participan en la definición del “Sistema Terrestre de Referencia Internacional” (ITRF), y tras la adquisición de un segundo banco láser de mayor potencia en 2017, complementa esa actividad con la de seguimiento de objetos no colaborativos dentro del mismo contrato de suministro de datos para el Servicio de Vigilancia Espacial que afecta al TFRM.  No debe perderse de vista el hecho de que esta estación es la única existente en toda la península Ibérica y norte de África, situada en un punto estratégico al poder observar con cierta exclusividad un cielo en declinaciones bajas, o adentrándose en el océano Atlántico.

Figura 14: Estación de Telemetría Láser

RESTANTE ACTIVIDAD CIENTÍFICA DE LA SECCIÓN DE GEOFÍSICA

La Sección de Geofísica como tal nace en 1924. Desde ese año y hasta la actualidad, las misiones asignadas en los campos de la sismología, el geomagnetismo y la meteorología se incrementaron debido a la aparición de los satélites artificiales, con sus diversas aplicaciones a las Ciencias de la Tierra, sumándose como un servicio más de la sección a partir de 1979.

El registro instrumental del Campo Magnético Terrestre en este observatorio tuvo su comienzo en 1879, con la instalación de la primera estación geomagnética española, iniciándose una serie magnética que es en la actualidad una de las de mayor extensión temporal. En estos momentos, la estación está integrada en la red global INTERMAGNET (International Real-Time Magnetic Observatory Net), cuyos productos se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones tales como mapeo del campo geomagnético, o la monitorización de las variables que caracterizan la meteorología espacial, entre otras.

Figura 15: Estación variométrica Adie (1879)

El registro sísmico cuenta con una amplia tradición en este Observatorio. Diversos sensores y sistemas de registro se han sucedido desde la instalación de la primera estación en 1898. En la actualidad se cuenta con dos redes permanentes de sensores para la adquisición de datos sísmicos, dando cobertura y sur peninsular, islas y norte de África (red de corto periodo y red de banda ancha). Junto a esto, el Observatorio mantiene junto a la Universidad Complutense de Madrid un conjunto de sismómetros de fondo marino (OBS) de banda ancha, que son desplegados en campañas geofísicas marinas para obtener registros próximos a las fuentes sísmicas localizadas en la mar.

Figura 16: Red de banda ancha Western Mediterranean

El trabajo en torno a los Sistemas de Posicionamiento Global comienza poco después de la aparición del GPS en los años ochenta. El observatorio incorpora equipos de observación geodésica  GPS, siendo los primeros de esas características adquiridos en España. Desde 1989, el Observatorio ha participado en numerosas campañas de observación, a las que han seguido el despliegue de diversas redes de observación. En la actualidad, el Observatorio cuenta con una estación permanente de observación GPS instalada en San Fernando (SFER), que forma parte de la red europea EUREF, así como de la red internacional IGS. Además, cuenta con una red geodésica permanente de estaciones GPS, desplegada en diferentes puntos de la geografía española, con la finalidad de estudiar las deformaciones de la corteza terrestre en la zona sur de España y Norte de África.

Figura 17: Red Geodinámica GPS

Dentro de los cometidos de esta sección se encuentra, asimismo, la participación en campañas geofísicas y geodésicas, bien sean propias o por iniciativa de otras instituciones. Destaca la participación en las campañas anuales «Zona Económica Exclusiva Española» (ZEEE), Campañas Antárticas, Campañas Geodinámicas GPS, Campañas de Perfiles Sísmicos, etc.

Figura 18: BIO Hespérides en Campaña Antártica

LA CREACIÓN DE LA SECCIÓN DE HORA

La astronomía y la medida del tiempo han estado ligadas íntimamente a lo largo de la historia de la Humanidad, pues la observación del movimiento de los astros permitió a los hombres, desde la más remota antigüedad, desarrollar métodos para la medida del tiempo.

La obtención, conservación y distribución precisa de la información horaria ha pasado por diferentes etapas, así por ejemplo, durante los siglos XVIII y XIX, la hora local se determinaba a partir de la astronomía de posición, así que únicamente los observatorios astronómicos tenían la capacidad de determinar la hora con cierta precisión, además de conservarla y difundirla mediante señales visuales. El conocimiento de la hora local resultaba suficiente para resolver la mayor parte de los problemas de la época. En lo que afecta a la navegación, el problema de la determinación de la longitud en el mar se había solucionado con unos métodos que, en resumidas cuentas, comparaban dos horas locales: la del meridiano del puerto de salida y la del lugar de observación.

La primera mitad del siglo XX se caracterizó, en lo que respecta al cómputo de la hora, por la adopción del meridiano cero, por la generalización del sistema internacional de husos horarios, y por el uso de la radiotelegrafía como medio para la distribución de señales por todo el planeta. España adopta como hora oficial española la del meridiano de Greenwich en el año 1901 (salvo las Islas Canarias, que lo adoptan formalmente en 1926). El organismo pionero en la emisión de señales horarias fue la Oficina de Longitudes francesa, que emitía desde la Torre Eiffel (1909). El Observatorio de San Fernando dispuso de estación receptora de señales radiotelegráficas, sistema Marconi, desde el año 1915, lo que le permitía efectuar un control externo del comportamiento de sus péndulos, con independencia del control local derivado del estudio astronómico de la hora.

Desde 1928, a partir de un equipamiento encargado algún año atrás a la Compañía Nacional Telegrafía sin Hilos, el Observatorio transmite señales horarias tanto para los navegantes como para otros usuarios que las usan en diversas investigaciones, como la mejora en la precisión de la determinación de longitudes, el estudio de las irregularidades de la rotación de la Tierra, las determinaciones prácticas de la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas, la comprobación de determinadas teorías geodésicas y, sobre todo, la definición y distribución del segundo de efemérides como unidad de medida de tiempo y la intercomparación a distancia de distintos patrones de tiempo y frecuencia. El servicio de emisión de señales horarias se mantuvo sin interrupción hasta el año 1950, retomándose en los años setenta y hasta principios del presente siglo.

Figura 19: Primera estación receptora (1915)

Durante los primeros años del siglo XX, se generalizaría en los observatorios astronómicos el uso de péndulos eléctricos caracterizados por funcionar en un ambiente a presión constante, conseguido mediante un cilindro de fundición o de bronce, donde se producía la oscilación del péndulo, y una campana neumática de vidrio, en la que iba alojada la maquinaria. En San Fernando, el primero de estos aparatos fue recibido en 1920. Se trataba de un péndulo Clemens Riefler, que fue instalado en una cámara con las paredes forradas en corcho para aislarlo de las variaciones de temperatura. Hacia 1930, con el citado reloj adquirido a la casa Riefler unos años antes, y utilizando los otros péndulos existentes en el Observatorio, fue organizado por primera vez el Servicio de Hora del Observatorio de San Fernando.

Figura 20: Péndulo eléctrico a presión cte. (1920)

El siguiente paso en el avance de la técnica relojera se produjo con la introducción de los relojes de péndulo libre. Con ellos, el error acumulado a lo largo de un año quedó reducido a un segundo, lo que significó un sustancial progreso frente al error de un segundo cada diez días propio de los péndulos tradicionales. Ello explica el hecho de que, en muy pocos años, este nuevo tipo de relojes desplazase de los servicios de hora de los observatorios a los péndulos astronómicos tradicionales. El Observatorio de San Fernando contó en su Servicio de Hora con dos de estos aparatos construidos en Londres por William Shortt, que llegarían en los años 1935 y 1952 respectivamente. En 1957, el Observatorio reorganiza su Servicio de Hora para participar en la segunda Campaña Internacional de Longitudes, y comunica al Bureau International de l’Heure la puesta en marcha de este servicio dentro de la Sección de Astronomía, y su determinación de iniciar colaboraciones internacionales en este campo, lo cual ha venido haciendo de manera activa hasta nuestros días.

Figura 21: Péndulo Shortt, a presión y temperatura constante (1935)

Con la generalización del uso de este tipo de péndulos pudo quedar constatada la falta de regularidad de la rotación de la Tierra. Poco después llegaría el desarrollo e incorporación de los relojes de cuarzo a los servicios de hora de los observatorios, permitiéndoles la conserva­ción del tiempo dentro de la milésima de segundo, de ahí el que la dirección del Observatorio determinara la adquisición en 1953 de dos de estos aparatos, de la casa Belin, para integrarlos en el Servicio de Hora junto a los péndulos de Shortt. Con posterioridad se integrarían en este servicio otros cuatro relojes de cuarzo.

Figura 22: Primeros relojes de cuarzo (1953)

El perfeccionamiento de los relojes de cuarzo y el desarrollo de los relojes atómicos, a mediados del siglo XX, hicieron innecesaria la observación astronómica para el control de los relojes y de la conservación y distribución de la hora. La observación astronómica seguía siendo necesaria, no obstante para el estudio del tiempo rotacional y el tiempo de efemérides.

Todos estos avances en la metrología de tiempo y frecuencia, llevaron a la XIII Conferencia General de Pesas y Medidas, celebrada en 1967, a adoptar ofi­cial­mente una definición física del segundo basada en la frecuencia de radiación correspondiente a determinada transición electrónica en el átomo de cesio. En 1971 se crea en el Observatorio la llamada Sección de Hora, que acogería en su seno las tareas del Servicio de Hora dependiente hasta entonces de la Sección de Astronomía. Muy poco tiempo después, en 1972, comenzaron a funcionar los dos primeros relojes atómicos, de la marca Oscillatum, con los que se introducía definiti­vamente en este Observato­rio, y en España, una base para la medida del tiempo basada en las propiedades físicas del átomo.

Figura 23: Primeros relojes atómicos (1972)

Desde entonces, esta sección participó en importantes proyectos internacionales relacionados con la distribución precisa de la hora y con la sincronización de relojes a distancia, como la campaña de sincronización por sobrevuelo efectuada entre los Observatorios de Paris y San Fernando en 1977. Asimismo, paulatinamente fue incorporando nuevos patrones atómicos, cada vez más modernos y de mejores prestaciones metrológicas, hasta constituir la batería de patrones disponible hoy día, compuesta por dos máseres de hidrógeno activo, y cinco patrones de haz de cesio de altas prestaciones, todos ellos de Microsemi. Estos equipos, junto a los sistemas de distribución interna y de monitorización, los de transferencia de tiempo (basados en GNSS, mediante métodos AV-P3 y PPP, o en satélites de comunicaciones, mediante dos vías –TWSTFT–) y los de diseminación (vía Internet, mediante protocolo NTP, o basados en GNSS, mediante CV) permiten definir, mantener y difundir la Escala de Tiempo Universal Coordinado de San Fernando (UTC(ROA)), labor que se efectúa desde el 1974. UTC(ROA) constituye la base de la hora legal española desde 1976 (R.D. 2781/1976, y posteriormente R.D. 1308/1992).

Figura 24: Sala de relojes atómicos

Esta sección también cuenta en la actualidad con una estación permanente de observación GNSS,  designada ROAG, con la que contribuye a la red «International GNSS Service» (IGS).

Como consecuencia de su principal actividad, esta sección se ha erigido como laboratorio considerado tipo 1, junto a los laboratorios alemán (PTB) y francés (OP), en la calibración de enlaces de tiempo GNSS del resto de países europeos. Es además el líder y coordinador de las actividades de calibración que organizan y conducen los tres laboratorios antes citados.

Asimismo, desde 2010 toma un papel preponderante en el proyecto europeo Galileo proveyendo tiempo (junto a otros cuatro laboratorios europeos) y liderando las campañas de calibración de los enlaces de tiempo TWSTFT, entre estos cinco laboratorios y los dos Centros de Control Galileo. Esta labor se extenderá hasta finales del 2026. También interviene en otros proyectos relacionados con Galileo y con el  Sistema de Aumentación Basado en Satélites EGNOS, en la parte relacionada con el tiempo.

Figura 25: Estación viajera TWSTFT en su visita al ROA durante la última campaña de calibración

En estos momentos, la sección afronta un importante proyecto de desarrollo de un patrón óptico de laboratorio, que le permitirá mejorar en varios órdenes de magnitud la realización práctica de la unidad básica de tiempo del Sistema Internacional de unidades, con su correspondiente mejora en la definición de UTC(ROA), y consecuentemente en la hora oficial española.

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