Planetario

Al antiguo polímata griego Arquímedes se le atribuye la creación de un dispositivo planetario primitivo que podía predecir los movimientos del Sol , la Luna y los planetas. ^{[ 6 ] [ 7 ]} El descubrimiento del mecanismo de Anticitera demostró que tales dispositivos ya existían en la antigüedad , aunque probablemente después de la vida de Arquímedes. Campano de Novara describió un ecuador planetario en su Theorica Planetarum e incluyó instrucciones sobre cómo construir uno. El Globo de Gottorf , construido alrededor de 1650, tenía constelaciones pintadas en su interior. ^{[ 8 ]} Estos dispositivos hoy en día se denominarían generalmente orrerios (llamados así por el Conde de Orrery ). De hecho, muchos planetarios actuales cuentan con orrerios de proyección, que proyectan sobre la cúpula el Sistema Solar (incluidos el Sol y los planetas hasta Saturno ) en sus órbitas regulares .

En 1229, tras la conclusión de la Quinta Cruzada , el emperador del Sacro Imperio Romano Germánico Federico II de Hohenstaufen trajo consigo una tienda con agujeros dispersos que representaban estrellas o planetas . El dispositivo se operaba internamente mediante una mesa giratoria que hacía rotar la tienda. ^{[ 9 ]}

El pequeño tamaño de los planetarios típicos del siglo XVIII limitaba su impacto, y hacia finales de ese siglo, varios educadores intentaron crear una versión de mayor tamaño. Los esfuerzos de Adam Walker (1730-1821) y sus hijos son notables por su intento de fusionar las ilusiones teatrales con la educación. El Eidouranion de Walker era el centro de sus conferencias públicas o presentaciones teatrales. El hijo de Walker describe esta "máquina elaborada" como "de veinte pies de altura y veintisiete de diámetro: se alza verticalmente ante los espectadores, y sus globos son tan grandes que se ven con claridad en las partes más alejadas del teatro. Cada planeta y satélite parece suspendido en el espacio, sin ningún soporte; realizando sus revoluciones anuales y diurnas sin ninguna causa aparente". Otros conferenciantes promocionaron sus propios dispositivos: R. E. Lloyd anunció su Dioastrodoxon, o Gran Planetario Transparente, y en 1825 William Kitchener ofrecía su Ouranologia, que tenía 42 pies (13 m) de diámetro. Es muy probable que estos dispositivos sacrificaran la precisión astronómica en aras de un espectáculo que complaciera al público y de imágenes sensacionales e impresionantes. 

El planetario más antiguo que aún funciona se encuentra en la ciudad frisona de Franeker . Fue construido por Eise Eisinga (1744-1828) en la sala de estar de su casa. Eisinga tardó siete años en construir su planetario, que se completó en 1781. ^{[ 10 ]}

En 1905, Oskar von Miller (1855-1934), del Deutsches Museum de Múnich, encargó a M. Sendtner versiones actualizadas de un planetario mecánico y un orrery de engranajes. Posteriormente, colaboró ​​con Franz Meyer, ingeniero jefe de la fábrica óptica Carl Zeiss en Jena , en el mayor planetario mecánico jamás construido, capaz de mostrar tanto el movimiento heliocéntrico como el geocéntrico . Este se exhibió en el Deutsches Museum en 1924, tras la interrupción de su construcción por la guerra. Los planetas se desplazaban sobre raíles aéreos impulsados ​​por motores eléctricos: la órbita de Saturno tenía un diámetro de 11,25 m. Se proyectaban 180 estrellas en la pared mediante bombillas eléctricas.

Mientras se construía, von Miller también trabajaba en la fábrica de Zeiss con el astrónomo alemán Max Wolf , director del observatorio Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl de la Universidad de Heidelberg , en un diseño nuevo e innovador, inspirado en el trabajo de Wallace W. Atwood en la Academia de Ciencias de Chicago y en las ideas de Walther Bauersfeld y Rudolf Straubel ^{[ 11 ]} en Zeiss . El resultado fue un diseño de planetario que generaría todos los movimientos necesarios de las estrellas y los planetas dentro del proyector óptico, y que se montaría en el centro de una sala, proyectando imágenes sobre la superficie blanca de un hemisferio. En agosto de 1923, el primer planetario Zeiss (Modelo I) proyectó imágenes del cielo nocturno sobre el revestimiento de yeso blanco de una cúpula hemisférica de hormigón de 16 m, erigida en el techo de la fábrica de Zeiss. La primera exhibición pública oficial tuvo lugar en el Deutsches Museum de Múnich el 21 de octubre de 1923. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

El Planetario Zeiss se hizo popular y atrajo mucha atención. Posteriormente se inauguraron planetarios Zeiss en Roma (1928, en el Aula Ottagona , parte de las Termas de Diocleciano ), Chicago (1930) y Osaka (1937, en el Museo de Ciencias de la Electricidad de la Ciudad de Osaka ) . ^{[ 13 ]}

Tras la guerra, cuando Alemania se dividió en Alemania Oriental y Occidental, la empresa Zeiss también se dividió. Una parte permaneció en su sede tradicional en Jena , en Alemania Oriental , y la otra se trasladó a Alemania Occidental . El diseñador de los primeros planetarios de Zeiss, Walther Bauersfeld , también se trasladó a Alemania Occidental junto con los demás miembros del equipo directivo de Zeiss. Allí permaneció en el equipo directivo de Zeiss West hasta su fallecimiento en 1959.

La empresa de Alemania Occidental reanudó la fabricación de planetarios grandes en 1954, y la de Alemania Oriental comenzó a fabricar planetarios pequeños unos años después. Mientras tanto, la escasez de fabricantes de planetarios propició varios intentos de construcción de modelos únicos, como el construido por la Academia de Ciencias de California en Golden Gate Park , San Francisco , que funcionó entre 1952 y 2003. Los hermanos Korkosz construyeron un gran proyector para el Museo de Ciencias de Boston , que fue único por ser el primer (y durante mucho tiempo el único) planetario en proyectar el planeta Urano . La mayoría de los planetarios ignoran a Urano, considerándolo apenas visible a simple vista.

La carrera espacial de las décadas de 1950 y 1960 supuso un gran impulso para la popularidad de los planetarios en todo el mundo, ya que el temor a que Estados Unidos pudiera perderse las oportunidades que ofrecía la nueva frontera espacial impulsó un programa masivo para instalar más de 1200 planetarios en las escuelas secundarias estadounidenses.

Armand Spitz reconoció que existía un mercado viable para planetarios pequeños y económicos. Su primer modelo, el Spitz A, fue diseñado para proyectar estrellas desde un dodecaedro , reduciendo así los costos de mecanizado en la creación de un globo terráqueo. ^{[ 14 ]} Los planetas no estaban mecanizados, pero podían moverse manualmente. Le siguieron varios modelos con diversas capacidades mejoradas, hasta que el A3P, que proyectaba más de mil estrellas, contaba con movimientos motorizados para el cambio de latitud, el movimiento diario y el movimiento anual del Sol, la Luna (incluidas las fases) y los planetas. Este modelo se instaló en cientos de escuelas secundarias, universidades e incluso pequeños museos desde 1964 hasta la década de 1980.

Japón incursionó en la fabricación de planetarios en la década de 1960, con Goto y Minolta comercializando con éxito diversos modelos. Goto tuvo un éxito particular cuando el Ministerio de Educación japonés instaló uno de sus modelos más pequeños, el E-3 o E-5 (los números se refieren al diámetro métrico de la cúpula), en todas las escuelas primarias de Japón.

Phillip Stern, antiguo profesor del Planetario Hayden de Nueva York , tuvo la idea de crear un pequeño planetario programable. Su modelo Apollo se presentó en 1967 con un panel de programación de plástico, una conferencia grabada y una tira de película. Incapaz de costearlo él mismo, Stern se convirtió en jefe de la división de planetarios de Viewlex , una empresa audiovisual de tamaño mediano en Long Island . Se crearon unos treinta programas pregrabados para distintos niveles educativos y para el público en general, mientras que los operadores podían crear los suyos propios o realizar las proyecciones en directo. Los compradores del Apollo podían elegir entre dos programas pregrabados y adquirir más. Se vendieron unos cientos, pero a finales de la década de 1970 Viewlex quebró por motivos ajenos al negocio de los planetarios.

Durante la década de 1970, el sistema de cine OmniMax (ahora conocido como IMAX Dome) fue concebido para funcionar en pantallas de planetario. Más recientemente, algunos planetarios se han reinventado como cines domo , ofreciendo una programación más amplia que incluye películas en pantalla panorámica o envolvente, vídeo fulldome y espectáculos láser que combinan música con patrones dibujados con láser.

Learning Technologies Inc., con sede en Massachusetts, ofreció el primer planetario fácilmente portátil en 1977. Philip Sadler diseñó este sistema patentado que proyectaba estrellas, figuras de constelaciones de diversas mitologías , sistemas de coordenadas celestes y mucho más, a partir de cilindros extraíbles (Viewlex y otras empresas lanzaron posteriormente sus propias versiones portátiles).

Cuando Alemania se reunificó en 1989, las dos empresas Zeiss hicieron lo mismo y ampliaron su oferta para abarcar cúpulas de muchos tamaños diferentes.

En 1983, Evans & Sutherland instaló el primer proyector de planetario digital con gráficos por computadora ( Planeario Hansen , Salt Lake City, Utah). El proyector Digistar I utilizaba un sistema de gráficos vectoriales para mostrar campos estelares y dibujos lineales . Esto le brinda al operador una gran flexibilidad para mostrar no solo el cielo nocturno moderno visible desde la Tierra , sino también desde puntos muy distantes en el espacio y el tiempo. Las generaciones más recientes de proyectores de planetario, comenzando con el Digistar 3 , ofrecen tecnología de video de cúpula completa . Esto permite la proyección de cualquier imagen.

• Ejemplos de cúpulas de planetarios
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  El Gran Planetario Zeiss de Berlín, 1987.
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  La cúpula del Planetario de Atenas .
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  El Planetario de Hamburgo
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  La cúpula del Planetario de la Universidad de Vilna .
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  Interior del Planetario ubicado en la Fábrica de Ciencias (Vitenfabrikken) en Sandnes , Noruega .
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  Cúpula del Planetario del Centro de Ciencias de la Biblioteca de Alejandría
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  Una pequeña cúpula inflable portátil para planetario.
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  Proyector de campo estelar GM-II en el planetario Priyadarshini , Trivandrum , India
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  Planetario Priyadarshini , Trivandrum , India
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  Planetario , Copenhague , Dinamarca

Las cúpulas de los planetarios varían en tamaño, desde 3 hasta 35 metros de diámetro , y tienen capacidad para entre 1 y 500 personas. Pueden ser permanentes o portátiles, según la aplicación.

• Las cúpulas inflables portátiles se pueden inflar en minutos. Este tipo de cúpulas se utilizan a menudo en planetarios itinerantes que visitan, por ejemplo, escuelas y centros comunitarios.
• Es posible construir estructuras temporales utilizando segmentos de plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV) atornillados entre sí y montados sobre un armazón. Dado que su construcción puede llevar varias horas, son más adecuadas para aplicaciones como stands de exposiciones, donde una cúpula permanecerá instalada durante al menos varios días.
• Las cúpulas inflables de presión negativa son adecuadas para algunas situaciones semipermanentes. Utilizan un ventilador para extraer el aire de la parte posterior de la superficie de la cúpula, permitiendo que la presión atmosférica la moldee hasta darle la forma correcta.
• Las cúpulas permanentes más pequeñas suelen construirse con plástico reforzado con fibra de vidrio. Este material es económico, pero, dado que la superficie de proyección refleja tanto el sonido como la luz, la acústica en su interior puede reducir su utilidad. Además, una cúpula tan sólida presenta problemas relacionados con la calefacción y la ventilación en un planetario con gran afluencia de público, ya que el aire no puede circular a través de ella.
• Las cúpulas de los planetarios más antiguos se construían con materiales de construcción tradicionales y se recubrían con yeso . Este método es relativamente caro y presenta los mismos problemas acústicos y de ventilación que el PRFV (plástico reforzado con fibra de vidrio).
• La mayoría de las cúpulas modernas se construyen con perfiles delgados de aluminio y nervaduras que proporcionan una estructura de soporte en la parte posterior. ^{[ 15 ]} El uso de aluminio facilita la perforación de la cúpula con miles de pequeños orificios. Esto reduce la reflexión del sonido hacia el público (proporcionando mejores características acústicas), permite que un sistema de sonido proyecte el sonido a través de la cúpula desde atrás (ofreciendo un sonido que parece provenir de direcciones apropiadas relacionadas con el espectáculo) y permite la circulación de aire a través de la superficie de proyección para el control climático.

El realismo de la experiencia visual en un planetario depende significativamente del rango dinámico de la imagen, es decir, del contraste entre la luz y la oscuridad. Esto puede ser un desafío en cualquier entorno de proyección con cúpula, ya que una imagen brillante proyectada en un lado de la cúpula tiende a reflejar la luz hacia el lado opuesto, elevando el nivel de negro en esa zona y, por lo tanto, haciendo que la imagen en su conjunto parezca menos realista. Dado que las proyecciones tradicionales de planetario consistían principalmente en pequeños puntos de luz (por ejemplo, estrellas) sobre un fondo negro, esto no representaba un problema significativo, pero se convirtió en un problema cuando los sistemas de proyección digital comenzaron a llenar grandes porciones de la cúpula con objetos brillantes (por ejemplo, imágenes grandes del sol en contexto). Por esta razón, las cúpulas de los planetarios modernos a menudo no se pintan de blanco, sino de un color gris medio, lo que reduce la reflexión a un 35-50 % aproximadamente. Esto aumenta el nivel de contraste percibido.

Uno de los mayores desafíos en la construcción de cúpulas es lograr que las juntas sean lo más invisibles posible. Pintar una cúpula después de su instalación es una tarea compleja, y si se realiza correctamente, las juntas pueden llegar a ser prácticamente imperceptibles.

Tradicionalmente, las cúpulas de los planetarios se montaban horizontalmente, alineándose con el horizonte natural del cielo nocturno. Sin embargo, dado que esta configuración requiere butacas muy inclinadas para una visión cómoda "directamente hacia arriba", cada vez se construyen más cúpulas inclinadas entre 5 y 30 grados con respecto a la horizontal para mayor comodidad. Las cúpulas inclinadas suelen crear un punto óptimo de visión, situado en el centro, aproximadamente a un tercio de la altura desde el punto más bajo. Generalmente, las cúpulas inclinadas tienen asientos dispuestos en filas rectas escalonadas, al estilo de un estadio; las cúpulas horizontales suelen tener asientos en filas circulares, dispuestas en conjuntos concéntricos (mirando hacia el centro) o epicéntricos (mirando hacia el frente).

En ocasiones, los planetarios incluyen controles como botones o joysticks en los reposabrazos de los asientos para permitir que el público interactúe con el espectáculo en tiempo real .

A menudo, alrededor del borde de la cúpula (la "cúpula") se encuentran:

• Siluetas de elementos geográficos o edificios similares a los que se encuentran en los alrededores del planetario.
• Iluminación para simular el efecto del crepúsculo o la contaminación lumínica urbana .

Tradicionalmente, los planetarios necesitaban numerosas lámparas incandescentes alrededor de la cúpula para facilitar la entrada y salida del público, simular el amanecer y el atardecer , y proporcionar luz para la limpieza de la cúpula. Más recientemente, la iluminación LED de estado sólido se ha vuelto disponible, lo que reduce significativamente el consumo de energía y las necesidades de mantenimiento, ya que las lámparas ya no necesitan cambiarse con regularidad.

El planetario mecánico más grande del mundo se encuentra en Mónico, Wisconsin. Llamado Planetario Kovac, tiene 6,7 metros de diámetro y pesa dos toneladas. El globo está hecho de madera y funciona con un motor de velocidad variable. Este es el planetario mecánico más grande del mundo, mayor que el Globo Atwood de Chicago (4,6 metros de diámetro) y un tercio del tamaño del Planetario Hayden.

Algunos planetarios modernos cuentan ahora con un suelo de cristal , que permite a los espectadores situarse cerca del centro de una esfera rodeada de imágenes proyectadas en todas direcciones, dando la impresión de flotar en el espacio exterior . Por ejemplo, un pequeño planetario en AHHAA en Tartu , Estonia, cuenta con una instalación de este tipo, con proyectores especiales para imágenes situadas debajo de los pies del público, así como sobre sus cabezas. ^{[ 16 ]}

Un proyector Zeiss en un planetario de Berlín durante una función en 1939.

Proyector Zeiss en el Planetario Dow de Montreal.

Un moderno proyector Zeiss con forma de huevo (UNIVERSARIUM Mark IX) en el planetario de Hamburgo.

Proyector Zeiss en el Planetario de Kiev

Los sistemas de proyección de planetarios tradicionales utilizan una esfera hueca con una luz en su interior y un pequeño orificio para cada estrella, de ahí su nombre: «esfera estelar». Con algunas de las estrellas más brillantes (por ejemplo, Sirio , Canopus , Vega ), el orificio debe ser tan grande para permitir el paso de suficiente luz que se requiere una pequeña lente en su interior para enfocar la luz en un punto nítido sobre la cúpula. En las esferas estelares de planetarios más recientes y modernas, cada estrella brillante suele tener proyectores individuales, con forma de pequeñas linternas de mano, con lentes de enfoque específicas. Unos interruptores de contacto impiden que los proyectores proyecten por debajo del horizonte.

La esfera estelar suele montarse de forma que pueda girar en su conjunto para simular la rotación diaria de la Tierra y modificar la latitud simulada. También suele haber un mecanismo de rotación para producir el efecto de la precesión de los equinoccios . A menudo, una de estas esferas se fija en su polo eclíptico sur . En ese caso, la vista no puede extenderse tanto hacia el sur como para que la zona sin iluminar resultante en el sur se proyecte en la cúpula. Algunos proyectores estelares tienen dos esferas en los extremos opuestos, como una mancuerna . En ese caso, se pueden mostrar todas las estrellas y la vista puede abarcar cualquiera de los polos o cualquier punto intermedio. Sin embargo, es importante asegurarse de que los campos de proyección de las dos esferas coincidan en sus puntos de encuentro o superposición.

Los proyectores de planetario más pequeños incluyen un conjunto de estrellas fijas, el Sol, la Luna y los planetas, así como diversas nebulosas . Los proyectores más grandes también incluyen cometas y una selección mucho mayor de estrellas. Se pueden añadir proyectores adicionales para mostrar el crepúsculo alrededor de la pantalla (con escenas urbanas o rurales) y la Vía Láctea . Otros añaden líneas de coordenadas y constelaciones , diapositivas fotográficas, proyecciones láser y otras imágenes.

Cada planeta es proyectado por un foco de luz de alta precisión que crea un punto de luz en la cúpula. Los proyectores de planetas deben tener engranajes para ajustar su posición y simular así los movimientos de los planetas. Estos pueden ser de los siguientes tipos:

• Copernicano . El eje representa el Sol. La pieza giratoria que representa cada planeta lleva una luz que debe ser dispuesta y guiada para que gire de manera que siempre apunte hacia la pieza giratoria que representa la Tierra. Esto presenta problemas mecánicos, entre ellos:

  Las luces de los planetas deben alimentarse mediante cables, que tienen que doblarse a medida que los planetas giran, y doblar repetidamente el cable de cobre tiende a provocar que se rompa debido a la fatiga del metal .

  Cuando un planeta se encuentra en oposición a la Tierra, su luz puede ser bloqueada por el eje central del mecanismo. (Si el mecanismo planetario se ajusta girado 180° con respecto a la realidad, la luz es transportada por la Tierra y brilla hacia cada planeta, y el riesgo de bloqueo se produce en conjunción con la Tierra).

• Ptolemaico . Aquí, el eje central representa la Tierra. Cada luz planetaria se encuentra sobre una montura que gira únicamente alrededor del eje central y es orientada por una guía controlada por un deferente y un epiciclo (o como los denomine el fabricante del planetario). En este caso, es necesario revisar los valores numéricos de Ptolomeo para eliminar la rotación diaria, que en un planetario se tiene en cuenta de otra manera. (En un planetario, esto requirió constantes orbitales de tipo ptolemaico para Urano , que Ptolomeo desconocía).
• Controlado por ordenador. Aquí, todas las luces planetarias están montadas sobre soportes que giran únicamente sobre el eje central y son dirigidas por un ordenador .

A pesar de ofrecer una buena experiencia visual, los proyectores de estrellas tradicionales presentan varias limitaciones inherentes. Desde un punto de vista práctico, los bajos niveles de luz requieren varios minutos para que el público adapte su vista a la oscuridad . La proyección de estrellas se ve limitada en términos educativos por su incapacidad para ir más allá de una visión terrestre del cielo nocturno. Finalmente, en la mayoría de los proyectores tradicionales, los diversos sistemas de proyección superpuestos son incapaces de realizar una ocultación adecuada . Esto significa que una imagen de un planeta proyectada sobre un campo estelar (por ejemplo) seguirá mostrando las estrellas brillando a través de la imagen del planeta, lo que degrada la calidad de la experiencia visual. Por razones similares, algunos planetarios muestran las estrellas por debajo del horizonte proyectándolas en las paredes bajo la cúpula o en el suelo, o (con una estrella brillante o un planeta) brillando en los ojos de alguien del público.

Sin embargo, la nueva generación de proyectores óptico-mecánicos que utilizan tecnología de fibra óptica para mostrar las estrellas ofrece una visión mucho más realista del cielo.

Un número creciente de planetarios está utilizando tecnología digital para reemplazar todo el sistema de proyectores interconectados que tradicionalmente se empleaba alrededor de una esfera estelar, con el fin de superar algunas de sus limitaciones. Los fabricantes de planetarios digitales afirman que estos sistemas reducen los costos de mantenimiento y aumentan la fiabilidad en comparación con las tradicionales "esferas estelares", ya que emplean pocas piezas móviles y, por lo general, no requieren la sincronización del movimiento a través de la cúpula entre varios sistemas independientes. Algunos planetarios combinan la proyección optomecánica tradicional con tecnologías digitales en la misma cúpula.

En un planetario totalmente digital, la imagen de la cúpula se genera mediante un ordenador y luego se proyecta sobre ella utilizando diversas tecnologías, como tubos de rayos catódicos , pantallas LCD , proyectores DLP o láser . A veces se emplea un único proyector montado cerca del centro de la cúpula con una lente ojo de pez para distribuir la luz por toda la superficie, mientras que en otras configuraciones se disponen varios proyectores alrededor del horizonte de la cúpula para que se integren a la perfección.

Los sistemas de proyección digital funcionan creando la imagen del cielo nocturno mediante una gran matriz de píxeles . En general, cuantos más píxeles pueda mostrar un sistema, mejor será la experiencia visual. Si bien la primera generación de proyectores digitales no lograba generar suficientes píxeles para igualar la calidad de imagen de los mejores proyectores tradicionales de "bola de estrellas", los sistemas de alta gama actuales ofrecen una resolución que se acerca al límite de la agudeza visual humana .

Los proyectores LCD tienen limitaciones fundamentales en su capacidad para proyectar negro puro y luz, lo que ha tendido a limitar su uso en planetarios. Los proyectores LCOS y LCOS modificados han mejorado las relaciones de contraste de los LCD , eliminando además el efecto de "rejilla" de los pequeños espacios entre los píxeles LCD. Los proyectores DLP de "chip oscuro" mejoran el diseño DLP estándar y pueden ofrecer una solución relativamente económica con imágenes brillantes, pero el nivel de negro requiere el aislamiento físico de los proyectores. A medida que la tecnología madura y se reduce el precio, la proyección láser se presenta prometedora para la proyección en domo, ya que ofrece imágenes brillantes, un amplio rango dinámico y un espacio de color muy amplio .