El Astrolabio

Hace un tiempo estaba trabajando en el taller que tengo montado en el sótano de mi casa cuando bajó mi hijo a ver que hacía.
– ¿Qué estás haciendo papá?.- A lo que yo contesto.
– Un astrolabio-.
– ¡Y eso, para que sirve?-
– Buena pregunta, hijo mio…. Buena pregunta.

Es curioso lo que ocurre cuando alguien me pregunta por el último artilugio que he construido llamado astrolabio. Lo chocante no es el tipo de reacción que expresa la gente cuando contesto a las preguntas que van haciendo, lo curioso es que esta reacción es siempre la misma.

A la pregunta inicial de -¿Que estás fabricando?-, se sucede una conversación cuyas preguntas y respuestas son siempre las mismas.

Paso a hacer una transcripción de lo que viene a ser una conversación tipo cuando alguien se interesa por el artilugio.
-Que haces?.-
-Un astrolabio.- Contesto.

Parece ser que todo el mundo ha oído hablar de él pero casi nadie tiene claro que es exactamente o para que sirve, así que, la siguiente pregunta obligada es:
-Y para que sirve un astrolabio?.-

Como ya tengo algo de experiencia en el asunto procuro no entrar en demasiados detalles técnicos (que por otra parte yo no domino del todo) y hago una explicación general de su funcionamiento. Comento que básicamente se trata de un instrumento que da información de posición o de tiempo a modo de un sistema de doble entrada.
– Me explico. Si conoces la fecha y hora, él te da posición de ciertas estrellas o del sol en el firmamento y viceversa, si sabes una posición determinada de un astro, te da información de fecha y hora.

– El interesado (o interesada) piensa unos segundos y en el 100 % de los casos, vuelve a repetirse la misma pregunta.
– Si bien… pero eso para que sirve?.

Después de intentar responder esa pregunta de varias maneras he optado por quedarme con el símil de la caña y el pescador. Lo primero que puntualizo es que un astrolabio es un instrumento propio de un astrónomo o de alguien familiarizado con la astronomía.

-Imagínate que te enseñan una caña de pescar moderna y te explican sus diferentes partes así como su funcionamiento. Seguro que será para ti más fácil entender la explicación, si eres pescador o por lo menos tienes nociones de pesca. De no ser ese tu caso, es probable que te pierdas los detalles técnicos o incluso te hagas la pregunta de para que quieres pescar peces si los venden en las pescaderías.

Llegados a este punto y como deduzco que hasta la fecha no he topado con ningún astrónomo ni aficionado, la reacción del interesado (o interesada) nuevamente se repite. Después de unos segundos y tras asimilar la información, dan por zanjado el asunto y con una expresión mezcla de asombro, reconocimiento y la idea de que al final siguen sin saber para que sirve un astrolabio, dicen:
-Muy interesante… me gusta.-

Yo no soy precisamente un aficionado a la astronomía y mis conocimientos de la misma son bastante escasos.

La razón por la que decidí hacer un astrolabio nunca fue para utilizarlo una vez terminado. Lo hice porque quería conocer más a fondo su historia y funcionamiento y, como leí en un tratado sobre el tema que la mejor manera de entender el concepto es fabricando uno, me puse manos a la obra.

Como instrumento, me pareció muy interesante el concepto en si, capaz de dar información precisa además de ser estéticamente atractivo, al igual que los relojes que han sido mi pasión durante bastantes años. Un astrolabio suponía un reto que me permitía poner en práctica habilidades diversas como manejo de máquinas para mecanización o técnicas de grabación artística a mano sobre metal.

Una vez que se decide emprender un proyecto, sea del tipo que sea, la primera tarea es la recopilación de información sobre técnicas de diseño, construcción, tipos, variedades… Hoy en día la fuente principal de búsqueda sobre cualquier cosa, por supuesto, es Internet, así que esta historia empieza tecleando en Google la paraba “astrolabio”.

En condiciones normales la información sobre cualquier cosa, disponible en la red es inmensa y la mayor parte de las veces el trabajo de recopilación y criba supone una larga y tediosa tarea. En el caso concreto del astrolabio tengo que reconocer que me sorprendió cuando inicié las pesquisas por internet.

Muchos de los artículos que encontré explicaban de forma somera el funcionamiento así como de las partes de que consta y hacían referencia a breves reseñas históricas. En ninguno se entraba en detalles de como diseñarlo o dibujarlo y mucho menos del procedimiento de construcción de uno en metal.Por supuesto hay páginas donde un programa dibuja las partes del mismo para que luego se pueda imprimir en cartulina y de ese modo obtienes un astrolabio totalmente funcional y muy barato.

Pero ese no era el caso.

La solución llegó por mediación de un conocido de otro conocido que, de forma categórica, me comentó que buscara el libro “The Astrolabe” de James E.Morrison, -Todo lo que hay que saber acerca de astrolabios se encuentra ahí-.

Así lo hice. Encargue el libro por Internet (Quiero comentar que los libros técnicos no son baratos) y después de leerlo o más bien estudiarlo, me di cuenta de que efectivamente está todo ahí. Se trata de un tratado exhaustivo sobre astrolabios que recopila el trabajo de una persona durante tres décadas. Trata en extensión y rigor todos los aspectos relacionados con este instrumento;  Historia, cálculo y diseño de sus diferentes partes a través de diferentes métodos.

Manejo y aplicaciones prácticas con ejemplos.  Tipos y variantes.  Incluso hay una sección dedicada al astrolabio del siglo XXI con ejemplos de programas en lenguaje “C” para poder programar un astrolabio funcional en una computadora.

Todo lo necesario para fabricar mi astrolabio y para escribir esta sección lo he sacado de este libro, y aconsejo a todo aquel interesado en el tema que lo tenga en consideración como obligada referencia.

Por supuesto, el libro no hace mención a técnicas de trabajo en metal. No es objeto del mismo incluir nociones sobre manejo de torno o fresadora, por ejemplo, para realizar las diferentes partes del astrolabio.–

Pero… ¿Que es un astrolabio?

Básicamente es un instrumento astronómico que se utiliza para resolver problemas relacionados con tiempo y fecha, así como con la posición del sol y de ciertas estrellas.

El nombre viene del griego “aster” que significa estrella y “lambanein” que significa capturar, apoderarse de, agarrar y de sus derivados comprender o entender. Ambos nombres significarían instrumento para entender las estrellas. El astrolabio es tanto un mapa del firmamento como un calculador portátil para resolver problemas de índole astronómica.

Existen de varios tipos, pero el más común es el astrolabio planisférico, que al igual que otros instrumentos astronómicos pre-telecópicos usa un método para representar la esfera celeste en un plano. Este método es llamado “proyección estereográfica” y como otros métodos de proyección, es una técnica para representar un espacio tridimensional en un plano.

Parte delantera del astrolabio que he fabricado. Está hecho en latón y grabado enteramente a mano

Un poco de historia siempre viene bien

Los orígenes del astrolabio no están del todo claro pero se sabe con certeza que existen desde finales del siglo IV AD aunque tanto su diseño como construcción no están documentados. Algunas fuentes relacionadas con astrolabios del mundo antiguo has sobrevivido pero son confusas o están incompletas.

Desgraciadamente sobre en verdadero origen del astrolabio solo podemos especular.

La historia del astrolabio se puede dividir razonablemente en cinco periodos:

Aparición. Se podría establecer en torno al año 200 AC.

Desarrollo. En este período se define y se documenta la construcción, el uso y las escalas. Este desarrollo
se produjo enteramente en el medio Oriente. El concepto del instrumento que se conoce en la actualidad como
astrolabio planisférico fue completado sobre el año 900.

Difusión. El principal responsable de su difusión fue el mundo islámico y el instrumento pasó desde Persia a la India
y a Europa desde la España musulmana. El astrolabio estaba ampliamente establecido y acepatado
como un instrumento básico de astronomía en Europa a finales del siglo XIII.

Refinamiento. Hasta finales del siglo XVII  fueron introducidas varias modificaciones en el instrumento por diferentes culturas, con el fin de mejorar su utilización en propósitos específicos. Este periodo coincide con su máxima expansión.

Declive. En el Occidente, el declive del astrolabio fue mucho más precoz que en el mundo musulmán y su
fabricación cayó dramáticamente en el siglo XVIII en favor de instrumentos más precisos y más baratos llamados cuadrantes. Los musulmanes siguieron utilizando el astrolabio hasta bien entrado del siglo XIX.

En la foto de pueden distinguir el conjunto de las diferentes partes de un astrolabio

Partes que forman un astrolabio

CUERPO PRINCIPAL O MATER

La estructura principal del instrumento se llama mater, nombre latín que significa madre (umm en el caso de astrolabios árabes). En instrumentos antiguos ésta medía aproximadamente 15 cm de diámetro. Normalmente, era de latón y consistía de dos partes: un disco sólido, que se define como trasera del instrumento, y un anillo del mismo diámetro llamado limbo solidario a la trasera y grabado con escalas de tiempo y grados.

La mater se puede fabricar de dos maneras.  Una es utilizando una pieza maciza de latón y mediante torneado, ahuecar la zona que forma el limbo.   Otra es fabricar las dos piezas por separado y unirlas mediante soldadura o remachado. Yo he optado por la segunda.  Ambas piezas están soldadas con estaño plata y posteriormente ajustadas en el torno. Esta técnica es la que con toda seguridad se usaba en la antigüedad ya que, aparte del elevado precio del latón, las herramientas para mecanizar en aquellos tiempos eran inexistentes.

Cuerpo principal o mater. Se observa el hueco que deja el limbo para alojar el tímpano y la araña

Mecanización para rectificar el cuerpo principal o mater después de soldar

TRONO Y ASIDERO

Son las piezas por las cuales el astrolabio se sujeta para realizar las observaciones. La anilla-suspensión o asidero ha de estar lo mas libre de movimiento posible de tal manera que el instrumento se autonivele y cree de esta forma un horizonte artificial, así como un plano vertical cuando se encuentra suspendido.

En condiciones de uso normal, el trono apunta al sur cuando el astrolabio esta sujeto horizontalmente.

El conjunto trono-asidero se puede construir aparte y sujetarlo al cuerpo principal posteriormente por cualquier sistema seguro (típica construcción europea), o bien, forma parte de la pieza de latón de la cual se corta y se mecaniza el cuerpo principal (típica construcción islámica).

En cuanto a la ornamentación del mismo variaba desde un simple anclaje para la anilla hasta tronos muy elaborados con grabados y figuras en tridimensionales.

Detalle del trono y la anilla. Se puede observar el sistema de sujección al cuerpo principal mediante tornillos

LA ARAÑA O RETE

Se trata de un disco recortado que representa la rotación de la bóveda celeste. Se encuentra colocado en el hueco del limbo encima del tímpano. La palabra proviene del latín y significa red. También se solía llamar araña.

La rete consta de dos elementos esenciales: los punteros, que indican la posición de estrellas concretas y la eclíptica, un círculo no concéntrico que representa la trayectoria del sol en la esfera celeste a lo largo del transcurso del año.

Cuando observamos las estrellas, éstas parecen moverse en el cielo,  pero todo el mundo sabe que en realidad las estrellas están fijas y es la tierra la que se mueve.  Si la tierra estuviera quieta y solo rotara, nosotros veríamos las mismas estrellas en la misma posición en el cielo, al mismo tiempo, todos los días. Pero, como la tierra además orbita alrededor del sol y se mueve un poco en su órbita cada día, el campo de estrellas aparentan moverse igualmente un poco cada día.

La rotación de la tierra se utiliza como patrón de medida de tiempo ya que es constante. El promedio de tiempo entre dos pasadas consecutivas del sol por el meridiano local se define como un día solar medio.  Así mismo se define ésta duración como 24 horas (esto viene siendo así desde los últimos 4000 años). Pero el tiempo que tarda en transcurrir un día solar medio no es el mismo que el que tarda la tierra en realizar una rotación completa.  Ésta debe rotar un poco más hasta enfrentar de nuevo el sol en el meridiano, ya que cada día se mueve un poco en su órbita alrededor del sol (esto ocurre porque la tierra rota en el mismo sentido que orbita). La duración de una rotación terrestre se denomina día sideral y es aproximadamente 23 horas 56 minutos 4.1 segundos, sobre 3 minutos 56 segundos más corto que el día solar medio. Es por esta razón que veamos diferentes estrellas en el cielo a diferentes horas a lo largo del año.

En un astrolabio el sistema de coordenadas que se utiliza para medir (tímpano y escalas) es fijo ya que la posición del observador es fija también, pero las estrellas sí que se mueven. Por esa razón la rete es móvil y permite ajustar la posición de las estrellas para un determinado momento del año.  La rete realiza una rotación completa en un día sideral.

Una de las funciónes de la rete en el astrolabio se realiza conjuntamente con el tímpano.  Al posicionarla en la fecha y hora local ésta muestra el aspecto de la bóveda celeste en ese momento. Se obtienen coordenadas de altitud y azimuth de las estrellas que se han incluido en la rete, al  leer la posición del final del puntero correspondiente, sobre el tímpano.

La otra función se realiza con la eclíptica que, como comentabamos antes, corresponde al camino que sigue el sol a través de las estrellas fijas en el transcurso del año.  Ésta se divide en grados de longitud con 12 secciones correspondientes a los 12 signos zodiacales (hay que puntualizar que el zodiaco en este caso, no tiene nada que ver con la astrología, solo es un sistema que convino en su día para dividir la eclíptica).

Araña diseñada para señalizar 19 estrellas fijas.

La posición de la eclíptica en la esfera celeste es siempre la misma pero debido a la rotación de la tierra, la parte de la misma que es visible cambia dependiendo de la fecha y hora. Durante el día la posición de la eclíptica es facil de determinar; está donde se encuentra el sol, pero por la noche es otro cantar. Sin ver el sol, para saber donde se encuentra,: o tienes localizados cualquiera de los cinco planetas principales (ninguno está a más de 6º de la eclíptica) o dispones de un astrolabio. Desde la tierra, al igual que ocurre con las estrellas, el sol parece moverse a lo largo de la eclíptica.

De todas las partes de un astrolabio, la rete es la que más opciones ofrece al constructor para expresar su capacidad artística. Su diseño está sujeto a la necesidad, por un lado, de incluir la proyección de la eclíptica y suficientes punteros para asegurar que por lo menos alguna estrella brillante sea visible con el fin de poder utilizarla en la mayoría de circunstancias. Y por otro lado, debe de estar lo más recortada o “ahuecada” posible con el fin de poder leer y medir sobre la parte situada por debajo de ella, el tímpano.

Por último, no hay que olvidar que ésta, ha de ser lo suficientemente robusta para que no se deforme con el uso normal.

A partir de estas premisas, no existe un diseño “normal” para la rete, si bien es cierto que hay uno que se puede considerar generalizado y es el que yo he elegido para construir la mía. En cuanto cuales, y cuantas estrellas incluir, tampoco hay una norma obligada y depende de las necesidades y los gustos del astrónomo que va a utilizar el instrumento. En mi caso en particular, el criterio para incluir unas y no otras, responde a razones de buena visibilidad (estrellas brillantes) y que los punteros queden repartidos por toda la superficie del tímpano.

A lo largo de la historia del astrolabio los diseños han sido muy variados. Desde los más sencillos con pocas estrellas, hasta auténticas obras de arte con complicados e intricados motivos para los punteros. Nuevamente, en este aspecto, se distinguen diferencias entre los astrolabios de occidente y los del mundo musulmán.

LA REGLA

La mayoría de los astrolabios europeos estaban dotados de una regla a modo de manecilla de reloj, situada encima de la rete y con movimiento de rotación libre. Estaba dividida en grados con el fin de determinar la declinación de cualquier objeto celestial presente en la parte frontal de astrolabio como las estrellas de la rete y el sol. Se podía utilizar igualmente para saber la hora marcada en el limbo. Rota una vuelta completa sobre el limbo cada 24 horas solares, mientras que la eclíptica y la rete lo hacen cada 24 horas siderales.

La regla podía cubrir solo la mitad del frontal del instrumento o extenderse hacia el lado contrario (como la aliada) de esta manera se podía localizar posiciones en ambos lados de la eclíptica de una vez.

Los astrolabios islámicos raramente tenían regla.

PARTE TRASERA DEL ASTROLABIO

La parte trasera del astrolabio proporciona una escena en la cual su creador podía demostrar su habilidad técnica así como artística. Toda la superficie era susceptible de usarse en un amplio abanico de formas dependiendo de la herencia cultural del instrumento y de la sofisticación técnica requerida por el diseñador. Aqui es donde se encuentran las principales diferencias entre los astrolabios Islámicos y Europeos.

Ambos tipos de diseño dividian la zona util de manerea parecida. Utilizaban la zona exterior para grabar escalas circulares concéntricas y la zona central la dividian en cuatro cuadrantes, donde incluían escalas comunes con diferentes utilidades. La única escala obligatoria para ambos, estrictamente hablando, es la de medir altitudes con la aliada.

Se puede citar como rasgo diferenciador entra ambos tipos de astrolabios, que los Islámicos, por ejemplo, incluían escalas o cuadrantes para determinar las cinco horas de rezo diarias o la posición de la Meca con el fin de cubrir necesidades relacionadas con el culto religioso.

Paso a explicar de forma breve las escalas que yo he incluido en mi astrolabio.  Empezaré por las tres escalas concéntricas al astrolabio.

LA ESCALA DE ALTITUD

La escala concéntrica más exterior es la utilizada para medir altitudes y como comenté antes es la más importante.  Ésta se graba en cuatro cuadrantes de 90º con marcas cada grado y el cero en el horizonte (línea Este-Oeste). Se usa juntamente con la aliada para determinar la altitud de un objeto de la siguiente manera: se alinea el objeto o la estrella mirando a través del los dos agujeros o mirillas que tiene la aliada, con el astrolabio suspendido del asidero y nivelado.  Se fija con el dedo la aliada y con el puntero que dispone en su extremo, se lee el resultado.  No hace falta recordar que con el sol, el procedimiento es diferente, ya que no se debe mirarlo directamente.  En este caso se mueve la aliada de tal manera que los rayos solares pasen por los dos visores e iluminen un trozo, por ejemplo, de cartón sujeto para tal propósito.

LA ESCALA DE LONGITUD SOLAR

Uno de los usos principales de la trasera del astrolabio es determinar la longitud geocéntrica del sol en una determinada fecha, para posicionar la araña y regla en la parte frontal. En astrolabios antiguos, la longitud solar, siempre se ha expresado en forma de signos del zodiaco. La escala zodiacal simplemente es una división de la circunferencia del astrolabio en 360 partes iguales y nombrar estas divisiones en 12 zonas de 30º con los nombres del zodiaco. Repito aquí, nuevamente, que el zodiaco en los astrolabios no tiene nada que ver con la Astrología.

EL CALENDARIO

La escala del calendario se utiliza junto con la escala zodiacal para hallar la longitud solar en un determinado día. Se coloca la aliada sobre la fecha y la longitud correspondiente es leída en la escala de longitudes.

A la hora de diseñar esta escala se puede optar por dibujarla excéntrica o concéntrica al centro del astrolabio.

Detalle de la escala de horas desiguales

Escuadra de sombra en la inferior

A continuación voy a comentar las escalas situadas en los cuadrantes centrales.

LA ESCUADRA DE SOMBRA

Esta escala es muy común y se encuentra presente en la mayoría de los astrolabios de todas las culturas. En este caso, como en la mayoría, la escala ocupa los dos cuadrantes inferiores.

La escuadra de sombra se usa para resolver problemas simples de trigonometría planteados por la sombra que proyecta un palo clavado vertical en el suelo, o puesto horizontal a cierta altura. La escala es simplemente un método gráfico para hallar tangentes y cotangentes de un ángulo y resolver así problemas relacionados con triángulos.

Otro uso relacionado con la topografía es, por ejemplo, hallar la altura de una torre. Por medio de la aliada y la escala de altitud se anota el ángulo de elevación que forma la parte más alta de la torre con el observador. Como la distancia del observador a la base de la torre se puede medir, por medio de la escuadra de sombra se halla la tangente del ángulo y se multiplica por ésta. El resultado es la altura buscada.

EL DIAGRAMA DE LAS HORAS DESIGUALES

Las horas desiguales, o cambien llamadas horas estacionales, dividen el tiempo entre el amanecer y el ocaso de cada ida en 12 partes iguales. Las 12 horas de luz empiezan al amanecer y las 12 horas nocturnas empiezan en el ocaso. La duración de estas horas variaba a lo largo del año, dependiendo de la estación, como indica su nombre (en verano las horas diurnas duran más que en invierno y viceversa).

Es uso de horas estacionales fue casi universal en Occidente en tiempos remotos, hasta que el uso de los relojes se extendió a mediados del Renacimiento.

En el caso de este astrolabio, la escala de horas desiguales, ocupa los dos cuadrantes superiores a modo de escala simétrica. Es común en otros diseños utilizar solo el cuadrante superior derecho con una escala simple.

LA ECUACIÓN DEL TIEMPO

Esta herramienta se utiliza para determinar la diferencia entre la hora solar y la hora civil en un momento determinado del año, y corresponde a la línea con forma de riñón o judia que se encuentra centrada en el astrolabio. Los valores se leen en una escala grabada en la aliada para tal propósito.

Todo el mundo sabe (o debería saber) que la tierra orbita el sol en una órbita ligeramente elíptica, con el sol situado a un lado del centro de esta elipse. Debido a ésto, la tierra orbita más rápido cuando se encuentra en la parte de la elipse más cercana al sol que cuando está más alejada. Por lo tanto, el tiempo que transcurre entre dos “mediodias” consecutivos (día solar medio) es más corto cuando la tierra está más cerca del sol y viceversa.

Por otra parte, la hora civil establece, por conveniencia, que el día se divide en 24 hora iguales a lo largo de todo el año, ya que esta es la condición principal que se espera de un reloj encargado de medir este tiempo.

Se podría decir que la ecuación del tiempo es el sistema encargado de indicar la diferencia entre un reloj de sol y un reloj mecánico. Esta diferencia (de hora solar con respecto a la hora civil), va desde aproximadamente -16 minutos el día 3 de noviembre, hasta los 14 minutos el 12 de febrero. Solo hay cuatro días en el año que ambas horas coinciden: 16 abril, 14 junio, 1 septiembre y el 25 de diciembre.

El término “ecuación” no es lo que se conoce normalmente como una ecuación o una fórmula que pueda ser calculada (aunque, en realidad, si que se puede calcular la ecuación del tiempo). En este contexto el vocablo “ecuación” es un término antiguo que significa valor a añadir para obtener la respuesta correcta.

A lo largo del período que estuvo vigente el astrolabio, tanto europeos como islámicos, incluyeron en sus diseños diferentes tipos de escalas, así como multitud de variaciones de las mismas. Como ejemplos se podrían citar, además de las aquí expuestas: Escala seno/coseno en sus diferentes versiones, que podían incluir círculos y radianes; escalas de cotangente dibujadas concéntricas en el astrolabio; cuadrante de arcos de los signos del zodiaco; Cuadrante de altitud solar al mediodía y en astrolabios islámicos, cuadrantes informativos sobre tiempo y posición relacionado con el culto.

Para finalizar me gustaría, como no, dedicar esta sección sobre un instrumento que todavía hoy causa admiración a versados y profanos. Mi dedicatoria va dirigida, no a los astrónomos que calculaban, diseñaban y utilizaban los astrolabios, sino a los artesanos constructores. A toda esa gente que supo realizar una herramienta precisa a la vez que estética con una escasez de medios increíble. Solo alguien que haya realizado esta empresa en la actualidad, con todas las ayudas técnicas disponibles (máquinas para mecanizar, ordenadores para el cálculo y diseño, Internet para consulta, etc.) es capaz de apreciar en su justa medida, el esfuerzo que supuso para los constructores hacer un astrolabio en un tiempo en que la tecnología se reducía a “la burra y la alpargata”.
-¡Va por ellos!-