Desde que los humanos salieron a navegar al mar, los faros se hicieron necesidad para los navegantes. Los faros son torres de señalización luminosa situadas en algún punto de la costa para asegurar el regreso de los marinos a tierra firme, señales para orientar al que viaja de un lugar a otro, al navegante.
Los primeros faros marinos eran simplemente hogueras encendidas en lo alto de torres o atalayas. Al parecer, llamar faro a estas señalizaciones proviene del nombre de la isla de Faros, donde se construyó una de las siete maravillas del mundo, el faro de Alejandría; pero estos existieron desde mucho antes.
En la naciente San Cristóbal de La Habana, en 1555 se levantó una torre atalaya muy cerca de la actual ubicación del faro del Morro. Su propósito, proteger a la villa del asalto de piratas y corsarios (1). Cerca de 1700, un siglo después de construido en aquel lugar el actual Castillo del Morro, la torre atalaya derivó en un faro (2).
El faro, que desde el siglo XVII señalizaba en las noches la entrada de La Habana, usaba la energía que se libera por las llamas de una hoguera para producir su luz. Puesto que esta luz corresponde a parte de la energía “almacenada” en la estructura molecular del combustible que se quema, podemos hablar de energía luminosa.
El fuego transmite energía al entorno de diferentes formas: por conducción a otros cuerpos y superficies que estén en contacto directo con las llamas, por corriente convectiva del aire caliente próximo y sobre las llamas, pero también transmite energía al entorno por radiación. Parte de la energía que transmite de esta forma la percibimos en forma de calor; otra parte, como luz. Sea cual sea la fuente de luz, estos mismos fenómenos estarán presentes de manera que las explicaciones que siguen aplican a cualquier tipo de ellas.
Un faro será útil en tanto su señal luminosa pueda ser vista desde grandes distancias, de manera que desde el mismo origen de estas torres surge el problema de cómo lograrlo. La solución se encuentra en la comunión de la actividad científica de los físicos y la innovación tecnológica de ingenieros.
Para que la señal luminosa se vea desde lejos es conveniente tener una fuente de luz de grandes dimensiones, pero su tamaño está limitado por el espacio disponible en lo alto de la torre, donde además hay que realizar labores indispensables para la operación del faro.
La luz es la parte visible de la energía que irradia una fuente de energía. Resulta que esa parte depende de la temperatura de la fuente de luz y es por esta causa que unas fuentes son más eficientes que otras para emitir luz.
Si nos interesa una fuente que proporcione la mayor parte de la energía que emite en forma de luz, habrá que buscar una cuya temperatura esté en el rango en que la mayor parte de la energía emitida sea radiación luminosa. Este factor influyó en la evolución de las hogueras a fuentes de luz alimentadas por energía eléctrica en los faros .
A una fuente de energía la caracteriza su potencia; es decir, la cantidad de energía que emite por unidad de tiempo. La potencia de una fuente no es posible modificarla por ningún dispositivo técnico, puesto que está determinada por la naturaleza de la fuente misma. Sin embargo, es posible redistribuir su emisión dirigiéndola a donde más interesa.
La luz que proviene de una fuente se propaga en todas direcciones. Obviamente, en los faros, la que no se dirige en dirección al horizonte, de donde provienen los navegantes que se acercan a la costa, no es divisada por ellos; esa energía luminosa es desaprovechada. Si redirigimos toda la energía luminosa de la fuente de luz de un faro hacia el horizonte, su intensidad en esa dirección será significativamente mayor y su luz se podrá observar desde más lejos. Esto es posible hacerlo utilizando sistemas ópticos.
Los espejos cóncavos son dispositivos ópticos útiles para esto. Cerca de la superficie de un espejo cóncavo existe un punto denominado foco, con una propiedad interesante. Si en él se coloca una fuente de luz, todos los rayos de luz que se dirigen hacia el espejo se reflejan hacia delante de este y paralelos entre sí, de manera que casi toda la energía de la fuente es redirigida de esa forma. Por supuesto, para que esta luz sea visible desde cualquier punto del horizonte será necesario hacer girar sobre sí mismo todo el conjunto: el espejo con la fuente de luz colocada en el foco.
En 1820, la fogata del faro del Morro fue sustituida por una lámpara o linterna en que la que se utilizaban mecheros o bujías de aceite y cinco espejos cóncavos (2). La linterna se hacía girar, lo que permitía que la luz se viera, aunque débil tal vez, desde casi cualquier punto del horizonte en torno a La Habana.
Según datos de la época, la luz del faro del Morro se podía divisar desde unos 24 kilómetros y la linterna completaba en aquel entonces una vuelta sobre sí misma en dos minutos.
Hacer girar la lámpara con mecheros y espejos incluidos, en un intervalo de tiempo más o menos fijo no debió ser técnicamente simple para la época, sino un complicado problema de ingeniería. El diseño de aquella linterna lograba redirigir una buena parte de la energía luminosa de los mecheros hacia el horizonte. Los espejos de la linterna debieron tener una curvatura muy pronunciada para lograr que el foco quedara cerca del espejo. Pero, siendo así, las llamas quedan cerca de la superficie del espejo y terminan por oscurecerlo cuando lo que se necesita es mantenerlos muy limpios y bruñidos. Esto obligaba a su continuo mantenimiento e inevitablemente a su rápido deterioro.
Otra solución al problema de redirigir la energía de una fuente luminosa es usar lentes en lugar de espejos. Una lente es un dispositivo óptico, generalmente hecho de vidrio, que cambia la dirección en que se propaga la luz que la atraviesa, en dependencia de la curvatura de su superficie. Existen varios tipos de lentes, pero para los faros son útiles las lentes que tienen superficies convexas y mejor aún, las plano-convexas.
Cerca de una lente existe un punto que tiene una propiedad semejante a la del foco de los espejos cóncavos: la energía luminosa de una fuente de luz colocada en ese punto, después de atravesar la lente, resulta redirigida en una única dirección.
Si construimos un dispositivo con un par de lentes de este tipo, iguales, alineadas de modo que el foco de ambas coincida, y con la fuente de luz colocada en ese punto, estaremos dirigiendo casi toda la energía de la fuente en una única dirección hacia delante de cada una de las dos lentes.
Por supuesto, también hará falta hacer girar el dispositivo para que la luz se vea desde cualquier punto en el horizonte, pero resulta relativamente simple hacer girar las lentes en torno a una fuente de luz fija. Al dar la vuelta se observarán desde el horizonte, sobre una misma dirección, dos destellos de luz cada vez que todo el dispositivo dé una vuelta.
Esto lo que vemos al mirar al Morro, su haz de luz está dirigido en una única dirección horizontal hacia atrás y hacia delante de su linterna, girando y recorriendo todo el horizonte. La frecuencia con que los faros emiten sus destellos es característica de cada uno y sirve para identificar al faro. El del Morro de La Habana emite dos destellos de luz cada 15 segundos.
Ahora bien, es necesario que las lentes para los faros sean de gran tamaño y que tenga su punto focal lo más cerca posible de ellas. Mas, como ocurre con los espejos, eso no es posible sin que la lente sea muy curva, lo que obliga a tener una muy grande y muy gruesa. Este hecho determina a su vez la necesidad de una lente muy pesada.
Si hacen falta dos lentes, una a cada lado de la fuente de luz y además hay que hacer girar todo el dispositivo, surgen problemas insalvables: hay límites no solo a las dimensiones de la caseta que, en lo alto de la torre, albergará la linterna, sino también al peso del dispositivo que la torre puede soportar. Además, las complicaciones operativas para hacer girar un sistema de lentes así.
Este problema fue resuelto por Augustin-Jean Fresnel (1788–1827). Fresnel, físico e ingeniero francés, prestó atención a que la desviación de la luz en la lente ocurre en su superficie, en la frontera de separación entre el medio que rodea esta y el material de que está hecho.
Por esto, se podía retener solo el vidrio necesario para conformar su superficie curva prescindiendo del vidrio en el volumen de la lente. En un segundo momento, Fresnel comprendió que podía lograr el mismo efecto acomodando sobre un plano solo prismas que reprodujeran la curvatura de la lente. Un dispositivo óptico así construido se conoce como lente Fresnel. Al eliminarse el vidrio en el volumen de la lente, sobró espacio para colocar la fuente de luz. Así todo el dispositivo óptico y mecánico se hizo mucho menos pesado, compacto y fácil de operar.
En 1823, Fresnel instaló su invento por primera vez en el faro de Cordouan, situado en la costa atlántica de Francia. Ese es el más antiguo de Francia que aún funciona, declarado en 2021 Patrimonio de la Humanidad.
Las lentes de Fresnel encuentran otros muchos usos: los vidrios que cubren los faros delanteros o traseros de los carros de este tipo, así como los que cubren los reflectores que se usan para iluminar la escena en el teatro, cine o televisión. La característica fundamental de este tipo de lente es que teniendo el foco muy cerca permite construir faros o linternas de pequeñas dimensiones que proyectan la luz en haces estrechos de largo alcance.
En 1845, la linterna del faro del Morro fue sustituida por la actual que usa lentes Fresnel, solo 23 años después de su invención, pero para la fuente de luz se continuaron usando mecheros que se alimentaban con aceite. En 1923 fue instalada una fuente de luz de gas acetileno y en 1945, cien años después de instalada allí la actual linterna, el faro del Morro fue electrificado.
La linterna del faro del Castillo de los Tres Santos Reyes Magos del Morro, que es el nombre original de esa fortificación, es mucho más que una identificación inequívoca de la capital de todos los cubanos, es un resultado de lo más avanzado de la óptica física y de la ingeniería de su época.
Esa linterna es un símbolo y un signo de que Cuba siempre marchó a la vanguardia de la ciencia y de la tecnología, sobre todo y ante todo por nosotros mismos, por nuestra propia capacidad de conocer, hacer y crear.
Entre tanto, al traspasar el portón del Castillo del Morro uno se siente transportado 500 años al pasado. Ni siquiera observando desde la base del faro la bella estampa de La Habana de hoy esa sensación desaparece. Quien llegue por allí, a visitar su farola, tendrá delante una auténtica maravilla tecnológica, un patrimonio de todos los cubanos que aún funciona con la misma linterna de 178 años atrás.
En nuestros tiempos, cuando los sistemas de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés) por medio de satélites permiten conocer nuestra posición en el planeta con gran precisión, podría pensarse que los faros ya no son útiles.
Pero ocurre que los seres humanos no tenemos sensores propios para las señales de los satélites, necesitamos de un dispositivo electrónico para leer las coordenadas del lugar donde estamos; sin embargo, tenemos sensores para los faros marinos. Al navegante le basta observar con sus propios ojos la luz del faro y si observa que de la costa le llegan dos destellos de luz cada 15 segundos, por aquello de que “vista hace fe”, sin duda alguna, ¡es que llegó a La Habana!
Nota:
– La evolución histórica de Castillo del Morro puede encontrarse en: (1) Torreros del horizonte iluminado, nuevos hallazgos documentales sobre el Faro de La Habana, de Mileny Zamora Barrabí y La luz sobre el Castillo, el faro del Morro, de Fernando Padilla González, publicados en la Revista Opus Habana, en los volúmenes XVI, №3 y XVII №1 respectivamente.
Agradecimientos: A Dra. Jael Faloh Gandarilla, MSc. Delia María López, Ing. Mileny Zamora Barrabí y al Museo de Bellas Artes por la oportunidad.
Fotos: M. Zamora Barrabí, D. M. López; Ilustraciones: Revista Opus Habana, Bibliografía consultada y el autor.