Arquímedes y el espejo ardiente

Este grabado muestra a Archimedes realizar su ataque con un gran espejo parabólico, pero parece más probable que hubiera contratado a un número de pequeños espejos planos.

Probablemente ningún cuento antiguo ha levantado tanta polémica como la historia del inventor griego Arquímedes utilizando un espejo gigante, o conjunto de espejos, para prender fuego a naves romanas atacando a su ciudad casera de Siracusa en el 212 A.C. ¿Sucedió en realidad? Los científicos y estudiosos han llegado a cada lado de esta cuestión. A veces sus conclusiones se basan en los registros históricos (o falta de ella), a veces los investigadores han intentado realmente preparar la prueba ellos mismos utilizando espejos reales y naves. En 2010, Obama Presidente de Estados Unidos incluso desafió a los anfitriones de la serie de televisión cazadores de mitos para probar el problema y llegar a una conclusión definitiva.
Vamos a comenzar nuestra exploración del tema volviendo a una cuenta de lo que supuestamente hicieron Arquímedes. Zonares y Tzetzes escribiendo en el siglo XII cita de un trabajo anterior (ahora perdido) llamado el Asedio de Siracusa, dijo:
Cuando Marcelo [el General romano] había colocado las naves disparó un arco, el viejo [Arquímedes] construyó a una especie de espejo hexagonal. Puso a distancias adecuadas del espejo otros pequeños espejos de la misma clase, que fueron trasladados por medio de sus bisagras y algunas placas de metal. Lo puso en medio de los rayos del sol al mediodía, tanto en verano como en invierno. Los rayos se refleja por esto, una temible leña ardiente estaba convertidas las naves y los redujo a cenizas, de la distancia de un tiro de arco. Así el viejo había desconcertado a Marcelo, por medio de sus inventos.
Es evidente que, al menos en la superficie, parece plausible el método descrito. Un montón de niños en edad escolar han utilizado una lupa para concentrar los rayos del sol en un pequeño trozo de madera, colocarla sobre el fuego. Lo mismo puede hacerse con un pequeño espejo parabólico que puede tomar los rayos del sol y reflejarlas en un pequeño punto. Los escritores sugieren que Arquímedes hicieron esto a gran escala con un gran espejo centrándose en barcos anclados a "un tiro de arco" de la muralla de la ciudad (tal vez 500 pies).
La capacidad de los espejos para concentrar el sol para obtener temperaturas muy altas es bien sabida. Hace unos años el Departamento de energía de Estados Unidos, junto con un grupo de empresas, construyó una estación solar "Torre de energía" en el desierto de Mojave cerca de Barstow, California, para demostrar la viabilidad de aprovechar a este tipo de energía. La estación consistió en un conjunto de espejos que reflejaban el sol a una torre en el centro del campo. En la parte superior de esta torre era un objetivo grande que utilizan sales fundidas para absorber el calor y transferirlo a una caldera de agua en el suelo. La caldera de vapor que funcionó entonces turbinas y generadores como una planta de energía regular para generar la electricidad creada. La planta podría producir 10 megavatios utilizando casi 2000 espejos que se mueven bajo control de computadora, siguiendo al sol y reflejando su luz a la torre.

La planta de energía Solar II cerca de Barstow, CA, usa casi 2000 espejos y el calor del sol para hacer 10 megavatios de potencia.

Es fácil imaginar enfocando los espejos de un barco de madera en lugar de la torre y estableciéndolo en llamas. El objetivo en la parte superior de la torre puede llegar a temperaturas superiores a 1.000 grados Fahrenheit, bien con el punto de autoignición de madera más. Sin embargo, cada uno de los espejos de la instalación era enorme (430 pies cuadrados que es un espejo de más de veinte pies de largo por 20 metros de ancho) y casi 2000 de ellos, probablemente no había algo podría haber arreglado Archimedes dada la tecnología en el momento.
Así que la pregunta no es si el sol podría proporcionar suficiente calor, es si Archimedes podría haber construido un mecanismo con las herramientas que tenía disponible en el momento de concentrar suficiente luz solar para fijar la cubierta de un barco de madera en llamas.

Un espejo parabólico

Muchos ilustradores han representado el viejo inventor utilizando un espejo parabólico solo unos metros de diámetro para hacer el trabajo. Un espejo parabólico tiene una forma curvada que se centrará en los rayos de luz paralelos procedentes de una fuente de luz (como el sol) en un solo punto (llamado el punto focal) que es una distancia fija desde el espejo (la longitud focal).
El problema con este esquema es que un espejo único, sólido tiene una longitud focal establecida. Esto significa que la nave que quiere poner al fuego debe ser precisamente la distancia focal de su espejo para un plan de trabajo. Más cerca o más lejos y la luz no se concentró en un pequeño punto, pero en cambio se extiende sobre un área mayor. Esto significa que la temperatura resultante probablemente no será lo suficientemente alta para iniciar la combustión.
Desde Arquímedes no pudieron controlar cuán lejos Marcellus aparcado sus naves, él no podía anticipar donde establecer el punto focal cuando construyó su espejo. Una forma de solucionar este problema es construir un gran espejo que incluso si el punto de enfoque no está precisamente en la nave que aún concentrarte suficiente luz en ponerse se quema. El problema con esto es que un solo espejo el tamaño necesario, sería extremadamente difícil de mover y controlar con el equipo primitivo que Arquímedes habían.

Un espejo parabólico enfoca los rayos de luz paralelos a un solo punto y concentrar su poder.

Otro problema con un gran espejo parabólico es más lejos el punto focal es lejos el espejo, menos energía que pueda concentrarse en ello. Por ejemplo, un espejo parabólico de un pie de diámetro con una longitud focal de 10 pies puede concentrar la luz del sol por 10 veces. Sin embargo, un espejo parabólico de un pie de diámetro con una longitud focal larga cien pies en absoluto no sería concentrar la luz solar. Si los barcos romanos fueron cualquier distancia del espejo, digamos 500 pies, Arquímedes necesita una parabólica reflejaría por lo menos 10 pies de diámetro a doble el calor normal que el objetivo será que desde el mismo sol. Esto sería mucho menos de lo que serían necesarios para conseguir un fuego.

Espejos múltiples

Todo esto parece que sea mucho más probable que Arquímedes en su lugar utilizan una serie de espejos planos, pequeños en lugar de uno, uno grande y parabólica. Cada uno de los espejos podría utilizarse para enfocar la luz del sol a un pequeño punto blanco. Juntos formarían una forma más o menos lo mismo que un enorme espejo parabólico. Para ello podría haber equipado cientos de soldados con espejos. Trabajando juntos, con cada hombre ajustando su propio espejo, quizás han podido suficiente luz se centran en un solo punto en un barco que lo quema.
Este enfoque es exactamente lo que ha utilizado una serie de intentos de reproducir logro Archimedes. Al parecer en 1973 un científico griego, el Dr. Ioannis Sakkas, se convirtió en curiosidad por saber si Arquímedes pueden haber usado realmente un "vaso ardiente" para destruir la flota romana y configurar un experimento que involucra cada uno mediante un oblongo 3' 5' espejo plano para enfocar la luz en un bote de remos de madera 160 metros 60 marineros griegos. Según fuentes tenía problemas para la madera a prenderse fuego muy rápidamente.
En 2009, como un ejercicio de diseño, una clase del MIT decidieron reproducir el arma Archimedes utilizando 127 espejos un pie por un pie. Tuvieron éxito en conseguir un escarnecido nave hecha de roble rojo para comenzar a quemar después de diez minutos de exposición a la luz solar directa. Su experiencia, sin embargo, mostró algunas fallas con la idea de utilizar esto como un arma.
El problema con el uso de espejos individuales es que cada uno de ellos tiene que ser dirigido al objetivo (un punto específico en la nave) en su propio ángulo particular del sol. Si entregó un espejo a una persona y le pedí que reflejan la luz del sol a un lugar, es fácil para él. Simplemente usa el punto brillante formado por reflejo del espejo como una guía para apuntar al blanco. Si le das a cien personas espejos y trata de hacer lo mismo, sin embargo, tiene caos. Cien espejos significa cien puntos brillantes y nadie está seguro de que lugar suyo.

Soldados usando múltiples espejos planos podrían concentrar la luz en un barco, pero podría realmente estar suficientemente caliente como para estallar en llamas? (Copyright Lee Krystek, 2011)

Con algo de entrenamiento y tal vez el uso de un dispositivo de puntería se puede minimizar este problema. Un problema más difícil de resolver es la longitud del tiempo que necesita el equipo MIT para conseguir una fogata. Diez minutos es mucho tiempo para mantener su atención enfocado apuntando un espejo en el punto distante mientras que el caos de la batalla está sucediendo a su alrededor. Además de la longitud del tiempo necesario para conseguir cualquier cosa quema podría fácilmente ser estirada aún más si el enemigo tomó la medida defensiva simple de salpicaduras de agua en su zona objetivo para enfriarlo.
En 2010 el programa de televisión Mythbusters intentó usar espejos planos 500 controlados por 500 voluntarios estudiantes de secundaria y preparatoria para reproducir la leyenda espejo ardiente. A pesar de la hora de enfocar una vela (que debería haber tenido un punto de ignición de unos 500 grados Fahrenheit) el sol sólo podían conseguir la temperatura hasta unos 230 grados. Aún más significativo es que usaron espejos de plata moderna hacer esto. Espejos de bronce pulidos, más típicos de lo que habría sido disponible en día Archimedes, hubiera sido menos eficiente, dando lugar a una temperatura más baja del 30 por ciento.
La conclusión Mythbusters era que aunque en teoría una nave prendiendo fuego con espejos podría ser posible, que me parece un método poco probable para ser utilizado en la batalla. Jamie Hyneman, uno de los anfitriones de Mythbusters que estaba destinado a bordo del barco simulacro durante el experimento, observó que mientras que la nave no estalló en llamas encontró el brillo deslumbrante de los espejos desconcertante y sugirió que Arquímedes puedan simplemente haber usado los para confundir al enemigo y destruir su capacidad de ver a sus oponentes.
Otros han sugerido que mientras los espejos no podrían haber sido capaces de incendiar las naves, podrían haber sido muy eficaces para acosar a la tripulación de la nave. Tener un rayo de luz se centró en lo que podría elevar la temperatura de su piel a más de 200 grados sería extremadamente desagradable.

Primeros cuentos sin espejo

Fuego griego fue pensado para ser una forma de petróleo pegajoso que se convertiría en llamas. Podría ser entregado en una jarra, o rociado con un sifón como se muestra aquí.

Dado que parece que los espejos son un modo práctico que prendió fuego a un barco, tal vez tiene sentido mirar la exactitud de los documentos que afirman que Arquímedes hiciera esto. La cita que nos mirábamos antes fue escrita 14.000 años después del hecho. Dice que está citando un trabajo anterior, pero que ahora es trabajo temprano así que realmente no podemos ver el material de fuente propia.
Escritores contemporáneos de la época, como Polibio, Tito Livio y Plutarco, nunca mencionan el uso de espejos para incendiar las naves aunque hablan de otro de los dispositivos defensivos Archimedes. En particular, hablan de "La garra de Arquímedes" que al parecer era una grúa que sacó hasta ahora sobre la muralla y utilizaría un gancho para atrapar las naves romanas, levantarlos y volcarlos.
Dos escritores del segundo siglo D.C., Lucian de Samosata y Galeno de Pérgamo, dicen que Arquímedes prendieron fuego a las naves romanas, pero no dicen exactamente cómo. Esto ha llevado a la especulación que el inventor puede haber empleado un método diferente de espejos: fuego griego.

¿Fuego griego?

Era exactamente lo que fuego griego es hoy un misterio para los historiadores. Fuentes nos dicen se quemaría en el agua y algunas fuentes incluso decirnos que se encendió por el agua. Un número de investigadores, sin embargo, sospecha que el fuego griego era en realidad una forma espesa y pegajosa de petróleo. Mientras que tal material en realidad no estallaría en llama al contacto con el agua, tampoco sería agua trabajo como agente extintor particularmente eficaz y en realidad podría propagar las llamas. La forma más sencilla de entrega habría sido una olla llenada de las cosas que tiene una mecha encendida que sale de la parte superior. Cuando se lanza a una nave, la olla rompería derramar el líquido que se establecería en llamas por la flama abierta. El arreglo sería actuar precisamente como una versión antigua de un cóctel molotov.

Arquímedes enciende fuego a un barco con un gran espejo formado por muchos segmentos planos en esta película silenciosa desde 1914.

Otro de Archimedes diseños defensivos supuestamente desplegados durante la batalla era una forma de catapulta. Sería fácil imaginar uno de estas máquinas mísera romano barcos con ollas de fuego griego y reducirlos a cenizas. Si al mismo tiempo Arquímedes también fue emplear espejos para confundir y ciego al enemigo, un observador de la batalla puede estar confundido acerca de lo que había causado el fuego.
¿Así Arquímedes incendió las naves en el asedio de Siracusa? Nunca podemos estar seguros de la verdad. Sin duda podría haber intentó, aunque muchos de los hechos que tenemos hoy parecen sugerir que quizá no han sido tan exitoso como dice la leyenda. La historia de la época probablemente apoya esta conclusión. Si los romanos hubieran encontrado espejos ardientes una defensa eficaz durante la batalla, hay pocas dudas de que se habría dado cuenta cómo agregar un arma a su arsenal, que nunca lo hicieron.

Una bibliografía parcial

Ciencia griega en la antigüedad por Clagett, Marshall, Dover Publications, 2001
Arquímedes y los espejos ardientes de Siracusa por D.L. Simms, tecnología y cultura Vol. 18, Nº 1 (enero de 1977)
TV Review: MythBusters del 8,27 - Presidente desafío por Ann Wells, Fandomania, http://fandomania.com/tv-review-mythbusters-8-27-presidents-challenge/

Artículo traducido del original en: UnMuseum