Restauro Funcional do Círculo Meridiano de Espelho do Observatório Astronómico da Universidade do Porto

Abstract

O Círculo Meridiano de Espelho (C.M.E.) é um instrumento que permite determinar a Hora, ao centésimo de segundo, através da observação astronómica. Trata-se de um instrumento que foi construído nos anos cinquenta no Observatório Astronómico da Universidade do Porto (Faculdade de Ciências) e que funcionou até meados dos anos oitenta, altura em que foi essencialmente desactivado já que surgiram outras técnicas mais precisas para a determinação da Hora. Na consciência da importância deste equipamento no âmbito da História da Ciência e também do seu impacto quando utilizado em acções de divulgação científica, em 2010 a Universidade do Porto deu início à sua recuperação, desde logo restaurando o funcionamento da cúpula que o alberga. Este processo de restauro prosseguiu de 2011 a 2013, num exercício de multidisciplinaridade que envolveu múltiplas competências da Universidade do Porto e que se detalha neste trabalho.

Full text

Restauro Funcional do Círculo Meridiano de Espelho do
Observatório Astronómico da Universidade do Porto
Bernardo Relvas(1,2), Pedro Cruz(2), Carlos Gaspar(3), António Cardoso(4), Paulo Gusmão(5),
Dalmiro Maia(1,2), Luís Lopes(2), Albano Costa(2), Fernando Oliveira(4), Jorge Carneiro(5),
Carlos Sá(6), José Cavalheiro(4), João Ferreira(3), Manuel Marques(2), José Luís Santos(2),
Maria Armanda Sá(2), João Dias da Silva(7), Américo Teixeira(2), Joaquim Teixeira(2),
Fernando Maia(2), Fernando Tavares da Silva(2), Albino Calisto(4), José Fernando(4), Filipe
Pires(8), Filipe Gameiro(2,8), Cosme Moura(2), António Torres Marques(4), Mário Vaz(4),Luísa
Bastos(1,2)
(1) Observatório Astronómico “Prof. Manuel de Barros”, Faculdade de Ciências da Universidade do
Porto (F.C.U.P), Portugal
(2) Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
(3) INESC TEC
(4) Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
(5) Reitoria da Universidade do Porto
(6) Centro de Materiais da Universidade do Porto
(7) Porto Business School
(8) Centro de Astrofísica da Universidade do Porto
Autor Correspondente: Bernardo Relvas (bernardo.relvas@fc.up.pt)
Resumo
O Círculo Meridiano de Espelho (C.M.E.) é um instrumento que permite determinar a Hora,
ao centésimo de segundo, através da observação astronómica. Trata-se de um instrumento
que foi construído nos anos cinquenta no Observatório Astronómico da Universidade do
Porto (Faculdade de Ciências) e que funcionou até meados dos anos oitenta, altura em que
foi essencialmente desactivado já que surgiram outras técnicas mais precisas para a
determinação da Hora. Na consciência da importância deste equipamento no âmbito da
História da Ciência e também do seu impacto quando utilizado em acções de divulgação
científica, em 2010 a Universidade do Porto deu início à sua recuperação, desde logo
restaurando o funcionamento da cúpula que o alberga. Este processo de restauro
prosseguiu de 2011 a 2013, num exercício de multidisciplinaridade que envolveu múltiplas
competências da Universidade do Porto e que se detalha neste trabalho.
Palavras-chave: Património; Hora; Astronomia; Memória

1. Introdução
O Círculo Meridiano de Espelho do Observatório Astronómico da Universidade do Porto
(Faculdade de Ciências) foi o primeiro Círculo Meridiano deste tipo a ser construído no
mundo, sob a égide do Professor Manuel de Barros, sendo uma referência do Observatório
até porque só foram construídos mais dois instrumentos deste tipo: um em Ottawa no
Canadá e outro no Observatório de Pulkowo na U.R.S.S. [Tucker, 1969]. Ao longo de 25
anos este instrumento, desconhecido da maior parte dos portugueses, contribuiu para a
formação de gerações de astrónomos, matemáticos e engenheiros das mais diversas áreas
que se graduaram na Universidade do Porto. Trata-se de um instrumento construído em
1957, assente num maciço de granito com 4 metros de profundidade e abrigado por uma
cúpula de alumínio de parede dupla, hemi-cilíndrica com 7 metros de raio. Tendo na prática
sido desactivado nos anos oitenta, sofreu um processo de degradação assinalável que foi
revertido nos anos recentes tendo em consideração a sua relevância histórica, assim como
o impacto que ainda tem hoje em dia num conjunto vasto de acções de divulgação da
ciência e da tecnologia. Este trabalho reporta as várias fases deste processo de restauro, o
resultado final e expõe as perspectivas futuras no que respeita a sua utilização.
2. Enquadramento Histórico
Um Círculo Meridiano é um instrumento utilizado na determinação precisa da Hora Sideral
através da observação da posição das estrelas. Para uma explicação detalhada ver por
exemplo [Kovalesky, 2002]. Os princípios básicos do funcionamento de um Círculo
Meridiano são relativamente simples. As estrelas, referenciam-se na esfera celeste através
de duas coordenadas: a ascensão recta e a declinação, que se consideram
aproximadamente constantes no tempo. O princípio base para a determinação da Hora é o
de que a ascensão recta da estrela coincide com a Hora Sideral no instante em que a
estrela cruza o Meridiano. Desta forma, pode-se aferir o estado do relógio do Observatório
com uma precisão de centésimos de segundo. A hora sideral pode ser convertida em Hora
UTC (Tempo Universal Coordenado) mediante procedimentos bem estabelecidos.
A ideia de um Círculo Meridiano remonta à Antiguidade, quando Ptolomeu imaginou um
instrumento fixo no plano do meridiano com o objetivo de determinar a altura do Sol ao meio
dia [Rawlins, 1985]. No século XVI a ideia é retomada por Tycho Brahe que acaba por
construir um instrumento que ficaria conhecido como o Grande Quadrante Meridiano. A
invenção do Círculo Meridiano moderno é atribuída ao astrónomo dinamarquês Ole Romer,
que em 1690 construiu uma luneta de telescópio montada num eixo perpendicular e
horizontal alinhado na direção Este-Oeste, com o propósito de determinar as coordenadas
das estrelas. Os Círculos Meridianos seriam utilizados extensivamente até ao aparecimento
do Relógio Atómico em 1967.
Um grande esforço para melhorar os círculos meridianos deu-se com uma invenção de
Robert D’Escourt Atkinson, assistente-chefe do Observatório de Greenwich, que consitia em
substituir a luneta rotativa por um espelho rotativo entre dois telescópios fixos, apontados
um para o outro, e alinhados na direção Norte-Sul [Atkinson, 1947]. No extremo sul,
observavam-se as estrelas com passagem a Sul, através da sua reflexão no espelho,
inclinado na amplitude desejada. Para observar as estrelas com passagem a Norte,
procedia-se de igual modo. O Círculo Meridiano de Espelho foi a solução encontrada por
Atkinson para resolver o grave problema que era a flexão das lunetas cada vez maiores e
mais pesadas dos círculos meridianos do século XX, flexões essas que deterioravam os
resultados da observação.

3. Professor Manuel de Barros
Nascido em 1908 em Esposende, Manuel Pereira de Barros licenciou-se em Matemática e
em Engenharia Civil na Universidade do Porto. Como Assistente na Faculdade de Ciências
da Universidade do Porto desde 1932, doutorou-se em Astronomia com a tese “Gravação
Fotográfica das Observações Meridianas” e nas provas de agregação apresentou o trabalho
“Círculo Meridiano de Espelho” [Barros, 1957]. Anteriormente tinha já publicado alguns
artigos como por exemplo “Um Projecto para um Observatório Astronómico da Faculdade de
Ciências”.
Figura 1: Professor Manuel de Barros
Em 1943, com a visita do Astrónomo Real Sir Harold Spencer Jones, o Monte da Virgem é
reconhecido como um local adequado à prática de observações astronómicas meridianas e
em resultado de todo o seu trabalho e persistência foi possível em 1948 a conclusão da
construção do edifício principal do Observatório cuja principal actividade seria a Astronomia
de Posição.
4. Círculo Meridiano de Espelho
Ainda antes da abertura do Observatório Astronómico, em 1946 o Professor Manuel de
Barros visitou durante dois meses o Observatório de Greenwich, onde conheceu o Dr.
Robert D’Escourt Atkinson, na altura a trabalhar nos fundamentos teóricos dos Círculos de
Meridianos de Espelho (Figura 2). De volta a Portugal, percebendo o papel que tal
instrumento poderia ter na astronomia posicional, esforçou-se desde então por arranjar
apoio no sentido de desenvolver no Porto um Círculo Meridiano de Espelho. Reconhecendo
a impossibilidade de encontrar alguma empresa interessada em desenhar e produzir um
instrumento deste tipo de tão especial ser, desenhou ele próprio todo o equipamento e
supervisionou toda a construção da sua estrutura mecânica em oficinas da cidade do Porto.

Figura 2: Modelo do Circulo Meridiano de Espelho apresentado pelo Dr. Atkinson na Conferência
da União Astronómica Internacional em Zurique (1948).
A primeira versão ficaria concluída em 1957. O Círculo Meridiano de Espelho era o
instrumento de Astronomia Posicional mais avançado da altura. Desde então o instrumento
foi sendo melhorado. Em 1965, concluiu-se que a flexão do eixo, onde se encontrava
montado o espelho, era demasiada, sendo substituído, em 1967, pelo que se encontra
atualmente em funcionamento (figuras 3, 4 e 5). As alterações introduzidas foram sendo
apresentadas em sucessivos encontros da União Astronómica Internacional [Fricke et al.,
1973].
Figura 3: Primeira versão do Círculo Meridiano de Espelho (1957).
Figura 4: Segunda versão do Círculo Meridiano de Espelho (1964).

Figura 5: Terceira versão do Círculo Meridiano de Espelho (1967).
É relevante indicar que só foram construídos mais dois instrumentos inspirados no modelo
de Atkinson: um na ex-União Soviética, no Observatório de Pulkovo (Figura 6), e um outro
no Canadá, no antigo Observatório Dominium em Ottawa (Figura 7) [Kovalevsky, 2002].
Figura 6: Círculo Meridano de Pulkovo (Fotografia de Nikolayev Obs. Website)
O Círculo Meridiano de Espelho do Observatório de Pulkovo permaneceu em funcionamento
até aos dias de hoje, tendo sido convertido num instrumento automático [Gumerov, 1986].
As observações são executadas recorrendo a uma câmara CCD. Por seu turno o Círculo
Meridiano de Espelho de Ottawa funcionou até 1973.
Figura 7: Eixo do Círculo Meridiano de Espelho de Ottawa

Durante as décadas de 60 e 70, existiram vários programas de observação do espaço
sideral procurando obter os movimentos dos astros entre si, as posições dos astros com
precisão ou melhoria dos sistemas de posicionamento. Para informação sobre os
desenvolvimentos dos Círculos Meridianos na década de 60 ver [Tucker, 1969].
5. Restauro do Círculo Meridiano de Espelho da Universidade do Porto
O Restauro deste instrumento teve várias etapas Identificadas na Tabela 1.
Tabela 1: Fases do Restauro Funcional do Círculo Meridiano de Espelho da Universidade do Porto
5.1 Recolha e Organização do Material Documental
Este trabalho envolveu uma fase de preparação durante a qual se procurou recolher o
máximo de desenhos, artigos e teses sobre a construção do instrumento. Esta fase permitiu
gerar também mais-valias para a Universidade do Porto do ponto de vista da organização do
acervo documental do Observatório Astronómico. Conforme referido anteriormente, o
instrumento foi todo desenhado pelo Professor Manuel de Barros, à exceção dos
componentes óticos que foram comprados à empresa Cox, Hargreaves & Thompson. Os
desenhos encontravam-se no Observatório em formato de papel. De referir que o Professor
Manuel de Barros também desenhou outros telescópios, abrigos e mobiliário, produzindo
uma grande quantidade de desenhos técnicos nos mais variados formatos. Por uma questão
de segurança e de conservação, os desenhos relativos ao CME foram todos digitalizados,
catalogados segundo a norma ISBD (CM) e adicionados à vasta coleção documental do
Repositório Digital da UP. Os originais foram arquivados em caixas de cartão hidrófugo
(Figura 8).
Fase
Título
1
Recolha e Organização Documental
2
Elaboração do Modelo 3D
3
Desmontagem e Reparações
4
Intervenções ao Nível do Edifício
5
Implementação de Novos Sistemas Digitais

Figura 8: Caixa usada para armazenar os desenhos do C.M.E.
Dos textos mais úteis devemos salientar aqueles provenientes dos Anais da Faculdade de
Ciências do Porto e das Publicações do Observatório Astronómico da Universidade do
Porto, dos quais destacamos a “Dissertação para Concurso a um lugar de Professor
Extraordinário do 2º Grupo da 1ª secção da F.C.U.P” do Professor Manuel de Barros com o
título “Círculo Meridiano da Faculdade de Ciências do Porto”, que refere todos os princípios
teóricos e de funcionamento do círculo meridiano de espelho. A bibliografia apresentada
nesta dissertação foi também de elevado valor para este trabalho, desde logo porque
permitiu aceder rapidamente ao artigo original do Dr. Atkinson sobre o conceito do Círculo
Meridiano de Espelho.
5.2 Modelação 3D
Para melhor definir geometricamente todos os sistemas mecânicos e óticos do instrumento
elaborou-se um modelo tridimensional usando o software SolidWorks. O modelo 3D do CME
foi um elemento crucial na recuperação de todo o equipamento. Não só foi elaborado
baseado nos desenhos originais, como foi comparado com um modelo obtido por
levantamento LASER.
Figura 9: Modelo geral tridimensional do Círculo Meridiano de Espelho
A nuvem de pontos, gerada pelo LASER, permitiu perceber se, ao nível macro-dimensional,
o modelo obtido por SolidWorks (figura 9) estava congruente com a realidade. Uma das

desvantagens do Scan3D é que não revela informação ao nível dos mecanismos por se
tratar de uma escala muito mais pequena. Obter modelos 3D fidedignos dos mecanismos só
foi possível durante a desmontagem. Depois de termos o modelo tridimensional, separaram-
se os vários sistemas e criou-se um dossiê dos desenhos bidimensionais com todos os
desenhos de conjunto e de todas as peças individuais. Para obter modelos 3D dos
mecanismos, as peças do modelo foram comparadas com as reais e atualizadas quando tal
foi necessário. O levantamento LASER foi obtido com um Laser Scanner 3D, gentilmente
efetuado pela empresa Artop, tendo sido processado em AutoCad (Figura 10a) e em
SolidWorks (Figura 10b). O processamento deste tipo de dados envolve a eliminação do
ruído e de partes do objeto que não interessam.
Com o Scan3D fomos capazes também de obter a forma da cúpula. Esta é aliás umas das
vantagens desta tecnologia, modelar objetos inacessíveis.
Figuras 10: a) Aspeto da Nuvem de Pontos do Círculo Meridiano de Espelho do Porto em AutoCad
(esquerda) e em b) SolidWorks (direita)
5.3 Descrição dos componentes do C.M.E.
O C.M.E. era um instrumento de elevada precisão para os padrões da época em que foi
construído e para tal contribuem alguns sistemas mecânicos complexos como o suporte do
espelho, o mecanismo de registar a passagem das estrelas e também o controlo analógico
da posição do eixo. O conceito teórico mais difícil de concretizar no C.M.E. é o de manter o
eixo de rotação do espelho perfeitamente alinhado com a direção Este-Oeste. Na realidade,
a direcção do eixo de rotação não é invariável porque há movimentos lentos das fundações
do instrumento, provocados por variações de temperatura, vibrações do solo entre outras
causas. Do ponto de vista construtivo, o Círculo Meridiano de Espelho é constituído por 7
sistemas mecânicos e óticos principais que passamos a descrever, ilustrando cada um deles
com os modelos gerados pelo SolidWorks e pelo seu aspeto antes da intervenção.
5.3.1 Sistema ótico
O sistema ótico do C.M.E. compreende dois sistemas diferentes: um de observação e outro
de calibração (figura 15). O primeiro é constituído por duas lunetas e o espelho central
rotativo. As lunetas de observação, denominadas por Colimadores de Observação (Figura
11), são iguais e comportam no extremo próximo do Espelho um par de lentes de 200 mm
de diâmetro, denominado o par colimador, e no extremo próximo do observador um
mecanismo de seguimento e registo da posição das estrelas, chamado Micrómetro
Registador.

Figura 11: Modelo 3D de um dos Colimadores de Observação
Os colimadores de observação com 3029 mm de distância focal, têm um tubo de cobre
interior para garantir uniformidade térmica. O corpo das lunetas é de chapa de ferro e
assenta em pilares de granito por meio de peças de ferro fundido providas de dispositivos
para corrigir a sua orientação em azimute e inclinação do seu eixo ótico.
As lunetas de colimação axial têm uma distância focal de 1,80m e são denominadas
Colimadores Axiais. Têm no extremo mais afastado do Espelho um micrómetro que permite
determinar os erros de orientação do Eixo, usando uma ocular autocolimadora de Danjon,
servindo-se dos topos espelhados do Eixo.
5.3.2 Micrómetro Registador
O Micrómetro Registador é um mecanismo intricado que era usado para acompanhar o
movimento da estrela na sua passagem pelo meridiano.
Figuras 12: Micrómetro Registador de 1953.
Na sua primeira versão (Figura 12), o observador acompanhava manualmente a estrela
atuando num parafuso micrométrico a que correspondia o movimento de um carro com um
fio de teia de aranha vertical que bissetava a estrela em todos os momentos da sua
passagem pelo campo. Os fios de teia de aranha eram os fios mais finos que se
conseguiam encontrar. Neste trabalho substituímos os fios de teia de aranha por fibras
sintéticas de 7µm de diâmetro (Figura 13), cedidas pelo Centro de Materiais da Universidade
do Porto (CEMUP).

Figura 13: Microestrutura de fibras sintéticas observadas no microscópio eletrónico.
Numa segunda versão, foi acrescentado um mecanismo de seguimento das estrelas que
consistia de um integrador mecânico. Recebendo a inclinação do espelho pelo esquema
Transmitter/Receiver da Magslip, afetava esse valor da frequência sideral dada por um
motor e movimentava o carro de ascensão reta à velocidade aparente da estrela. Numa
terceira versão (Figura 14), o micrómetro registador foi equipado com digitalizadores eletro-
óticos da empresa inglesa Hilger & Watts, que enviavam, de 2 em 2 segundos, a ascensão
reta da estrela para o processador de modo a gerar uma tabela com pares (ascensão reta,
hora sideral), utilizados pelo computador central da Faculdade de Ciências para determinar
a hora.
Figura 14: Fotografia global do instrumento tirada do Posto de Observação Sul: mecanismo de
seguimento de estrelas à esquerda, com o Micrómetro Registador de 1958 no centro e o comando
analógico do CME entre eles. À direita, encontra-se o Processador. No centro da sala, encontra-se
o espelho ladeado pelos colimadores axiais, que fazem parte do sistema ótico de calibração.
5.3.3 Bases
O Círculo Meridiano assenta numa fundação de pedra, comum aos colimadores norte, sul
e axiais, por intermédio de um conjunto de bases de ferro fundido (Figura 15), que
permitem pequenos ajustes em altura e em rotação segundo a vertical. As bases estão
imersas em óleo para proteger as superfícies retificadas. Na base que permite ajustes em
altura estão aparafusados dois pilares de ferro fundido, ocos, preparados para neles
circular água, destinada a manter a temperatura do conjunto.

Figura 15: Modelo 3D das Bases dos Círculo Meridiano
5.3.4 Eixo
O Eixo do círculo meridiano atual (Figura 16) é de aço vazado de elevada tensão limite de
elasticidade com uma excentricidade entre os topos e o corpo, inferior a 1 micrómetro.
Transporta no seu interior o espelho e o seu mecanismo de fixação e no seu exterior, de
cada lado, um rolamento de esferas, uma roda dentada e um limbo graduado em ínvar. O
conjunto comporta o espelho, feito de hysil, com 360 mm de diâmetro, plano até 1/10 do
comprimento de onda da luz visível, e está fixado ao eixo por um complexo sistema de
molas e parafusos micrométricos. O conjunto pesa aproximadamente 200 kg.
Figuras 16: Eixo do Círculo Meridiano
5.3.5 Dispositivo de Impulsão de Mercúrio
O dispositivo de impulsão de mercúrio é o dispositivo responsável pelo ajuste fino em altura
do Eixo. Consiste em dois cilindros hidráulicos que funcionam segundo o princípio dos vasos
comunicantes e que elevam o eixo sem este perder a sua horizontalidade. Os êmbolos
encontram-se completamente banhados pelo mercúrio, produzindo assim uma impulsão de
200 kg cada um. Em cada êmbolo está encaixado um aro metálico de onde se suspendem
os rolamentos que permitem a rotação do eixo.

5.3.6 Dispositivo de Inversão do Eixo
Entre os cilindros hidráulicos existe um macaco mecânico que permite elevar e inverter o
Eixo do Círculo Meridiano (Figura 18). Montado no Dispositivo de Inversão há ainda um
espelho de mercúrio (Figura 22). Utilizando uma ocular autocolimadora de Danjon (Figura
19), e o espelho de mercúrio de referência horizontal, é possivel avaliar os desvios na
orientação do Eixo e das lunetas de observação em relação à orientação ideal: Este/Oeste
para a rotação do Eixo e Norte/Sul para as lunetas de observação. Ambos na Horizontal.
Figura 17: Dispositivo de inversão em manobra. Figura 18: Ocular Autocolimadora de Danjon.
A ocular autocolimadora de Danjon é um dispositivo ótico de alinhamento que emite um
feixe de luz e permite que se observe a imagem emitida e a refletida ao mesmo tempo. A
imagem é o retículo que a luz atravessa, normalmente fios de teia de aranha. Atuando sobre
o mecanismo de ajuste de altura e de azimute das Bases tenta-se anular o desvio entre as
duas imagens.
5.3.7 Limbos e Registadores
Os limbos e as câmaras fotográficas eram usados para registar a inclinação do eixo em
cada observação. Os limbos (Figura 20, esquerda) são de aço laminado e tratados
termicamente para não terem tensões internas. São incrustados com fita de material
inoxidável dividida de 5’ em 5’ e numerada de grau em grau.
Figura 19: Máquinas fotográficas para registo da posição do Limbo, montadas na Munhoneira
Oeste.
Cada registador (Figura 19, direita) é constituído por uma objectiva Homocêntrica com cerca
de 105,7 mm de distância focal; um tubo de aço inoxidável; uma caixa de máquina
fotográfica para filme normal de 35 mm, com carregadores Robot; um flash circular e um
eletroíman para comandar o avanço do filme. Nas tampas das caixas dos registadores

podem ser colocadas oculares, que permitem examinar diretamente as imagens do limbo
dadas pelas objetivas Ross.
5.4 Desmontagem e Reparação
Quando no final de 2010 se iniciaram os trabalhos de recuperação co C.M.E. o aspecto
geral do equipamento era o que se apresenta na Figura 20.
Figura 20: Aspeto geral do Círculo Meridiano de Espelho do Porto antes da intervenção de
restauro (final de 2010).
Um dos primeiros problemas com que nos deparámos foi o de estabelecer a ligação entre
as várias versões que existiram entre o instrumento original de 1957 e o instrumento objecto
da intervenção. Conforme mencionado na Introdução, o Eixo original (Figura 3) apresentava
deformação excessiva e foi substituído. O Eixo era constituído por dois flutuadores de inox
impressionantes que trabalhavam em duas tinas abertas de mercúrio. É hoje conhecido que
os vapores de mercúrio são extremamente tóxicos pelo que este elemento foi eliminado,
estando os flutuadores pousados no fundo das tinas.
5.4.1 Intervenção no Instrumento
O primeiro passo no processo de desmontagem foi a remoção das partes óticas. O espelho
foi enviado para Inglaterra para ser re-aluminizado. Esta operação envolve a decapagem
com uma mistura de ácido sulfúrico e ácido clorídrico, eletro-deposição numa câmara de
vácuo e aplicação de uma fina camada de proteção de quartzo.

Figura 21: Par colimador Figura 22: Espelho de mercúrio
As lentes dos colimadores de observação (Figura 21) foram lavadas na empresa
Macrozoom, com uma mistura de água, detergente e álcool isopropílico para a remoção dos
fungos, marcadas e guardadas.
O espelho de mercúrio (Figura 22) usado na autocolimação consiste num prato de cobre,
com uma ligeira concavidade onde o mercúrio é depositado, e onde fica aberto ao ar sem
nenhuma preocupação de estanquicidade, situação que teria que ser corrigida. Atendendo a
que o recuperado C.M.E deveria estar acessível ao público em determinados períodos
decidiu-se retirar todo o mercúrio e evitar assim riscos desnecessários para a saúde pública.
A superfície livre apresentava-se bastante oxidada como a figura demonstra, com rosáceas
características da oxidação. Depois de purgado ainda assim o seu peso era excessivo,
consequência da formação de uma amálgama de cobre com o mercúrio. Assim, foi decidido
submetê-lo a aquecimento para retirar o mercúrio remanescente, operação delicada que
teve lugar nos Laboratórios de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto.
Apesar de ter sido recuperada uma quantidade significativa de mercúrio existe a
possibilidade de a extracção não ter sido total, pelo que se instalou um anel em inox, com
uma tampa de vidro, vedada com um O-ring entre o vidro e o metal e outro entre o anel e o
Dispositivo de Inversão para evitar a evaporação do mercúrio.
A desmontagem prossegue com a remoção dos aros que suspendem o Eixo (Figura 23)
com vista à limpeza do par de rolamentos montados no Eixo (Figura 24), suportado pelo
Dispositivo de Inversão.
Figura 23: C.M.E. desmontado Figura 24: Rolamento que monta no Eixo
A remoção dos rolamentos foi desaconselhada considerando o custo envolvido e, mais
importante, porque estando montados há mais de 50 anos podiam ser danificados. Por
estes motivos, optou-se por lavá-los no local. Taparam-se as pistas com fita-cola de papel e

com uma escova de arame retirou-se toda a ferrugem acumulada na parte superior do
rolamento. De seguida, com um compressor e petróleo iluminante limpou-se o rolamento por
dentro e por fora. Com o compressor retirou-se o petróleo e repetiu-se a operação várias
vezes. No final lubrificaram-se os rolamentos com um pincel, dando várias voltas para que a
massa preenche-se todas as superfícies em contacto.
Aproveitando a remoção do espelho do Eixo, removeu-se também o dispositivo que evita
que o Espelho escorregue com a gravidade quando o Eixo roda. Trata-se de uma coroa de
bronze com dois contrapesos laterais articulados por cardans, que se podem observar nas
extremidades do modelo 3D na Figura 25.
Figura 25: Suporte do Espelho real e seu modelo 3D
Em qualquer posição angular do Eixo, o momento produzido pelos contrapesos mantem a
coroa no mesmo sítio. De modo a definir radialmente a posição do Espelho, em relação à
coroa, existiam 4 pistões pneumáticos, com êmbolos de borracha virgem no seu interior,
montados na sua periferia, que definem a concentricidade do Espelho em relação à coroa,
na sua rotação. Irremediavelmente danificados, os êmbolos foram substituídos por molas
dimensionadas para produzirem a mesma força, definindo radialmente a posição do
Espelho. A posição do Espelho é ainda definida axialmente (em relação à coroa) através de
3 ventosas de vácuo que puxam o Espelho para o interior do Eixo. O vácuo é produzido por
uma bomba que foi reparada (Figura 26), sendo de referir que se apresentava globalmente
em bom estado (as fugas foram eliminadas e o motor foi rebobinado).
Figura 26: Bomba de vácuo em reparação Figura 27: Conjunto Motor de Inversão
Porque o espelho é frágil e pesa 11 kg, as tensões na sua fixação não devem ser
exageradas. Assim, a fixação do conjunto do Espelho tem que ser assegurada por pares
parafuso/mola-antagonista que permitam pequenos movimentos nas três direções
ortogonais reagindo a solicitações de índole térmica ou outras. No plano da superfície

espelhada existem 3 pares de parafuso/mola que foram limpos e remontados. Dois pares
recorrem a 4 entalhes na parede lateral do Espelho que o fixam na direção do eixo de
rotação, sem o bloquear. Perpendicularmente à direção do eixo de rotação mas no plano do
Espelho, o outro par fixa o Espelho no grau de liberdade que faltava nesse plano.
Perpendicularmente à superfície do Espelho existem 3 pares dispostos nos vértices dum
triângulo equilátero. Para averiguar flutuações normais à superfície espelhada existe um
apalpador micrómetro da Societé Genevoise que teve que ser reparado. A mola “fio de
cabelo” tinha perdido a sua elasticidade.
O Dispositivo de inversão pode ser acionado por um motor elétrico ou manualmente (Figura
27), através de uma alavanca que permite embraiar o modo que se deseje. O conjunto
motor da inversão é composto por um motor elétrico, uma caixa de redução, uma
embraiagem e um conta-voltas, que permite posicionar a roda dentada do Eixo no ponto de
engrenagem certo após a inversão. Este pormenor é importante para não sobrecarregar a
cadeia cinemática de movimentação do Eixo e para que as folgas não sejam excessivas. A
transmissão entre o motor e o redutor é feita por uma correia trapezoidal que foi substituída.
A motorização do Eixo (figura 28) é conseguida através de uma caixa redutora onde se
encontrava montado o motor elétrico síncrono e os transmitters Selsyn que faziam parte do
antigo sistema de controlo analógico do C.M.E. O sinal elétrico do motor antigo era fornecido
por um amplificador operacional a válvulas, que foi retirado visto não ser fiável (nem
necessário após substituição do tipo de motor). A transmissão da posição do Círculo
Meridiano aos postos de observação, para o mecanismo de seguimento de estrelas, era
conseguido através de um mecanismo de redução que se encontra ainda hoje dentro do
suporte Oeste do Eixo. A caixa de redução foi toda lavada com petróleo e lubrificada e o
motor foi substituído por um motor passo-a-passo porque o motor antigo estava danificado e
não era possível a substituição do mesmo (não existe fabrico do mesmo, não era possível a
sua recuperação e devido a folgas mecânicas o binário necessário para mover aumentou
significativamente). A transmissão ao pinhão que engrena na roda dentada do eixo faz-se
por dois cardans que foram lavados e lubrificados. Notou-se que o engrenamento entre o
pinhão e a roda apresenta muitas folgas e por isso o ponto de engrenamento é crítico. As
folgas, estimadas em 11 passos do motor quando este muda de sentido de rotação, não
conferem rigor ao sistema, pelo que se considerou que para um posicionamento de precisão
do Eixo é indispensável montar um encoder digital contra um dos limbos. Essa é uma das
ações programadas para 2016. Para calibrar o Eixo no início de cada sessão de
observação, foi montado um detetor ótico debaixo do pinhão. Quando o instrumento é
ligado, o motor roda até o detetor encontrar a marca indicativa da posição “Home”,
equivalente à posição 90˚, isto é, a normal do Espelho aponta para o zénite.
Figura 28: Conjunto de motorização do C.M.E., em reparação e no final
O mecanismo de registo da passagem das estrelas também foi alvo de limpeza e
lubrificação (Figura 29). A menos de uma mola que teve que ser substituída a limpeza foi
suficiente para que o mecanismo voltasse a funcionar. No mecanismo de seguimento, as

ligações elétricas do Receiver tiveram que ser refeitas, bem como as do motor que também
foi rebobinado.
Figura 29: Micrómetro Registador aberto para limpeza
O Círculo Meridiano de Espelho foi todo pintado de azul, com uma tinta epoxy, tendo levado
primário nas zonas onde a corrosão se manifestava.
5.4.2 Intervenção no Edifício
A cúpula do abrigo tem uma forma semi-cilídrica, de parede dupla com um raio de 7 metros
e 8 metros de largura, com duas portadas que correm sobre carris. Numa etapa anterior ao
restauro funcional aqui descrito, o mecanismo de acionamento das portadas tinha sido
reparado por uma equipa da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Todo o
conjunto encontra-se apoiado num grande aglomerado de blocos de granito com 4 metros
de profundidade, afastado das paredes por uma galeria de 1,5 m de largura que o circunda
com o propósito de minimizar os efeitos vibratórios do solo. Atravessam o maciço uma
série de canais que visam favorecer a sua estabilidade térmica.
O antigo soalho foi substituído por um novo de pinho tratado onde foi criada uma abertura
de policarbonato transparente para mostrar a galeria (Figura 30). O soalho de madeira
onde as pessoas caminham encontra-se também construído sobre vigas encastradas na
parede sem nunca tocar no maciço. Algumas vigas foram reforçadas, principalmente na
ligação às paredes. No canto nordeste da Sala há um alçapão que permite descer à
galeria.
Figura 30: Abertura no soalho sobre a galeria subterrânea (esquerda); Pormenor do travejamento
de suporte do soalho (direita).

Os pilares que suportam as 4 lunetas são extensões do maciço e encontram-se revestidos
por painéis de cortiça forrados com proteções anti-choques. Estas proteções fixam-se ao
soalho sem tocarem no instrumento. Algumas destas proteções tiveram que ser
substituídas por contraplacado marítimo porque se apresentavam em mau estado. As
paredes do abrigo são constituídas por chapas de alumínio zincado, parcialmente
sobrepostas e rebitadas umas às outras, tanto interior como exteriormente. Para evitar a
entrada de água das chuvas, aplicou-se silicone nos rebites e em todas as juntas
longitudinais. Dada a grande massa de ar interior, reforçou-se a desumidificação para
evitar as condensações no Inverno.
5.4.3 Intervenção Elétrica
Toda a instalação elétrica do edifício foi substituída. Na fase inicial foi montado um quadro
de obra que foi usado durante 3 anos e mais tarde adquiriu-se um quadro novo de caráter
permanente (Figura 31).
Figura 31: Quadro elétrico instalado na recuperação do C.M.E.. .
Este quadro suporta os seguintes circuitos:
 Iluminação interior composta por 6 iluminárias de iodetos de tungsténio,
 Iluminação exterior composta por 4 projetores com detetores de movimento,
 Iluminação da galeria,
 Alimentação monofásica e trifásica a tomadas e instrumentos
 Comando das portadas,
 Alimentação da bomba de vácuo do Espelho,
 Comando dos aparelhos de ar condicionado,
 Alimentação do dispositivo de inversão,
 Alimentação do circuito de controlo do instrumento.
Procurou-se incluir os sistemas electrónicos antigos reutilizados no circuito de controlo
moderno que foi criado para o efeito, para manter a aparência dos anos 50. O circuito de
controlo do instrumento articula a informação analógica dos comandos com a tecnologia
digital de motorização através dum conversor analógico-digital construído para o efeito. O

computador que centraliza esta informação encontra-se escondido num alçapão entre o
Espelho e o Colimador Norte (Figura 32).
Figura 32: Central de controlo do Círculo Meridiano de Espelho
A central de controlo também comanda o mostrador da Hora que se encontra na parede
Leste (Figura 33) do edifício. A Hora é obtida através da passagem de estrelas gravada por
uma câmara especial designada CCD para astrofotografia.
O sistema elétrico do Círculo Meridiano de Espelho contempla uma extensão de cabo
eléctrico da ordem de 3 quilómetros de comprimento.
Figura 33: Painel eletrónico para indicação da hora

6. O Recuperado Círculo Meridiano de Espelho da Universidade do Porto
Como resultado de todas estas intervenções e que envolveram a conjunção de múltiplas
competências da Universidade do Porto, foi possível colocar novamente a funcionar o
Círculo Meridiano de Espelho do Observatório Astronómico da Universidade do Porto. A
Figura 34 mostra duas perspectivas do interior da cúpula que aloja o C.M.E., possibilitando
uma impressão global do resultado final.
Figura 34: O recuperado Círculo Meridiano de Espelho
A inauguração do recuperado Círculo Meridiano de Espelho ocorreu a 9 de Novembro de
2013, num evento que contou com personalidades oficiais da Universidade do Porto e um
conjunto vasto de convidados.
Figura 35: Painel colocado no interior da cúpula onde se encontra o C.M.E.

Na ocasião também se expôs quais os objetivos pretendidos para a utilização deste
equipamento e que se situam segundo as componentes do ensino, da investigação científica
e da divulgação no domínio da Astronomia, num contexto em que se enfatiza a importância
da preservação do património e da memória na procura de bons caminhos de futuro.
Desde então tem-se trabalhado no sentido da concretização de atividades segundo estas
componentes, enquanto em paralelo se tem procurado melhorar as características técnicas
do instrumento, particularmente ao nível da precisão na deteção da passagem das estrelas
pelo meridiano e visualização do evento pelo público presente na cúpula do C.M.E. em
sessões públicas de demonstração.
O C.M.E tem atraído um número elevado de pessoas que ocorrem ao Observatório nos
períodos semanais de visita, sendo muito gratificante observar as suas reações quando são
expostas à sua funcionalidade e operação. Só por isso todo o empenho colocado na sua
recuperação teria valido a pena, mas a verdade é que muito mais daí decorrerá, situando o
Círculo Meridiano de Espelho como um equipamento emblemático da Universidade do
Porto.
7. Bibliografia
Atkinson, Robert D’Escourt. “A proposed mirror transit circle”. Monthly Notices of the Royal
Astronomical Society, Vol. 107, p. 291.
Fricke et al.. (1973). Comission 8, Transactions of the International Astronomical Union:
Reports on Astronomy. London. International Astronomical Union. Vol XVA, p. 31
Gumerov, R. I.; Kapkov, V. B.; Pinigin, G. I. Automatic Horizontal Meridian Circle at Pulkovo.
Astrometric Techniques, Proceedings of IAU Symposium No. 109, held 9-12 January 1984 in
Gainesville, FL. Edited by H.K. Eichhorn and R.J. Leacock. Dordrecht: D. Reidel Publishing
Co., p. 459, 1986.
Rawlins, Dennis. (1985). Ancient Geodesy - Achievement and Corruption. Vistas in
Astronomy, Issue 1, vol. 28, Pergamon Press, p.256
Tucker, R.H.. “Transit Circles Today”, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society,
September, 1969, Vol. 10, p.22.
De Barros, Manuel G. P.. (1957). Círculo Meridiano da Faculdade de Ciências do Porto.
Publicações do Observatório Astronómico da Faculdade de Ciências do Porto. 1957.