El observatorio está en la Región de Coquimbo, en las cercanías de Vicuña. Pertenece a la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, AURA en inglés, un consorcio de universidades estadounidenses y latinoamericanas, donde participa la Universidad de Chile.
Tiene unos 5 telescopios operativos entre ellos el CTIO 4 metros, que fuera el mayor del hemisferio sur, hasta la inauguración del VLT Antu de ESO en Paranal.
Luego de los acuerdos firmados en 1961 entre la Universidad de Chile y AURA, la construcción y las primeras observaciones astronómicas del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo comenzaron ese mismo año.
El Observatorio Interamericano de Cerro Tololo fue inaugurado oficialmente el 7 de noviembre de 1967 con la presencia del Presidente Eduardo Frei Montalva; un día después que su primer gran telescopio, de 1,5 metros, viera la primera luz 1.
En abril de ese mismo año, los Presidentes Eduardo Frei, de Chile y Lyndon B. Johnson, de Estados Unidos, firmaron un comunicado conjunto, en Punta del Este, Uruguay, con la decisión de construir un telescopio con un espejo de 4 metros en Tololo. Este instrumento, que posteriormente sería bautizado como Telescopio Victor M. Blanco (en homenaje al segundo director del observatorio), fue inaugurado en 1976 y sería durante 22 años el mayor del hemisferio sur.
Actualmente Tololo cuenta con 5 telescopios. Acompañan al Blanco de 4 metros, el 1,5 metros, el 0,9 m, el YALO de 1 m, además del Curtis/Schmidt.
Tololo como los demás observatorios de la región, ubicados en las cumbres de esta zona meridional del Desierto de Atacama, en la precordillera de Los Andes, cuenta con unas 300 noches despejadas al año y goza de una gran estabilidad atmosférica, los astrónomos pueden así aprovechar plenamente las costosas inversiones que deben realizarse en los observatorios. En la cumbre de Cerro Tololo, se ve el mayor instrumento del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO en inglés), el Telescopio Blanco de 4 m, observando el fabuloso cielo del sur: vemos la Vía Láctea con la Cruz del Sur, a la derecha abajo. A la izquierda arriba vemos el difuso resplandor de la Pequeña Nube de Magallanes y abajo, el de su hermana, la Gran Nube de Magallanes. Esta imagen fue obtenida por Roger Smith ingeniero del equipo de CTIO, con un detector CCD muy sensible destinado a realizar imágenes astronómicas. El tiempo de exposición fue de 20 segundos. Las estructuras del observatorio están iluminadas sólo por la luz de las estrellas. Se puede observar como la cúpula del gran telescopio fue modificada según los modernos conceptos, se le abrieron ventanas para permitir que el aire nocturno ayude en el enfriamiendo del instrumento durante su operación nocturna, además los astrónomos ya no trabajan dentro de la cúpula, evitando así que el calor de sus cuerpos forme turbulencias no deseadas sobre el espejo.Recientemente, se han actualizado todos los instrumentos del Tololo, equipándolos con cámaras CCD y sistemas de control computacional. Pero el observatorio, recibió su mayor estímulo modernizador, con la instalación del telescopio Géminis Sur y SOAR en la cercana cumbre de Cerro Pachón. El Géminis Sur, con un espejo de 8,2 metros se encuentra entre los mayores y más modernos del mundo.El SOAR es un telescopio óptico de 4,1 m de diámetro de tipo alt-azimut, contruido por el Ministerio de Ciencias de Brasil, el National Optical Observatories, the University of North Carolina y la Michigan State University de Estados Unidos.
Comparte la cumbre del Cerro Pachon, con el Géminis Sur y está diseñado para operar en el rango de la luz visible, desde el azul (320 nm) al infrarrojo cercano con excelente calidad de imagen, rapidez de apuntado y aprovechamiento de hasta nueve instrumentos montados y listos para ser ocupados realizando imágenes, espectrometría, fotometría y polarimetría.
Su espejo primario tiene sólo 10 cm de espesor y está sujeto por 120 actuadores eletro-mecánicos, destinados a mantener y sujetar el espejo en su posición óptima. Cuenta con óptica adaptiva, donde un tercer espejo corrige parcialmente las turbulancias atmosféricas deformandose a la par que la atmósfera a 50 Hz.
Fue inaugurado el 2004 y vió su primera luz en esa época. La observaciones científicas comenzaron el año 2005.
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