El error no est en las estrellas, sino en nosotros mismos

 

   
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El seeing
El seeing es uno de los enemigos del astrónomo, tanto profesional como aficionado. En este artículo intentaremos explicar qué es y cómo intentar evitarlo.

             Tanto el astrónomo profesional como el aficionado deben tener en cuenta muchos parámetros para sus observaciones. Algunos, como la calidad del telescopio, la colimación de los sistemas ópticos y la calibración de los instrumentos a utilizar, pueden ser controlados con gran precisión. Sin embargo, la atmósfera juega un papel crucial, puesto que tenemos que observar a través de ella. Además, su comportamiento es impredecible, pudiendo variar en cuestión de segundos.

             La atmósfera influye con varios factores a la calidad del cielo, como pueden ser la humedad, la transparencia, nubes… Sin embargo en este artículo nos centraremos en el seeing.

Origen del seeing:

             La atmósfera es una gran masa de aire, pero esta masa de aire no es, ni mucho menos, homogénea ni estable. En la atmósfera hay gradientes de presión, de temperatura y de velocidades. En un fluido cualquiera, cuando estos gradientes son nulos o muy pequeños, todas las partículas del fluido se desplazan de forma “tranquila” y uniforme. Es lo que se llama flujo laminar. Cuando estos gradientes tienen una importancia algo más elevada, las partículas de aire, organizadas en células, sufren rozamientos unas con otras y teniendo desplazamientos muy poco uniformes y aleatorios. Tenemos un flujo turbulento.

             El índice de refracción de un medio nos indica la desviación que sufre un rayo de luz al penetrar en ese medio. El índice de refracción del aire depende de su presión, temperatura y densidad. Si hay turbulencias en la atmósfera, las celdas de aire están sometidas a gradientes de presión, temperatura y densidad. Por tanto, el índice de refracción varía de una celda a otra. Por tanto, la desviación que sufren los rayos procedentes de un objeto (podemos considerar que llegan paralelos) será distinta para cada punto de la atmósfera. Debido al movimiento de las células turbulentas, esta diferencia de desviaciones no es constante en el tiempo. Además, como el índice de refracción depende de la longitud de onda, el seeing depende de la longitud de onda. Esto es lo que causa el centelleo de las estrellas.


Imagen 1: Recorridos de los rayos de luz en la atmósfera


El seeing en la observación:

            El tamaño de las células turbulentas es de unos 20 cm. Debemos distinguir la observación con instrumentos de diámetros inferiores a ese tamaño y superiores.

Instrumentos de diámetro inferior:

            Con un instrumento de diámetro inferior al tamaño de las células de turbulencia, los rayos procedentes del objeto llegarán al telescopio procedentes de pocas células turbulentas (1 ó 2 a lo sumo). Por tanto, en cada instante, los rayos llegarán con una inclinación distinta al objetivo del instrumento, formándose la imagen en puntos distintos del plano focal del instrumento: en cada instante veremos la estrella en una posición distinta, que va “saltando” de forma caótica de un punto a otro.

Instrumentos de diámetro superior:

             Si el diámetro del instrumento es superior al de las células de turbulencia, los rayos procedentes del objeto llegarán al telescopio procedentes de distintas células. Lo que se observa es varios puntos luminosos a la vez que cambian de posición rápidamente. Si hiciéramos una exposición prolongada, obtendríamos un disco más o menos uniforme con un diámetro determinado, llamado disco de seeing.


Imagen 2: Imágenes tras un tiempo de exposición prolongado en un telescopio de diámetro pequeño y otro de diámetro mayor

Escalas de seeing:

            Para poder estimar las condiciones de seeing se utilizan distintas escalas. Vamos a ver algunas de las más utilizadas. Sin embargo, son siempre subjetivas, dependiendo de las características, tanto del instrumento utilizado como de la agudeza visual del observador

Escala de Pickering:

            La escala de Pickering se basa en el tamaño del disco de seeing. Toma valores entre 1 y 10 aumentando conforme disminuye el disco de seeing. El valor 1 corresponde a un seeing de cerca de 14”, mientras que el valor 10 equivale a una imagen perfectamente estable:


Imagen 3: Escala de Pickering

Escala de Antoniadi:

            Esta escala se basa en la estabilidad de la imagen del objeto observado, otogando valores de 1 a 5 (expresados con números romanos) aumentando con la calidad de la imagen. Un valor I en la escala de Antoniadi se corresponde con una visibilidad perfecta, sin variaciones en la imagen. Un valor V es la peor imagen posible, que no permite hacer observaciones de calidad.

Se pueden establecer relaciones entre ambas escalas:

Pickering

Antoniadi

Cielo

9-10

I

Excelente

7-8

II

Muy bueno

5-6

III

Bueno

3-4

IV

Pobre

1-2

V

Malo

Lucha contra el seeing:

             Desafortunadamente, el seeing es un enemigo difícil de combatir, sobre todo para el aficionado, que dispone de menos medios que un observatorio profesional. Para el aficionado esta lucha se reduce básicamente en elegir buenos lugares de observación. Debermos decantarnos por lugares altos, a ser posible que suelan estar por encima de la capa de inversión, que es donde se forman las nubes. También habrá que huir de ríos, lagos y mares, puesto que la diferencia térmica produce corrientes de aire verticales que aumentan la turbulencia.

            Los observatorios profesionales disponen de métodos muy avanzados para evitar el problema del seeing, llegando incluso a alcanzar la resolución teórica del aparato. La mayoría de los sistemas se basan en la óptica adaptativa. Un conjunto de actuadores bajo los espejos, los deforman para evitar los efectos del seeing. Utilizan métodos como la mínima anchura del disco de seeing, por medio de complicados algoritmos. Otro método consiste en proyectar un láser de sodio hacia el cielo (similar a los láseres verdes de aficionado). El haz del láser debe atravesar la atmósfera, por lo que estará sometido a las mismas condiciones que el objeto observado. Corrigiendo los efectos de las turbulencias en la imagen del láser, corregiremos los efectos de la turbulencia en la imagen científica.


Imagen 4: Comparativa de una imagen con óptica adaptativa y sin ella




Artículo escrito por: Raúl Cacho Martínez