Como medir el seeing
# Cómo Medir el Seeing
📝 Resumen
El trabajo trata sobre la medición del
seeing. La inestabilidad del aire es un gran problema para los astrónomos, por lo tanto, es importante saber cuánto influye la inestabilidad en la calidad de la observación en la Tierra.
La medición propia se llevó a cabo en dos estaciones diferentes mediante dos métodos diferentes: la detección de los cambios en la
distancia angular entre las estrellas y la medición del
FWHM (Ancho Completo a la Mitad del Máximo). El primer método no arrojó resultados concluyentes. El segundo método mostró resultados más demostrables. Los valores de seeing medidos por FWHM fueron más altos, indicando peores condiciones de observación.
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1. ¿Qué Significa el Seeing?
1.1 La Observación Astronómica
La
Astronomía es un campo científico que se ocupa de todos los objetos más allá de la atmósfera terrestre. La observación puede dividirse en diurna (limitada por el brillo del Sol) y nocturna. Durante la observación, la imagen formada en el telescopio no es perfectamente nítida y puede moverse o temblar ligeramente.
Esta inestabilidad del aire, causada por la
turbulencia térmica en la atmósfera, se llama
seeing astronómico y tiene una influencia fundamental en la calidad de la imagen.
Existen dos tipos de seeing:
Seeing Lento: Existe en altitudes más bajas. Hace que la imagen se mueva y oscile, aunque el objeto permanezca relativamente nítido. Afecta a la astrofotografía (desplazamiento de la imagen), pero menos a la observación visual.
Seeing Rápido: Se forma en altitudes más altas y tiene efectos más destructivos. La imagen se ve completamente borrosa y solo se percibe una mancha difusa.
Imagen 1: La estrella Alcor, a la izquierda con seeing relativamente bueno, a la derecha con malas condiciones de seeing.
1.2 La Aparición del Seeing
El seeing es un efecto de la
atmósfera de la Tierra. El aire se compone de muchas
células de aire que varían en tamaño (desde centímetros hasta metros) y que difieren en su
índice de refracción (
n).
El índice de refracción para el aire es: $n=1.00026$.
Aunque las diferencias entre los índices de refracción son minúsculas, son suficientes para desviar la luz, haciendo que la atmósfera actúe como un sistema de lentes que cambia constantemente la dirección de la luz.
El clima también influye: la neblina fina y la bruma fina mejoran el seeing, ya que el aire está más tranquilo. Por el contrario, las temperaturas más bajas y la presión estabilizada suelen resultar en un peor seeing.
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2. Eliminación de los Efectos del Seeing
2.1 Lucky Imaging (Imágenes de Suerte)
El Lucky imaging es un método para eliminar parcialmente los efectos del seeing en astrofotografía. Su principio se basa en:
1. Tomar un gran número de fotos (vídeos) con un tiempo de exposición muy corto (fracciones de segundo).
2. Las fotos que están demasiado influenciadas por la atmósfera son descartadas.
3. El resto de las fotos (los cuadros más nítidos) se apilan en una única foto resultante.
Imagen 3: Fotos de la estrella Polaris con diferentes tiempos de exposición.
2.2 Óptica Adaptativa
El sistema de Óptica Adaptativa (AO) sirve para corregir los fallos causados por el seeing en tiempo real.
Principio de funcionamiento:
1. Los frentes de onda deformados por la atmósfera son enviados a un sensor, generalmente un sensor de frente de onda Shack-Hartman.
2. Los ordenadores procesan la información de la deformación y calculan las correcciones necesarias.
3. Los actuadores deforman los espejos secundarios del telescopio en tiempo real, corrigiendo el error antes de que la luz llegue al instrumento científico.
Para que el sensor funcione, se necesita una fuente de luz brillante, utilizando estrellas guía. Se utilizan estrellas guía naturales (NGS) o, más comúnmente, estrellas guía láser. Aunque el sistema de AO puede eliminar casi por completo la influencia del seeing, es muy costoso.
Imagen 5: Fotos de Urano con (AO System ON) y sin (AO System OFF) el sistema de óptica adaptativa del Observatorio Keck.
2.3 Otras Formas de Eliminación
Ubicación: Evitar observar cerca de edificios que calientan el aire y crean turbulencia local. La altitud también juega un papel, ya que las condiciones del aire son generalmente mejores a mayor altura (miles de metros).
Cenit: Las mejores condiciones se dan al observar un objeto en el cenit (directamente sobre la cabeza), ya que la luz atraviesa la menor masa de aire posible.
Telescopios Espaciales: La única forma de eliminar completamente los efectos del seeing es colocando un telescopio detrás del límite de la atmósfera, como el
Telescopio Espacial Hubble.
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3. Medición del Seeing
3.1 Métodos Existentes
#### 3.1.1 Escalas de Seeing
Los astrónomos aficionados utilizan escalas para evaluar las condiciones de forma subjetiva.
Escala de Pickering: Dividida de 1 (seeing muy pobre) a 10 (seeing excelente, imagen nítida y tranquila).
Escala de Antoniadi: Describe cinco puntos de calidad (de I - Perfecto a V - Muy pobre/parpadeante).
Estas mediciones son imprecisas y subjetivas, ya que dependen de la experiencia de cada astrónomo y no tienen interfaces exactas entre puntos.
#### 3.1.2 Tamaño Angular (FWHM)
La medición profesional del seeing se realiza mediante el
FWHM (Ancho Completo a la Mitad del Máximo), con valores expresados en
arcosegundos.
Un valor mayor de FWHM significa peores condiciones para la observación.
Los valores comunes de seeing oscilan entre
2 y 5 arcosegundos.
3.2 Medición Propia
Se utilizó un telescopio
Sky-Watcher refractor 90/910 con una cámara
Canon EOS 450D en dos estaciones (un balcón y un observatorio).
#### Método 1: Cambios en la Distancia Angular
Este método se centró en medir el seeing lento, utilizando el cambio de distancia entre las estrellas
Mizar y
Alcor (distancia angular real de 708 arcosegundos).
Resultados: El valor promedio del seeing medido fue de (0,73 ± 0,40) arcosegundos.
Conclusión: Estos resultados no se consideran realistas, ya que el seeing suele ser de 2 a 5 arcosegundos. Se cree que la distancia angular corta entre las estrellas (708 arcosegundos) hizo que el aire se comportara de manera homogénea en esa pequeña área, resultando en un desenfoque constante y una distancia casi inmutable.
#### Método 2: FWHM (Ancho Completo a la Mitad del Máximo)
Este método se centró en medir el seeing rápido. Los valores de FWHM fueron determinados directamente por el programa DeepSkyStacker (DSS).
Resultados: El valor promedio del seeing medido fue de (5,07 ± 0,45) arcosegundos.
Conclusión: Estos resultados se consideran
más correctos y cercanos a la realidad. Sin embargo, un valor promedio de 5,07 arcosegundos indica
malas condiciones del aire en el sitio de medición.
#### Resumen de Correlación Climática (Método FWHM)
La estadística de correlación mostró que el seeing depende:
Indirectamente (mejora al aumentar la condición): De la temperatura y la altura del objeto.
Directamente (empeora al aumentar la condición): De la
velocidad del viento, la
presión atmosférica y la
humedad.
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4. Conclusión
Se cumplió la tarea de medir objetivamente el seeing astronómico en la localidad de Prostějov.
El método de
Cambios en la Distancia Angular (0,73 arcosegundos) arrojó resultados poco realistas. El método de
FWHM (5,07 arcosegundos) produjo resultados más correctos y realistas, indicando malas condiciones para la observación. Es necesario estudiar más a fondo los aspectos teóricos y realizar más experimentos prácticos.
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5. Bibliografía y Referencias
[1] Povětroň. Hradec Králové: Astronomická společnost v Hradci Králové, 2000, č. 2000/3. ISSN 1213-6697
[2] Povětroň. Hradec Králové: Astronomická společnost v Hradci Králové, 2000, č. 2000/4. ISSN 1213-6697
[3] Astropis. Praha: Společnost Astropis, 2014, č. 2/2014. ISSN 1211-0485
[4] http://calgary.rasc.ca/seeing.htm
[5] http://www.handprint.com/ASTRO/seeing2.html
[6] Referencias de Imágenes (Del documento original): Autor Kolář J., enlaces de Wikipedia, ESO y otros.
Documento original preparado por: Jakub Kolář, 2015.