Trabajando en un observatorio astronómico

Trabajando en un observatorio astronómico semiprofesional y la preparación de una sesión de observación (algo) seria

Hace unos años, tuve la suerte de trabajar durante más de un años en un observatorio astronómico semiprofesional en Galicia. Fue una experiencia muy enriquecedora, en la que pude aprender innumerables detalles de la planificación y operatividad de un observatorio astronómico al modo «profesional».  Muchos amigos y conocidos me han preguntado como era el día a día trabajando en un observatorio astronómico, que como le contesté brevemente en su día a una periodista, era básicamente por la noche.

Os relato unas líneas sobre la actividad que se lleva en un observatorio y un poco sobre la preparación de observaciones, que espero os gusten.

Los aficionados a la astronomía conocemos muy poco de cómo se trabaja en un observatorio profesional o semiprofesional. A veces, tenemos una idealización del trabajo que se realiza en los observatorios que dista bastante de la realidad. Un observatorio astronómico es un centro de investigación (o de divulgación e investigación, como era el caso del observatorio para el cual trabajaba), que tiene un programa estricto de trabajo. Tanto más estricto cuanto mayor es el observatorio y mayores son sus medios, de forma que los grandes observatorios se dedican exclusivamente a la investigación y no a la divulgación, y sus tiempos de uso son muy apreciados por la comunidad de astrónomos profesionales.

Nosotros, como aficionados, averiguamos que esta noche va a estar despejado, preparamos nuestro telescopio (más o menos modesto, según nuestro presupuesto), y nos alejamos de las luces urbanas más o menos kilómetros en función de la polución de nuestras ciudades.

Montamos con el crepúsculo, preparamos la cámara (si vamos a realizar una sesión de fotografía), alineamos con la estrella Polar, probamos el seguimiento y, con suerte, cuando ha caído la noche, empezamos con nuestra sesión astronómica. Lo que hacen los más concienzudos, y lo que es lo altamente recomendable, es saber lo que vamos a fotografiar; la planificación es necesaria para obtener resultados. Solo salir a observar las estrellas con el único fin de recrearse de esa sensación de grandiosidad que proporciona estar bajo el manto de la noche estrellada es la única situación que no requiere planificación alguna.

En función de nuestro telescopio y de nuestro detector (en caso de una sesión de astrofotografía sea con el fin que sea), sabremos a qué objeto apuntar y en qué momento de la noche. Aun así, tenemos la libertad de poder saltar de objeto en objeto tal y como nos plazca. En un observatorio profesional o semiprofesional, eso es imposible.

La noche está detalladamente planificada, pero no de ese día, sino con muchos días de antelación, incluso meses. De hecho, muchas veces, el astrónomo de soporte y/o el operador del telescopio saben con poco tiempo de antelación qué es lo que van a observar y con qué instrumentación, de acuerdo con las características del objeto u objetos motivos de la sesión.

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Centro de recepción de visitantes de Calar Alto (Almería)

Además, a diferencia de nuestros telescopios de aficionado, el astrónomo de soporte y/o el operador de telescopio ni siquiera están cerca del telescopio: están en la sala de control, ya sea en el mismo edificio o en una sala incluso a unos pocos kilómetros de distancia. Todo se hace de alguna forma en «remoto». No hablemos ya del investigador, que puede encontrarse en un ordenador de su despacho en la otra parte del mundo, o incluso durmiendo en esos momentos a la espera a la mañana siguiente de los resultados.

Lógicamente, las comodidades son muy superiores a las de un aficionado trabajando en «campo abierto». Lo habitual, siendo astrónomo de soporte u operador de telescopio, es que lleves un ritmo de vida «nocturno». Es decir, te levantas a la hora en que la gente está comiendo, que es cuando tú desayunas. Comes en el observatorio (si hablamos de instalaciones profesionales grandes, disponen de sus diferentes zonas para dormir, relajarse y comer en el complejo, cerca de a la sala de control del telescopio o telescopios) o bien en alguna zona cercana por la tarde (normalmente, te lo llevas preparado hasta que te acostumbras al cambio de horas), y estás operativo al 100 % y en las instalaciones mucho antes de la noche.

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Al caer la tarde, dirigiéndonos a la sala de control de los observatorios de Calar Alto

Por lo tanto, ciñéndonos a detalles que no tengan que ver con las necesidades fisiológicas, llegas por la tarde a la sala de control, compruebas el estado meteorológico (existen unas condiciones mínimas de viento y humedad para abrir la cúpula), compruebas el programa asignado de observaciones, pones los sistemas en marcha (telescopio, ordenadores oportunos, detectores, cafetera), compruebas el enfriamiento de la cámara principal (normalmente, Peltier y refrigeración por agua en instrumentos semiprofesionales, y nitrógeno liquido en instrumentos mayores), compruebas la operatividad del instrumental requerido para las observaciones (filtros, redes, etc.) y vuelves a releer la secuencia de observaciones, preparando la toma de flats (de cielo o de cúpula) como primer paso del proceso. Las primeras tomas de luz tienen por objetivo comprobar el foco y el seeing de la noche.

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Consolas de control de Telescopio e instrumentación en Calar Alto

Normalmente, si las capturas CCD tienen por objetivo el estudio fotométrico de algo, vas a tener que hacer muchas, no solo de los objetos propuestos en diferentes filtros de alguno de los sistemas fotométricos, sino también de las estrellas de referencia catalogadas, método imprescindible en fotometría absoluta.

En algunas ocasiones, el astrónomo visitante, que forma parte del proyecto de investigación, se desplaza a tomar él mismo las medidas al observatorio, ayudado por un operador y otro astrónomo de soporte, aunque eso ya depende de la estructura de cada observatorio, de su presupuesto, etc.

La noche transcurre tomando imágenes y comprobando que no hay problemas. Pendiente de alertas climatológicas (que no se nuble, que no se exceda la humedad, que se cambien correctamente la instrumentación, que no se rompa nada, etc.). Por lo general, es un trabajo pendiente de uno o varios monitores, cuya única animación transcurre entre el salto de estrella en estrella (u otro tipo de objeto), comprobación y toma de imágenes. Las comprobaciones de foco oportunas con cada cambio de filtro o de temperatura ambiente. Así hasta que despunta el alba y finaliza la jornada. Es el momento de realizar la rutina inversa, de aparcar todos los sistemas, comprobar que todo se queda en su sitio y enviar las imágenes a su destino (o hacer una copia en soporte de ellas). Finalmente se realiza un reporte de la sesión, que le quedará al próximo astrónomo u operador en caso de cambio a la noche siguiente. Una gran noche si todo ha ido bien. El mundo profesional en un observatorio quizás no sea como muchos aficionados han pensado.

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Una “divertida” noche de observación en el OAF

Por otra parte, cabe destacar que los observatorios profesionales tienen desarrollados detectores muchas veces diseñados específicamente para el instrumental empleado, cosa que no ocurre habitualmente en los observatorios semiprofesionales, que trabajan con detectores de gama elevada, pero comercializados por empresas especializadas, y con los que los aficionados más aventajados pueden estar más familiarizados.

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El monitor central muestra la operatividad de Cafos (Calar Alto)

Para quien quiera conocer algo sobre instrumentación profesional le recomiendo el siguiente enlace (Detalle del instrumento “Cafos” de Calar Alto):

https://www.caha.es/alises/cafos/cafos.HTML

Como ya estaréis pensando, muchas veces, la consideración de profesional y de semiprofesional es vaga (mas allá de las titulaciones o de las instituciones que dirigen los centros astronómicos) y, a veces, es raro establecer una línea que los separe. Ello es posible llevarlo también al campo profesional y amateur; actualmente, en nuestro país, las reuniones PRO-AM (profesional-amateur) son ya una realidad, y existen campos donde desarrollar proyectos conjuntamente, en beneficio de la astronomía.

El Observatorio Astronómico de Forcarei (OAF) situado en la localidad de Forcarei (Pontevedra, España) es un observatorio que consideraremos semiprofesional y que «vio su primera luz» en 2009. Lo gestiona la Fundación FC3, integrada por el Grupo de Astrofísica de la Universidad de Vigo, el Concello de Forcarei y la Asociación AstroVigo. La Web del observatorio la podéis encontrar en el siguiente enlace: http://fc3.es/

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OAF y Orión, junto a un gran coche, una noche de  diciembre

No es un gran telescopio, no es un templo del cielo como los que vemos a través de documentales en la isla de La Palma, Hawái o Chile, pero sí el más potente de la Comunidad Autónoma de Galicia, ayudado por una ubicación buena, lejos de las luces urbanas. Además su carácter semiprofesional, hace que entre sus objetivos se encuentre la formación y divulgación de la astronomía, que le confiere al centro un encanto especial.

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La divulgación de la astronomía en el OAF

Hasta el momento, es un instrumento en continua mejora y, si aún no dispone de una destacable instrumentación y edificios auxiliares, en un futuro, estoy seguro de que lo tendrá, en función de los fondos públicos y privados para divulgar e investigar disponibles.

Forcarei2Telescopio principal del OAF y armario de control

Por el momento, que me conste y pido disculpas si estoy desactualizado, el observatorio se ha dedicado, principalmente, a la divulgación y, en menor medida, a la investigación en el campo de un tipo de estrellas extrañas poco conocidas: las subenanas calientes azules. Actualmente, a pesar de los tiempos difíciles por los que atraviesa la instalación debido al recorte económico, también está especializándose —gracias al trabajo de aficionados gallegos— al estudio de NEOS y búsqueda de exoplanetas, donde trazar una línea entre profesionales y aficionados se hace, a veces, difícil.

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Toma simple en RGB  de la galaxia M51 durante campaña de seguimiento de Supernovas (SN2011dh). Tomada por el autor desde el OAF

Si os interesa el tema de las subenanas calientes azules, y a pesar que hay poca bibliografía disponible (y menos en castellano), os sugiero la breve introducción del IAA-CSIC en este enlace:

http://www-revista.iaa.es/34/un-nuevo-m%C3%A9todo-para-la-b%C3%BAsqueda-de-estrellas-subenanas-calientes

Casi cualquier estudio científico en el campo de la astronomía amateur, por complejo que sea, es abordable desde el OAF, cuyas especificaciones son las siguientes: telescopio principal RCOS diseño RC de 20” (51 cm) de abertura y 411 cm de distancia focal (f:8,1), sobre montura ecuatorial alemana Paramunt ME con una precisión de 1”. Como detector principal, se dispone por el momento de una CCD de la firma SBIG ST11000M de 4008×2745 pixeles, con un tamaño de 9 micras, capaz de ser refrigerada por Peltier a −50 °C y con ayuda de refrigeración líquida a −70 °C. Está dotada de rueda portafiltros interna con filtros fotométricos Johnson UBVRI y filtros RGB. A nivel profesional, los campos de estudio están limitados por la abertura del instrumento principal, pero, lógicamente, un telescopio clase dos metros quizás no tenga sentido en esta ubicación, por el número de noches despejadas disponibles a lo largo de un año.

Al igual que cualquier observatorio de mayor envergadura, tiene constituido un comité de asignación de tiempos (en adelante, CAT), que estudia las propuestas que le llegan y establece su viabilidad y concede tiempos si procede. El formulario para pedir tiempo es un formulario estándar cuyos campos básicos nos podemos imaginar: nombre de la propuesta, datos personales del investigador principal, institución a la que representa, datos de los colaboradores, datos de contacto, resumen del programa de aficionado, tiempo solicitado, fecha solicitada, instrumentación y lista de objetos con la peculiaridad de la instrumentación requerida para cada objeto.

Si solicitamos tiempo de observación, deberíamos ser conscientes,  en caso que se nos asignara la fecha propuesta, de además de la idoneidad de la instrumentación disponible para las observaciones, de la perfectamente adecuada posición del objeto de estudio para esas noches, contemplando variables no menos importantes como la presencia de la Luna, su fase y la separación angular del objeto, etc., lo que podemos hacer mediante dos formas diferentes.

La primera de ellas mediante un recurso on-line profesional. La segunda es mediante un simulador planetario, bastante común en nuestros días, algunos de los cuales son de libre descarga y utilización; sencillo, pero eficaz.

Veamos un caso hipotético de una propuesta de observación muy sencilla, que seguro nos puede aportar algo más de conocimiento y algunas ideas para nuestras observaciones.

 Propuesta de observación: identificación y estudio de estrellas RR Lyrae en los cúmulos de Hydra.

Sinopsis: RR Lyrae es un tipo de estrella variable (1901, W. Fleming, Harvard) con un período corto de unas 13 horas para la estrella tipo RR Lyrae, cuya naturaleza provoca una oscilación de magnitud bien definida (1 magnitud aparente para la estrella tipo RR Lyrae). Tiene especial interés la determinación de la paralaje (Satélite Hiparcos, 1997) de la estrella patrón (230 pc) para su utilización como estrella patrón de luminosidad y, con ello, todas las de su clase.

 De una forma general, las variables RR Lyrae aglutinan estrellas de espectros, generalmente, A a F y que sufren períodos máximos de 1,2 días, con caídas máximas de 2 magnitudes (aunque se han observado otros comportamientos extraños no periódicos, denominado efecto Blazhko), situándose en la rama horizontal del diagrama HR.

 Curvas_RRLyrae.jpgSe ha observado que están presentes, a veces, en gran número, en ciertos cúmulos globulares y, otras veces, en un número inexplicablemente menor. Se corresponde con estrellas de Población II de baja metalicidad y que responden a una misma luminosidad por su situación en el diagrama HR. Se han observado tres tipos mayoritarios de estrellas RR Lyrae [Figura 1]. Tipo RRAB: presentan curvas de luz asimétricas. Una rápida ascensión con períodos comprendidos entre 0,3 y 1,2 días y magnitudes entre 0,5 y 2. El prototipo de estrella es la RR de la Lyra, que da nombre a todas ellas. Tipo RRC: presentan curvas de luz casi simétricas con períodos rápidos comprendidos entre 0,2 y 0,5 días y pequeñas variaciones de magnitud, máximo 0,8 magnitudes. Tipo RRB: el tercer tipo es el más raro y se conocen pocos ejemplos. Presentan dos modos de pulsación.

Objetivo: gracias al rápido período de variabilidad de estas estrellas, es posible durante sesiones de observación cortas identificar y obtener curvas fotométricas de este tipo de variables con la finalidad de establecer distancias e, incluso, otras propiedades relacionadas con la abundancia de metales en su estudio espectral.

Vamos a estudiar dos cúmulos globulares “poco” estudiados en la constelación de Hidra. El primero es NGC 2548 (Messier 1771, M48), un cúmulo con una edad estimada de 300 millones de años, en la posición (J2000,0, Simbad) alfa=08h13,7m y delta=-05º45’. El segundo es NGC4590 (Messier 1780, M68), un cúmulo con una edad estimada de112 millones de años, en la posición (J2000,0, Simbad) alfa=12h39m28s y delta=-26º44’34”.

El primero es un cúmulo brillante (5,2 magnitud conjunta), por lo que la búsqueda de variables se realizará en la periferia del cúmulo para evitar medidas erróneas, mientras que el segundo nos permitirá trabajar en distancias más cercanas, al ser sensiblemente más débil (9,6 magnitud conjunta). 

Instrumental: utilizaremos el telescopio principal del observatorio, en este caso, ficticio, un SC 235 f:10 a foco directo, obteniéndose una resolución por píxel teórica de 0,80” y un campo abarcado de 36×53’ En la práctica, el seeing del lugar no nos permitirá pasar de los 2” por píxel. Utilizaremos una CCD SBIG ST11000 de 4000×2670 y 9 micras de píxel, con filtros Johnson para las mediciones fotométricas, que se realizaran en intervalos de 15 minutos, durante toda la sesión de observación en el filtro V.

Visibilidad y tiempo de observación: la constelación de la Hidra es completamente visible desde la latitud del observatorio ubicado en Castellón (Castellón, +40°00’), por lo tanto, ambos cúmulos son visibles en algún momento a lo largo del año. La fecha propuesta para la observación es la noche del 19 de marzo de 2010, con la Luna en fase de creciente, con una iluminación de solo el 17 % en las coordenadas alfa=02 h 54 m y delta=+21° 17’. Estos datos los podemos obtener de herramientas profesionales. La óptima visibilidad de los objetos propuestos son «Starmult, Object Visibility» del ING, tal y como se muestra en la siguiente figura:

Figura2

La observación a lo largo del año con la herramienta «Starobs, Object Visibility» del ING, tal y como se muestra en la siguiente figura:

Figura3

 La altitud de los objetos para la fecha propuesta con «Staralt, Object Visibility» del ING, tal y como se muestra en la siguiente figura:

Figura4

Podemos concluir que, aun trabajando sobre objetos de una misma constelación, esta es suficientemente extensa en el cielo como para que los dos cúmulos se encuentren separados por una apreciable distancia angular, lo que provoca que M48 tenga su mejor época de observación a finales de enero, mientras que M68, a principios de abril.

 A pesar de ello, podremos obtener medidas fotométricas de M48 durante la primera mitad de la noche con la Luna a más de 83° de separación. La segunda mitad de la noche, con la Luna ya bajo el horizonte (a más de 140°), podremos trabajar con M68, si bien, su escasa altura sobre el horizonte Sur requerirá de unas condiciones muy buenas para que las medidas fotométricas sean de calidad. Las medidas fotométricas las realizaremos con nuestro sistema de filtros fotométricos y en función del destino de las observaciones, trabajaremos en fotometría de apertura -llamada por algunos absoluta- (algo más compleja, por trabajar con magnitudes instrumentales, extinción atmosférica, estrellas estándar y ecuaciones de transformación, de la cual hablaremos  un día) o bien, más típica en el mundo amateur, fotometría relativa.

Respecto a calcular la fecha y posición idónea para la observación de objetos celestes, como dijimos, existe una segunda opción para determinar si  una noche dada es adecuada para estudiar un determinado objeto celeste, recurriendo a una herramienta más familiar entre los aficionados a la astronomía que consiste en utilizar un simulador planetario, que han evolucionado profundamente desde los tiempos del EZCosmos, Superstar o Dance of the Planets.

Hoy disponemos de simuladores con multitud de catálogos, que permiten simular el cielo con altísima precisión, solapar catálogos e, incluso, imágenes DSS u otras, con una interfaz muy familiar. Nosotros utilizaremos con este fin el simulador Stellarium, recurso gratuito que cuida la estética bastante, siendo, además, un recurso didáctico especialmente recomendable. Para los objetos antes propuestos, haremos una previsualización de la posición de los objetos.

La imagen a la izquierda de la figura se corresponde con la localización (en el centro de la imagen marcado con un cuadrado de línea discontinua) de M48 a primera hora de la noche (20:00 T.U.) desde la ubicación del observatorio. La imagen de la derecha de la figura se corresponde con la localización de M68 pasada la medianoche; podemos observar de forma gráfica su escasa altura sobre el horizonte Sur.

Figura5

 Podemos ver la separación angular en el cielo de la Luna y calcular, incluso, las horas de orto y ocaso para cada objeto celeste implicado, para una determinada longitud y latitud de nuestro observatorio, que previamente nos habremos asegurado de configurar adecuadamente.

 Para finalizar este rápido recorrido por el uso de un observatorio profesional, os dejo un anexo para aquellos aficionados que se sientan atraídos por las herramientas profesionales antes mencionadas, esperando halláis encontrado interesante esta nueva entrada del Blog.

 Un saludo.

 ANEXO: Si te interesan la utilización de las herramientas on-line profesionales «Object Visibility» del ING, puedes continuar leyendo esta breve reseña sobre su utilización.

 Tendremos que asegurarnos de que los objetos que queremos observar van a estar visibles la noche de observación. También es muy importante saber la fase y posición de la Luna para nuestra sesión de observación, ya que su brillo y cercanía a nuestros objetivos puede perjudicar la sesión.

 Para esta tarea, podemos utilizar la herramienta «Object Visibility» (http://catserver.ing.iac.es/staralt/index.php) del Isaac Newton Group of Telescopes (ING) (http://www.ing.iac.es/), situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma. Esta herramienta nos permite, entre otras opciones, visualizar la altitud de los objetos seleccionados con respecto al tiempo para una noche particular. Además, nos muestra la distancia (en grados) de la Luna a nuestros objetos, y las horas de salida y puesta del Sol.

 Para usar la herramienta «Object Visibility» del ING, es necesario introducir los siguientes parámetros en el formulario web:

Mode: Staralt. Date: el día correspondiente a nuestra observación.

Observatory: especificar las coordenadas y altitud de nuestro lugar de observación. Por ejemplo, en el caso de mi observatorio en Castellón, cuyas coordenadas (polares) son (39,9860683 N, −0,0360242E) y que está situado a unos 10 metros sobre el nivel del mar, deberíamos introducir las coordenadas con el siguiente formato: −0.036E 39.98.

Coordinates: aquí introduciremos las coordenadas de todos los «targets» seleccionados para la noche de observación. Las coordenadas de nuestros objetos deben ser las ecuatoriales absolutas. Muchos de los catálogos ya nos dan las coordenadas en el formato correcto para introducirlo en esta casilla. Como ejemplo, vamos a suponer que queremos observar M31 y M51:           [M31]  00  42  44  +41 16  09    [M51]  13  29  52  +47 11  40

Por comodidad, podemos crear un fichero de texto plano con todos nuestros objetos y cargarlo desde el formulario. Finalmente, podemos especificar algunas opciones, como el formato de salida (GIF o PS) o la distancia a la Luna o ángulo paraláctico. El resultado que obtenemos con el modo «Staralt» será un gráfico exportable.

 El modo «Staralt» (modo por defecto) nos muestra la altitud de los objetos durante el paso de la noche. El modo «Startrack» nos muestra el recorrido de los objetos en la esfera celeste a lo largo de la noche. El modo «Starobs» nos describe la variación de la altitud de nuestros objetos a lo largo del año. Y, finalmente, el modo «Starmult» nos da una tabla con las mejores fechas de observación para cada objeto.

Figura6

 Referencias utilizadas para el ejemplo práctico

Observación de objetos: http://catserver.ing.iac.es//staralt/index.php

Coordenadas de objetos: http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/

Stellarium: http://www.stellarium.org/es/

 

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