L'ASTRONÒMICA

Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Imma Garrofé, 13 de novembre de 2024

Conceptes previs

En aquesta xerrada compararem els cels de tres llocs diferents: Mollerussa, Àger i Namíbia, des d’on he fotografiat els mateixos objectes: la Via Làctia i les nebuloses M16 i M17, això sí, en diferents èpoques de l’any.

La contaminació lumínica es defineix com l'augment de brillantor del cel nocturn natural a causa de la llum artificial. L’escala que mesura aquesta contaminació és l'escala Bortle (figura 1), que està enumerada des de l’1 fins al 9, sent el número 1 el valor més baix i 9 el valor més alt. Com veurem, Namíbia  té valor 1, Àger 3 i Mollerussa 5. Amb aquesta escala podem comparar les mateixes imatges entre els llocs diferents.

Figura 1. Escala Bortle

Una altra cosa que hem de tenir en compte és la turbulència atmosfèrica, que es produeix per les variacions de la temperatura i densitat a diferents alçades de l’atmosfera, que fa que es distorsionin les estrelles (seeing).

La transparència atmosfèrica també ens afecta. Això és la seva capacitat de deixar passar la llum, i el que l’afecta és la pols en suspensió o el vapor d'aigua. A Namíbia va haver-hi un dia que vam tenir una tempesta de vent molt forta que va aixecar tanta sorra que es podia mirar el Sol directament.

Hi ha una diferència entre turbulència atmosfèrica i transparència, però les dues coses milloren molt en alçada. Quant més alts estiguem, menys capes d’aire ens afectaran i menys turbulència tindrem, i menys partícules en suspensió tindrem i també tindrem més transparència atmosfèrica. Podem tenir les dues coses bones, que seria l'ideal, però també ens pot passar que tinguem molt mala turbulència però molt bona transparència. En aquestes condicions sí que podrem fer fotos de cel profund però les estrelles ens sortiran borroses i afectarà el resultat final. O a l'inrevés, pot passar que tinguem la turbulència molt bona i la transparència dolenta. Llavors podrem fotografiar la Lluna i planetes molt bé però els objectes de cel profund, tipus nebuloses, ja no ens sortiran tan clares.

La humitat també pot afectar les lents del telescopi, tot i que nosaltres no vam patir per això ja que a Namíbia era hivern i allà els hiverns són molt secs, i a Àger i Mollerussa estàvem al mes d'estiu.

Un altre problema que podem patir és el soroll tèrmic que es produeix per l’energia generada (calor) dins del sensor de la càmera, especialment en exposicions llargues. Les càmeres refrigerades com la ASI 2600MC ajuden a reduir aquest soroll.

I la Lluna també l'hem de tenir en compte, perquè la seva brillantor és com una contaminació natural del cel. Per exemple, en una foto de 300 s amb un 11% de Lluna  es pot apreciar una mica la llum lunar, en canvi amb un 82% es nota molt més. Per tant, necessitem tenir dies de poca lluna.

Equip utilitzat

Per fotografiar la galàxia i les nebuloses, vaig fer servir un telescopi modular Askar V 60 mm, amb 270 mm de focal i de f/4,5. Això vol dir que és molt lluminós, per tant, amb poc temps d’exposició puc captar molta llum, però en contra té un gran camp. Si té molt camp detectarà molta nebulosa, però no es podrà fixar en detalls petits.

La muntura que vaig utilitzar va ser la AM5, que és una muntura relativament nova i és molt pràctica, és una muntura harmònica que no necessita un contrapès. Per tant, em vaig endur un equip  lleuger, molt pràctic per viatjar.  

Vaig utilitzar dos filtres Askar de color màgic:  el de Ha-OIII, per les nebuloses i les franges de les galàxies, i el de SII-OIII per donar profunditat a les nebuloses. I a més, tots dos van bé també per treure una mica de contaminació lumínica.

En canvi, per la Via Làctia vaig fer servir una càmera Canon RP (Full-frame), amb un sensor més gran per tal de captar més llum, i em vaig emportar dos objectius: un de 12 mm, per captar molt bé la Via Làctia, i l'altre de 24 mm, per captar més detalls. A Namíbia sí que vaig utilitzar els dos, i a Mollerussa també, però a Àger pel tema del clima vaig descartar el de 24 mm.

Ubicacions de captura i condicions del cel 

Jo soc de Mollerussa, que està al Pla d’Urgell, a Lleida. És una zona amb una altitud de 250 metres d'alçada. Té un Bortle 5, per tant, sí que té contaminació lumínica. Els hiverns són molt freds i humits, amb molta boira i, per tant, no disposem de tots els dies d’observació; en canvi, els estius són molt calorosos i secs, i això fa que tinguem molta pols en suspensió i que tinguem dificultat per fer les imatges. Tenim una transparència moderada.

El camp d'observació d'Àger, de l'Agrupació Astronòmica, és on hi ha els observatoris. És una bona zona, amb un clima mediterrani continental, però la vall en la que està situat té un microclima especial òptim per a l’observació astronòmica. Té un Bortle 3 i una bona transparència atmosfèrica.

Aquest estiu vaig tenir l’oportunitat d’anar a Tívoli Astrofarm (Namíbia), al mig del desert del Kalahari, a una altitud d’uns 1400 m i sense res al voltant, per tant, no hi ha contaminació lumínica. Era hivern i el clima era molt sec, amb una molt bona transparència atmosfèrica. És un lloc ideal per a l’observació astronòmica.

Cal dir que el dia que vaig obtenir les fotografies que us mostraré des d’Àger, que va ser el passat 10 d’agost, es va arribar als 37,5º, un dia molt calorós, i a les 23:00 h encara estàvem a 27º. Això va fer que tingués totes les coses en contra per fotografiar l’objecte perquè hi havia una mica de contaminació lumínica i la calima pujava. Podria haver tret aquest objecte de la investigació i només comparar Namíbia i Mollerussa, però l'he volgut posar perquè encara que tingués males condicions, surt millor que a Mollerussa. Per tant, encara que tingui molt males condicions, si tenim un molt bon cel, el resultat és bo.

Via Làctia 

La Via Làctia, la nostra galàxia, té un diàmetre de 100.000 anys llum. A l'hemisferi nord i a l'hemisferi sud el veiem diferent. Mentre que a l’hemisferi nord, el centre galàctic està situat relativament baix sobre l’horitzó sud per a observadors en latituds mitjanes, a l’hemisferi sud, en latituds meridionals com Namíbia, el centre galàctic de la Via Làctia s’eleva gairebé al zenit. També és visible el Sac de Carbó, una regió fosca prop de la Creu del Sud, molt destacada en els cels de l’hemisferi sud.

Us mostro una sola foto de la  Via Làctia amb l'objectiu de 12 mm, des de Mollerussa, des d'Àger i des de Namíbia. Des de Mollerussa no es veu la Via Làctia, des d’Àger es veu bé, es comencen a veure les estructures, i des de Namíbia es veuen moltes estructures (figura 2).

Figura 2. Via Làctia des de Mollerussa, Àger i Namíbia

Si després sumem 15 imatges, ja es distingeix tot molt millor, inclús des de Mollerussa. Des d’Àger no diguem, i des de Namíbia el resultat és espectacular. En aquesta darrera imatge ja podem veure molts detalls: el sac de carbó, la creu del sud, la nebulosa de la Llacuna, Rho Ophiuchus, etc. (figura 3).

Figura 3. Suma d’imatges de la Via Làctia des de Namíbia

I Rho Ophiuchus també la vaig fotografiar amb més detall i us ensenyo el resultat (figura 4). Els colors depenen del material, el blau vol dir que és la llum per reflexió de les estrelles joves, el groc ve de l’estrella Antares i el vermell és de l’hidrogen ionitzat, de l’hidrogen alfa.

Figura 4. Rho Ophiuchus

Captura i preparació de les imatges 

Per la galàxia d’Andròmeda, des de Namíbia, vaig fer unes 45 imatges de 30 segons, 11 imatges de 300 segons sense filtre i 6 imatges amb el filtre HA-OIII. En total 1h 47min 30 s. En canvi, de la M16 i de la M17 vaig dedicar un total de 8h d’exposició.

El software utilitzat ha estat AstroPixelProcessor (APP), que permet seleccionar-les i apilar-les en un sol frame. Després he utilitzat Pixinsight per processar els màsters generats amb l’APP, retallar, reduir el soroll, millorar el fons, calibrar el color i saturar els tons (separant estels dels objectes, nebuloses o galàxies). I finalment, pel processat final he utilitzat el photoshop per donar els retocs finals.

M31 Galàxia Andròmeda

A Àger i a Mollerussa tenia moltes hores per fotografiar la galàxia d’Andròmeda, mentre que a Namíbia es veia en el cel moltes menys hores, i a més, vaig haver de descartar algunes fotos perquè es veia baixeta i apareixien palmeres i un magatzem que hi havia.

Des de Mollerussa, en ajuntar en un sol màster les imatges de la galàxia de forma lineal, apareix una imatge verdosa, que vol dir que hi ha contaminació lumínica. Des d’Àger també es veu una mica verdós, però no tant, i des de Namíbia millora bastant. En passar-ho pel Pixinsight les imatges milloren molt més.  Després d'haver-la processat i haver-la passat a Photoshop, aquesta és la imatge que tinc des de Mollerussa, i la podem comparar amb la obtinguda des d’Àger i des de Namíbia (figura 5). Com veieu, apareix una imatge espectacular on es pot veure el nucli galàctic, on hi ha el forat negre supermassiu, la zona del costat en la qual s'aprecia molt bé l'hidrogen alfa, es veuen zones blaves que indiquen que són zones de creació d'estrelles, i també es poden veure les dues galàxies satèl·lits M32 i M110.  

Figura 5. Fotografies de la Via Làctia des de Mollerussa (dreta), Àger (centre) i Namíbia (dreta)

Si estimem el soroll per canals, és enganyós perquè la meva càmera és de color i fa servir un sistema que utilitza dos píxels verds, un de blau i un de vermell. La zona verda sempre es veu més gran, i si tinc un número baix és que la cosa va bé, la imatge sortirà bona.

Altres paràmetres que podem mirar són la funció d’estimació puntual de soroll, la relació senyal-soroll, l’amplada completa a mitja alçada i l’excentricitat.

La funció d’estimació puntual del soroll (PSF SNR) mesura la nitidesa i definició de les estrelles. Si els valors són més altes, la senyal serà més forta i hi haurà millor separació del soroll de fons.

La relació senyal-soroll (SNR) mesura la qualitat general de la imatge.  Si aquesta senyal és més alta, hi haurà menys soroll i la senyal serà més útil.

L’amplada completa a mitja alçada (FWHM) mesura la nitidesa de les estrelles a la imatge. Indica l’amplada de la distribució de la llum estel·lar a mitja altura de la seva intensitat màxima. Com més estreta sigui, l’estrella serà més punxeguda i més clara sortirà l’estrella, mentre que com més ampla sigui, l’estrella sortirà més borrosa.

L’excentricitat mesura com de “rodona” és una estrella, amb valors propers a 0,4 considerats ideals. Valors superiors a 0,5 indiquen distorsions. Per valors de 0,7 ja tenim problemes de seguiment o problemes de la lent.

Comparem les tres imatges i es veu clarament les diferències (figura 6).

Figura 6. Diferents paràmetres de les imatges obtingudes des de Mollerussa, Àger i Namíbia

Veiem que l’excentricitat de les estrelles a Namíbia és de 0,36, a Àger és de 0,41 i a Mollerussa de 0,45. Tot i no tenir bones condicions atmosfèriques a Àger, surt molt més be que a Mollerussa. El valor de 0,70 a Namíbia va sortir molt malament perquè aquell dia feia vent, i amb grans exposicions de 30’’, les petites vibracions es van acumular i les estrelles no van sortir ben rodones.

En quant a la nitidesa de les estrelles, tenir un FWHM entre 1 i 2 és molt difícil sense observatori. A Àger es va aconseguir 1,92, mentre que a Namíbia es va aconseguir 3,1 el dia que feia vent.

I també podem comparar la relació senyal-soroll de les imatges. Per a senyals molt altes, la qualitat de la imatge serà més bona. Però surten valors molt baixos, degut al poc temps d’exposició. Com que els filtres fan reduir la quantitat de llum que es capta, la relació senyal-soroll és baixa.  

Finalment vaig fer un experiment: vaig agafar totes les imatges que tenia d’Andròmeda fetes des de Mollerussa, que en total són 9 h, les vaig processar totes iguals i les vaig ajuntar (figura 7). El resultat és que la imatge no és millor que l’obtinguda des d’Àger, ni molt menys des de Namíbia. Per tant, per moltes fotos que fem des de Mollerussa, mai arribarem al nivell d’imatge d’un lloc més fosc.

Figura 7. Imatge de la galàxia d’Andròmeda suma de 9 hores d’exposició, des de Mollerussa.

Les nebuloses M16 i M17

També vaig fer fotografies de les nebuloses M16 i M17 des dels tres llocs. A Mollerussa, aquest objecte el teníem cap al sud i era molt baix, i en canvi a Namíbia el teníem cap al Zenit i era molt alt.

En lloc del color groc característic que sortia a M31, en les nebuloses destaca el color vermell, degut a que tenen molt hidrogen alfa. Si comparem les imatges en brut obtingudes des dels tres llocs, les de Mollerussa es veuen com borroses, a les d’Àger encara no es distingeixen gaire les estructures, i a les de Namíbia s’hi veuen moltes més estrelles. Netegem les imatges de la mateixa forma que abans. A les de Mollerussa no podem captar tantes estrelles perquè realment estan borroses, i curiosament, a les de Namíbia, apareixen tantes estrelles  que donen la sensació també d’imatges borroses. I les estructures es veuen molt bé en els tres casos. A Àger hem passat de 19.000 estrelles en les imatges brutes a 41.000 en les imatges netes, mentre que a Mollerussa i a Namíbia no han augmentat tant. A Namíbia ja en van aparèixer moltíssimes amb les imatges en brut.

Aquí podeu veure la imatge de les nebuloses feta des de Namíbia (figura 8). M17 es troba a uns cinc o sis mil anys llum de nosaltres, i a M16 es poden veure els pilars de la creació, famosos perquè ja l’any 1994 el Telescopi Espacial Hubble va obtenir-ne imatges amb molt detall, i fa dos anys el telescopi James Webb també els va fotografiar en infraroig.

Figura 8. Nebuloses M16 i M17 des de Namíbia.

Si ens fixem en la relació senyal/soroll aquí ha baixat molt, en tots casos està per sota de 50, perquè aquí hi ha més temps d’exposició.

Si mirem l’excentricitat de les estrelles, a Namíbia és de 0,39, i les estrelles surten ben rodones, a Àger és de 0,46 i a Mollerussa és de 0,43. A Àger ens hauria d’haver sortit 0,40, però degut al mal temps no va ser possible.

La nitidesa de les estrelles a Namíbia és d’un valor com si estiguéssim en un observatori fix, amb un valor de 0,93. En canvi, a Àger surt un valor de 5, que és una quantitat molt baixa degut, novament, a les males condicions climàtiques.

Conclusions

A Mollerussa, tenim moltes limitacions degut a la contaminació. Allà els detalls sempre seran menys visibles. Amb més exposició i filtres podem millorar-ho, però mai arribarem al nivell de les imatges obtingudes des d’Àger o des de Namíbia. A Àger, hi ha una qualitat molt bona perquè la contaminació lumínica és lleu. Els detalls són bons. I a Namíbia el cel és òptim, amb mínima contaminació lumínica. La captura de galàxies i nebuloses és clara i profunda, amb una alta relació senyal/soroll i una màxima visibilitat de detalls.

Com a conclusió, dir-vos que per fer astrofotografia necessitem una sèrie de condicions favorables: un cel fosc, una meteorologia òptima, mínima humitat, poca calor, mínima brillantor de la Lluna, un bon material i moltes ganes de gaudir del cel.

Col·loqui

Com mesureu l’excentricitat?
Les mesures les fa el programa Pixinsight. S’agafen les imatges i es passen per les estadístiques.  

El tema dels colors és un tema que està estandarditzat?
Hi ha diferents maneres de processar. Surt diferent amb càmera de color que amb càmera mono, aquest necessita més dies d'exposició.

Quin paràmetre afecta més a que surti pitjor la imatge, la humitat o la pol·lució lumínica?
Jo crec que és pitjor la humitat perquè la contaminació lumínica amb l’ajuda dels programes es pot reduir. Per reduir la humitat utilitzem uns calefactors, unes cintes calefactores al voltant dels tubs dels telescopis.