ASTRONÓMICA

Conferencia de la Astronómica de Sabadell. Imma Garrofé, 13 de noviembre de 2024.

Conceptos previos

En esta charla compararemos los cielos de tres lugares diferentes: Mollerussa, Àger y Namibia, desde donde he fotografiado los mismos objetos: la Vía Láctea y las nebulosas M16 y M17, eso sí, en diferentes épocas del año.

La contaminación lumínica se define como el aumento de brillo del cielo nocturno natural debido a la luz artificial. La escala que mide esta contaminación es la escala Bortle (figura 1), que está enumerada desde el 1 hasta el 9, siendo el número 1 el valor más bajo y 9 el valor más alto. Como veremos, Namibia tiene valor 1, Àger 3 y Mollerussa 5. Con esta escala podemos comparar las mismas imágenes entre los lugares diferentes.

Figura 1. Escala Bortle

Otra cosa que debemos tener en cuenta es la turbulencia atmosférica, que se produce por las variaciones de la temperatura y densidad a diferentes alturas de la atmósfera, que hace que se distorsionen las estrellas (seeing).

La transparencia atmosférica también nos afecta. Esto es su capacidad de dejar pasar la luz, y lo que le afecta es el polvo en suspensión o el vapor de agua. En Namibia hubo un día que tuvimos una tormenta de viento muy fuerte que levantó tanta arena que se podía mirar el Sol directamente.

Hay una diferencia entre turbulencia atmosférica y transparencia, pero las dos cosas mejoran muy en altura. Cuanto más altos estemos, menos capas de aire nos afectarán y menos turbulencia tendremos, y menos partículas en suspensión tendremos y también tendremos más transparencia atmosférica. Podemos tener las dos cosas buenas, que sería lo ideal, pero también nos puede pasar que tengamos muy mala turbulencia pero muy buena transparencia. En estas condiciones sí podremos hacer fotos de cielo profundo pero las estrellas nos saldrán borrosas y afectará al resultado final. O al revés, puede pasar que tengamos la turbulencia muy buena y la transparencia mala. Entonces podremos fotografiar la Luna y planetas muy bien pero los objetos de cielo profundo, tipo nebulosas, ya no nos saldrán tan claras.

La humedad también puede afectar a las lentes del telescopio, aunque nosotros no sufrimos por ello ya que en Namibia era invierno y allí los inviernos son muy secos, y en Àger y Mollerussa estábamos en el mes de verano.

Otro problema que podemos sufrir es el ruido térmico que se produce por la energía generada (calor) dentro del sensor de la cámara, especialmente en exposiciones largas. Las cámaras refrigeradas como la ASI 2600MC ayudan a reducir este ruido.

Y la Luna también debemos tenerla en cuenta, porque su brillo es como una contaminación natural del cielo. Por ejemplo, en una foto de 300 s con un 11% de Luna se puede apreciar un poco la luz lunar, en cambio con un 82% se nota mucho más. Por lo tanto, necesitamos tener días de poca luna.

Equipo utilizado

Para fotografiar la galaxia y las nebulosas, usé un telescopio modular Askar V 60 mm, con 270 mm de focal y de f/4,5. Esto quiere decir que es muy luminoso, por lo tanto, con poco tiempo de exposición puedo captar mucha luz, pero en contra tiene un gran campo. Si tiene mucho campo detectará mucha nebulosa, pero no se podrá fijar en detalles pequeños.

La montura que usé fue la AM5, que es una montura relativamente nueva y es muy práctica, es una montura armónica que no necesita un contrapeso. Por lo tanto, me llevé un equipo ligero, muy práctico para viajar. 

Utilicé dos filtros Askar de color mágico: el de Ha-OIII, por las nebulosas y las franjas de las galaxias, y el de SII-OIII para dar profundidad a las nebulosas. Y además, ambos van bien también para sacar un poco de contaminación lumínica.

En cambio, por la Vía Láctea usé una cámara Canon RP (Full-frame), con un sensor más grande para captar más luz, y me llevé dos objetivos: uno de 12 mm, para captar muy bien la Vía Láctea, y el otro de 24 mm, para captar más detalles. En Namibia sí que utilicé los dos, y en Mollerussa también, pero en Àger por el tema del clima voy a descarté el de 24 mm.

Ubicaciones de captura y condiciones del cielo

Yo soy de Mollerussa, que está en El Pla d'Urgell, en Lleida. Es una zona con una altitud de 250 metros de altura. Tiene un Bortle 5, por lo tanto, sí tiene contaminación lumínica. Los inviernos son muy fríos y húmedos, con mucha niebla y, por lo tanto, no disponemos de todos los días de observación; en cambio, los veranos son muy calurosos y secos, y eso hace que tengamos mucho polvo en suspensión y que tengamos dificultad para hacer las imágenes. Tenemos una transparencia moderada.

El campo de observación de Àger, de la Agrupación Astronómica, es donde están los observatorios. Es una buena zona, con un clima mediterráneo continental, pero el valle en el que está situado tiene un microclima especial óptimo para la observación astronómica. Tiene un Bortle 3 y una buena transparencia atmosférica.

Este verano tuve la oportunidad de ir a Tívoli Astrofarm (Namibia), en medio del desierto del Kalahari, a una altitud de unos 1400 m y sin nada alrededor, por lo tanto, no hay contaminación lumínica. Era invierno y el clima era muy seco, con una muy buena transparencia atmosférica. Es un lugar ideal para la observación astronómica.

Hay que decir que el día que obtuve las fotografías que os mostraré desde Àger, que fue el pasado 10 de agosto, se llegó a los 37,5º, un día muy caluroso, y a las 23:00 h todavía estábamos a 27º. Esto hizo que tuviera todas las cosas en contra para fotografiar el objeto porque había un poco de contaminación lumínica y la calima subía. Podría haber sacado este objeto de la investigación y sólo comparar Namibia y Mollerussa, pero lo he querido poner porque aunque tuviera malas condiciones, sale mejor que en Mollerussa. Por lo tanto, aunque tenga muy malas condiciones, si tenemos un muy buen cielo, el resultado es bueno.

Vía Láctea

La Vía Láctea, nuestra galaxia, tiene un diámetro de 100.000 años luz. En el hemisferio norte y en el hemisferio sur lo vemos diferente. Mientras que, en el hemisferio norte, el centro galáctico está situado relativamente bajo sobre el horizonte sur para observadores en latitudes medias, en el hemisferio sur, en latitudes meridionales como Namibia, el centro galáctico de la Vía Láctea se eleva casi al cenit. También es visible el Saco de Carbón, una región oscura cerca de la Cruz del Sur, muy destacada en los cielos del hemisferio sur.

Os muesto una sola foto de la Vía Láctea con el objetivo de 12 mm, desde Mollerussa, desde Àger y desde Namibia. Desde Mollerussa no se ve la Vía Láctea, desde Àger se ve bien, se empiezan a ver las estructuras, y desde Namibia se ven muchas estructuras (figura 2).

Figura 2. Vía Láctea desde Mollerussa, Àger y Namibia

Si luego sumamos 15 imágenes, ya se distingue todo mucho mejor, incluso desde Mollerussa. Desde Àger no digamos, y desde Namibia el resultado es espectacular. En esta última imagen ya podemos ver muchos detalles: el saco de carbón, la cruz del sur, la nebulosa de La Laguna, Rho Ophiuchus, etc. (figura 3).

Figura 3. Suma de imágenes de la Vía Láctea desde Namibia

Y Rho Ophiuchus también la fotografié con más detalle y os enseño el resultado (figura 4). Los colores dependen del material, el azul quiere decir que es la luz por reflexión de las estrellas jóvenes, el amarillo viene de la estrella Antares y el rojo es del hidrógeno ionizado, del hidrógeno alfa.

Figura 4. Rho Ophiuchus

Captura y preparación de las imágenes

Por la galaxia de Andrómeda, desde Namibia, hice unas 45 imágenes de 30 segundos, 11 imágenes de 300 segundos sin filtro y 6 imágenes con el filtro HA-OIII. En total 1h 47min 30 s. En cambio, de la M16 y de la M17 dediqué un total de 8h de exposición.

El software utilizado ha sido AstroPixelProcessor (APP), que permite seleccionarlas y apilarlas en un solo frame. Después he utilizado Pixinsight para procesar los másteres generados con la APP, recortar, reducir el ruido, mejorar el fondo, calibrar el color y saturar los tonos (separando estrellas de los objetos, nebulosas o galaxias). Y finalmente, para el procesado final he utilizado el photoshop para dar los retoques finales.

M31 Galaxia Andrómeda

En Àger-Mollerussa tenía muchas horas para fotografiar la galaxia de Andrómeda, mientras que en Namibia se veía en el cielo muchas menos horas, y además, tuve que descartar algunas fotos porque se veía bajita y aparecían palmeras y un almacén que había.

Desde Mollerussa, al juntar en un solo máster las imágenes de la galaxia de forma lineal, aparece una imagen verdosa, que quiere decir que hay contaminación lumínica. Desde Àger también se ve un poco verdoso, pero no tanto, y desde Namibia mejora bastante. Al pasarlo por el Pixinsight las imágenes mejoran mucho más.  Después de haberla procesado y haberla pasado a Photoshop, esta es la imagen que tengo desde Mollerussa, y la podemos comparar con la obtenida desde Àger y desde Namibia (figura 5). Como veis, aparece una imagen espectacular donde se puede ver el núcleo galáctico, donde está el agujero negro supermasivo, la zona de al lado en la cual se aprecia muy bien el hidrógeno alfa, se ven zonas azules que indican que son zonas de creación de estrellas, y también se pueden ver las dos galaxias satélites M32 y M110. 

Figura 5. Fotografías de la Vía Láctea desde Mollerussa (derecha), Àger (centro) y Namibia (derecha)

Si estimamos el ruido por canales, es engañoso porque mi cámara es de color y usa un sistema que utiliza dos píxeles verdes, uno azul y uno rojo. La zona verde siempre se ve más grande, y si tengo un número bajo es que la cosa va bien, la imagen saldrá buena.

Otros parámetros que podemos mirar son la función de estimación puntual de ruido, la relación señal-ruido, la anchura completa a media altura y la excentricidad.

La función de estimación puntual del ruido (PSF SNR) mide la nitidez y definición de las estrellas. Si los valores son más altos, la señal será más fuerte y habrá mejor separación del ruido de fondo.

La relación señal-ruido (SNR) mide la calidad general de la imagen.  Si esta señal es más alta, habrá menos ruido y la señal será más útil.

La anchura completa a media altura (FWHM) mide la nitidez de las estrellas en la imagen. Indica la anchura de la distribución de la luz estelar a media altura de su intensidad máxima. Cuanto más estrecha sea, la estrella será más puntiaguda y más clara saldrá la estrella, mientras que cuanto más ancha sea, la estrella saldrá más borrosa.

La excentricidad mide como de "redonda" es una estrella, con valores cercanos a 0,4 considerados ideales. Valores superiores a 0,5 indican distorsiones. Por valores de 0,7 ya tenemos problemas de seguimiento o problemas de la lente.

Comparamos las tres imágenes y se ve claramente las diferencias (figura 6).

Figura 6. Diferentes parámetros de las imágenes obtenidas desde Mollerussa, Àger y Namibia

Vemos que la excentricidad de las estrellas en Namibia es de 0,36, en Àger es de 0,41 y en Mollerussa de 0,45. A pesar de no tener buenas condiciones atmosféricas en Àger, sale mucho mejor que en Mollerussa. El valor de 0,70 en Namibia salió muy mal porque ese día hacía viento, y con grandes exposiciones de 30'', las pequeñas vibraciones se acumularon y las estrellas no salieron bien redondas.

En cuanto a la nitidez de las estrellas, tener un FWHM entre 1 y 2 es muy difícil sin observatorio. En Àger se consiguió 1,92, mientras que en Namibia se alcanzó 3,1 el día que hacía viento.

Y también podemos comparar la relación señal-ruido de las imágenes. Para señales muy altas, la calidad de la imagen será más buena. Pero salen valores muy bajos, debido al poco tiempo de exposición. Como los filtros hacen reducir la cantidad de luz que se capta, la relación señal-ruido es baja. 

Finalmente hice un experimento: cogí todas las imágenes que tenía de Andrómeda hechas desde Mollerussa, que en total son 9 h, las procesé todas iguales y las uní (figura 7). El resultado es que la imagen no es mejor que la obtenida desde Àger, ni mucho menos desde Namibia. Por lo tanto, por muchas fotos que hacemos desde Mollerussa, nunca llegaremos al nivel de imagen de un lugar más oscuro.

Figura 7. Imagen de la galaxia de Andrómeda suma de 9 horas de exposición, desde Mollerussa.

Las nebulosas M16 y M17

También hice fotografías de las nebulosas M16 y M17 desde los tres lugares. En Mollerussa, este objeto lo teníamos hacia el sur y era muy bajo, y en cambio en Namibia lo teníamos hacia el Cenit y era muy alto.

En lugar del color amarillo característico que salía a M31, en las nebulosas destaca el color rojo, debido a que tienen mucho hidrógeno alfa. Si comparamos las imágenes en bruto obtenidas desde los tres lugares, las de Mollerussa se ven como borrosas, en las de Àger todavía no se distinguen mucho las estructuras, y en las de Namibia se ven muchas más estrellas. Limpiamos las imágenes de la misma forma que antes. En las de Mollerussa no podemos captar tantas estrellas porque realmente están borrosas, y curiosamente, en las de Namibia, aparecen tantas estrellas que dan la sensación también de imágenes borrosas. Y las estructuras se ven muy bien en los tres casos. En Àger hemos pasado de 19.000 estrellas en las imágenes sucias a 41.000 en las imágenes limpias, mientras que en Mollerussa y en Namibia no han aumentado tanto. En Namibia ya aparecieron muchísimas con las imágenes en bruto.

Aquí podéis ver la imagen de las nebulosas hecha desde Namibia (figura 8). M17 se encuentra a unos cinco o seis mil años luz de nosotros, y en M16 se pueden ver los pilares de la creación, famosos porque ya en 1994 el Telescopio Espacial Hubble obtuvo imágenes con mucho detalle, y hace dos años el telescopio James Webb también los fotografió en infrarrojo.

Figura 8. Nebulosas M16 y M17 desde Namibia.

Si nos fijamos en la relación señal/ruido aquí ha bajado mucho, en todos casos está por debajo de 50, porque aquí hay más tiempo de exposición.

Si miramos la excentricidad de las estrellas, en Namibia es de 0,39, y las estrellas salen bien redondas, en Àger es de 0,46 y en Mollerussa es de 0,43. A Àger nos debería haber salido 0,40, pero debido al mal tiempo no fue posible.

La nitidez de las estrellas en Namibia es de un valor como si estuviéramos en un observatorio fijo, con un valor de 0,93. En cambio, en Àger sale un valor de 5, que es una cantidad muy baja debido, nuevamente, a las malas condiciones climáticas.

Conclusiones

En Mollerussa, tenemos muchas limitaciones debido a la contaminación. Allí los detalles siempre serán menos visibles. Con más exposición y filtros podemos mejorarlo, pero nunca llegaremos al nivel de las imágenes obtenidas desde Àger o desde Namibia. En Àger, hay una calidad muy buena porque la contaminación lumínica es leve. Los detalles son buenos. Y en Namibia el cielo es óptimo, con mínima contaminación lumínica. La captura de galaxias y nebulosas es clara y profunda, con una alta relación señal/ruido y una máxima visibilidad de detalles.

Como conclusión, deciros que para hacer astrofotografía necesitamos una serie de condiciones favorables: un cielo oscuro, una meteorología óptima, mínima humedad, poco calor, mínimo brillo de la Luna, un buen material y muchas ganas de disfrutar del cielo.

Coloquio

¿Cómo medís la excentricidad?

Las medidas las hace el programa Pixinsight. Se cogen las imágenes y se pasan por las estadísticas. 

¿El tema de los colores es un tema que está estandarizado?

Hay diferentes maneras de procesar. Sale diferente con cámara de color que con cámara mono, este necesita más días de exposición.

¿Qué parámetro afecta más a que salga peor la imagen, la humedad o la polución lumínica?

Yo creo que es peor la humedad porque la contaminación lumínica con la ayuda de los programas se puede reducir. Para reducir la humedad utilizamos unos calefactores, unas cintas calefactoras alrededor de los tubos de los telescopios.