ACTIVIDAD EDUCATIVA 4
Calidad Astronómica del Cielo
Medida de la transparencia atmosférica
Medidas del brillo de cielo

Autores
Sr. Federico Fernández Porredón
. Catedrático de secundaria. IES San Hermenegildo, Tenerife.
Lucía García. Ayudante de Investigación. Universidad Complutense de Madrid (UCM)
Dr. Miquel Serra-Ricart. Astrónomo Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife.
Sr. Juan Carlos Casado. Coordinador starryearth.
Jaime Zamorano. Astrofísico, Profesor Titular de Universidad. UCM
Carlos Tapia. Ayudante de Investigación y técnico en LICA-UCM. UCM

 

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0 – Objetivos de la actividad

El objetivo principal es introducir a los jóvenes estudiantes en el campo de la investigación científica a través de la medida de la calidad astronómica del cielo obtenida con la transparencia atmosférica del lugar. Mediante esta experien­cia se pretende que los participantes se familiaricen con la adquisición y tratamiento de datos científicos, obtengan sus propias conclusiones a partir de ellos, contrasten sus resultados con los de otros grupos in­dependientes y en definitiva, comprendan la natura­leza y los procedimientos de una investigación cien­tífica real.

– Utilizar conceptos básicos de Física y Matemáticas para describir fenómenos naturales.
– Aprender estrategias para la resolución de problemas a través del método científico.
– Participar en la planificación y desarrollo de experimentos en grupo. Valorar el trabajo en equipo y las responsabilidades que conlleva.
– Contribuir al conocimiento científico de los meteoros y sus lluvias asociadas.

La actividad forma parte de una de las Iniciativas de Polución Lumínica (LPI, Light Pollution Initiatives) desarrolladas dentro del proyecto europeo STARS4ALL (H2020) cuyo objetivo es concienciar a la sociedad Europea de la necesidad de cielos oscuros a través de una plataforma colectiva.

 

1.- Definiciones

Se proponen tres métodos para comparar la calidad del cielo en diferentes lugares de observación, sabiendo que entre otros parámetros, ésta va a depender de:

  1. La contaminación lumínica o brillo del cielo,
  2. Las condiciones del lugar (meteorológicas y turbulencia),
  3. La altura del lugar del cielo que medimos, muy relacionada con la masa de aire.

La masa de aire (X) de un objeto celeste es un parámetro que mide la cantidad de atmósfera atravesada por el rayo de luz del mismo antes de llegar al detector -normalmente un telescopio- y se calcula a partir de la altura del objeto en grados, h, en el momento de la observación según:

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Los objetos cercanos al horizonte (alturas bajas) tienen masas de aire muy elevadas mientras que los objetos situados por encima de nuestras cabezas (cenit) tienen masas de aire cercanas a la unidad. El mejor momento para la observación de un objeto celeste es cuando su altura es máxima con lo que su masa de aire será mínima. Ese momento sucede cuando el objeto atraviesa el meridiano local y se denomina culminación.

 

2.- Instrumentos y métodos

2.1 Determinación de la MALE

La MAgnitud Límite Estelar (MALE) es un valor utilizado en observación visual para obtener una estimación de la calidad del cielo nocturno. Se define como la magnitud de la estrella más débil que el observador puede percibir a simple vista. La MALE  varía en función de la contaminación lumínica existente y el estado de la atmósfera. Incluso para un mismo lugar y hora puede haber diversos valores de MALE correspondientes a diferentes direcciones del cielo. Un emplazamiento libre de contaminación daría un valor de MALE igual o superior a 6,0. Con valores inferiores se reduce la visibilidad de estrellas a los porcentajes indicados en la tabla adjunta.

MALE

CONTAMINACIÓN
LUMÍNICA
ESTRELLAS
VISIBLES

ESTRELLAS
PERDIDAS 

2 extrema 26 (0,8 %) 3365
2,5 46 (1,4%) 3345
3 muy alta 79 (2,3 %) 3312
3,5 154 (5%) 3237
4 alta 301 (9 %) 3090
4,5 557 (17%) 2834
5 ligera 1032 (31 %) 2359
5,5 1870 (55%) 1521
6 nula 3391 (100%)

Tabla 1.- Estrellas visibles en función de la MAgnitud Límite Estelar o MALE.

Además de poder conseguirse de manera visual directamente, tomando nota de la menor magnitud visible por el observador, es posible obtener la MALE usando un método de conteo de estrellas. Para su medida, se ha establecido internacionalmente 30 zonas repartidas por todo el cielo (generalmente triángulos formados por estrellas brillantes y fáciles de encontrar, ver mapa estelar con zonas). Una vez elegida la zona, se debe contar el número de estrellas que son visibles en ella, incluyendo también las de los vértices y el contorno. Con este número se consulta la tabla correspondiente a la zona elegida para conocer la magnitud límite (ver figura 1).

Figura 1.- Ejemplo de carta. Zona 3, formada por las estrellas 23 UMa – theta UMa – beta UMa . A la derecha, la tabla de equivalencia entre el número de estrellas observadas (N) y la MALE (Lm).

Direcciones de Internet (cartas y tablas para obtención de la MALE)

Cartas celestes para cálculo MALE – http://obs.nineplanets.org/lm/rjm.html

Definición y cálculo MALE por IMO – http://www.imo.net/visual/major/observation/lm

Calculadora MALE según estrellas – http://www.namnmeteors.org/lm_calc.html

2.2 El contador de estrellas

Si quieres hacerte una idea del número de estrellas visibles en una noche desde un lugar determinado, puedes hacer uso de un instrumento muy fácil de construir, al cual llamaremos contador de estrellas (ver Fig. 2). Si sobre una cartulina recortas un círculo de 12 centímetros de diámetro y lo sitúas a 30 centímetros del ojo (con la ayuda de una cuerda de esa longitud), tendrás un dispositivo que cubre un ángulo sólido el cual abarca la centésima parte de la superficie de la bóveda celeste que se alza sobre ti.

Material. Una cartulina DIN A4. Una cuerda de algo más de 30 centímetros.
Construcción. Toma la cartulina y traza con un compás una circunferencia de 6 centímetros de radio. Recorta el círculo correspondiente desechándolo. Haz un agujerito en la cartulina, junto al agujero circular, para que pase la cuerda y le haces un nudo, corta la cuerda de forma que ésta mida 30 centímetros.
Manejo. Debes mirar a través del círculo, manteniéndolo situado a 30 centímetros del ojo con ayuda de la cuerda. Cuenta el número de estrellas que ves a través del mismo y multiplícalo por cien. Ese número nos da un valor estimativo del número de estrellas que pueden verse desde ese lugar y a partir de la Tabla 1 una estimación aproximada de la MALE.

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Figura 2.- El contador de estrellas. Ver detalles en el texto. (cortesía de Casado & Serra UD. “El cielo Nocturno”).

2.3 Astrofotografía: fotografiando las constelaciones

Son fotos de fácil obtención, de notable belleza plástica y de gran utilidad, ya que te permitirán familiarizarte con el cielo, contrastando el contenido de las fotos con la información de un planisferio o carta celeste. Además, como en este caso, permite tener una idea aproximada de la calidad del cielo de un día, o lugar, respecto a otro. Para comparar las fotos obtenidas en diferentes días y lugares, valorando así de forma aproximada la calidad del cielo en cada caso, utilizaremos una cámara réflex con un objetivo de 50 milímetros y nos fijaremos en una constelación visible en la época del año de la observación. Ten en cuenta que con este tipo de objetivo fotográfico, las estrellas dejan de verse como puntos y comienzan a verse como trazos si haces la foto con más de 20 segundos de exposición. Esto es debido al movimiento de rotación de la Tierra. Finalmente se valorará la magnitud (o brillo) límite alcanzada en cada caso.

2.4 Medidas del brillo del cielo con fotómetros

Los fotómetros ofrecen medidas del brillo de fondo de cielo expresadas en magnitudes/arcosegundo^2. Los resultados van en contra de la intuición, puesto que los valores de brillo de cielo mayores se corresponden con los cielos más oscuros, como los que hay en las zonas rurales alejadas de las ciudades.


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Figura 3.- Los valores de brillo de cielo nocturno varían entre 17 en sitios contaminados y más de 21 en lugares muy oscuros.

 

Los antiguos astrónomos griegos llamaban estrellas de primera magnitud, a las estrellas más brillantes que aparecían después del ocaso y clasificaron el resto hasta las más débiles que denominaron de sexta magnitud. Desde entonces y hasta la moderna escala de magnitudes ha habido modificaciones y ahora tenemos estrellas de magnitud 0, pero se mantiene que los cuerpos celestes más brillantes son los de menor magnitud, de hecho, el Sol tiene una magnitud de -26.74.

Al brillo del fondo del cielo se le da el mismo trato que al brillo de las estrellas. De este modo, en el entorno de una ciudad, donde el brillo de cielo se ve más afectado por la contaminación lumínica las medidas son menores que en lugares donde hay escasas fuentes de contaminación lumínica y el cielo es más oscuro.

 

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Figura 4.- Medida con un fotómetro (tipo SQM) en el interior de una ciudad contaminada. La medida en la pantalla indica 17,39 magnitudes/arcosegundo^2.

 

FOTOMETRO SQM

El fotómetro SQM (Sky Quality Meter) permite tomar medidas puntuales del brillo de cielo nocturno rápida y fácilmente. No se debe apuntar hacia el Sol con el fotómetro, esto dañaría el sensor y lo dejaría inutilizable. Los arañazos y la suciedad en el plástico que protege la lente pueden hacer que varíen las medidas. Es necesario mantener los fotómetros en su funda durante su transporte. Para realizar la medida se ha de apuntar la lente hacia lo más alto del cielo (el cénit), pulsar el botón Start y soltarlo. En un cielo urbano se obtendrá la medida inmediatamente. En un cielo muy oscuro –sin Luna en el cielo y lejos de cualquier fuente de contaminación lumínica- el fotómetro necesitará hasta un minuto para completar la medida. Si esto ocurre, sonará un pitido que se repetirá periódicamente hasta que se complete la medida. El aparato se apaga automáticamente después de cada medida, no es necesario desconectarlo de forma manual.

Hay que asegurarse de mantener el fotómetro estable en posición vertical durante toda la medida hasta obtener un valor en la pantalla. Idealmente se utiliza un trípode fotográfico nivelado para hacer esto. Para que las medidas tengan valor científico será necesario cerciorarse de que no existe ningún tipo de iluminación directa o indirecta incidiendo en el sensor. Si una medida se hace correctamente se obtendrá el mismo valor al repetirla. La sensibilidad del sensor varía mucho con la temperatura. El fotómetro es más preciso cuando la temperatura del instrumento se iguala a la de su ambiente. Por este motivo es posible que la primera medida de una serie sea ligeramente superior a las siguientes. Si esto ocurre, simplemente se ignora esta medida. Incluso apuntando hacia arriba, el fotómetro SQM recoge toda la luz en un amplio cono a su alrededor, aunque la sensibilidad disminuye rápidamente con el ángulo. La respuesta a 10º del eje es del 50% mientras que a 20º es tan sólo del 10%. Es necesario asegurarse de no dar sombra con el propio cuerpo al fotómetro SQM.

 

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Figura 5.- Respuesta angular del SQM (izquierda) y recomendación de medida con SQM (derecha).

 

Aunque a 40º la respuesta del fotómetro es 100 veces menor que en el eje, como las farolas son muy brillantes comparadas con el cielo se obtendrán medidas menores a las esperadas si algo de luz artificial directa entra al sensor. Por  este motivo hay que alejarse de ellas cuanto sea posible y con un mínimo de 20 metros. Si por el contrario la medida es mayor a la esperada habrá que alejarse de edificios y árboles grandes que puedan bloquear la visión del cielo.

 

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Figura 6.- Las medidas cerca de farolas -o fuentes intensas de luz- se verán afectadas. Aléjese de éstas al menos 20 m.

 

Si con la medida de brillo en la pantalla se mantiene presionado el botón del fotómetro una segunda vez, se obtendrá una medida de la temperatura en ºC, la temperatura en ºF, el modelo y el número de serie del aparato. Si en el display aparece el símbolo  Untitled1 quiere decir que el sensor está saturado. Se obtendrá este símbolo, por ejemplo, al tomar medidas en una habitación iluminada. Si por el contrario aparece el símbolo Untitled2 quiere decir que el sensor no ha recibido nada de luz. Obtendrá este símbolo en una habitación completamente a oscuras o si el sensor se ha dañado. Si el fotómetro no se enciende ni emite ningún sonido es posible que sea necesario cambiarle la batería por una nueva pila de 9V.

Si es necesario se puede encontrar más información sobre el fotómetro SQM en la página web del fabricante:

http://www.unihedron.com/projects/darksky/index.php

 

FOTOMETRO TESS

El fotómetro TESS está pensado para realizar medidas continuas en un sitio fijo de forma que se puede monitorizar la evolución del brillo de cielo a lo largo de un periodo de tiempo. Para que la estación funcione necesita ser instalada en un lugar alto -preferiblemente un tejado- donde pueda conectarse a la red eléctrica y tenga cobertura WIFI. Para acceder a las medidas que toma el fotómetro será necesario, además, instalar un software en un ordenador con el sistema operativo Windows que tenga acceso a la misma red WIFI donde se conecte el fotómetro, por lo que se recomienda que todo el montaje se localice en el centro educativo. Una vez instalado el fotómetro TESS su localización pasará a ser permanente, de forma que su centro formará parte de la red de la red de fotómetros STARS4ALL para la monitorización del cielo. Los datos obtenidos serán analizados por expertos de la Red Española de Estudios sobre la Contaminación Lumínica (REECL).


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Figura 7.- Fotómetro fijo TESS.

El fotómetro TESS está diseñado para convertirse en una estación fija de medida de brillo del cielo nocturno y la nubosidad. Recomendamos configurarlo antes de proceder a su instalación (información detallada en el Anexo 1). Las medidas de TESS se pueden consultar de varias maneras:

Consulta online de las medidas del fotómetro TESS

Tras la primera noche en funcionamiento se podrán consultar las medidas de brillo de cielo del TESS simplemente conectándose a la página:

http://rich.dia.fi.upm.es/dashboards/tess-chart/index.html#

Una vez allí tan sólo será necesario seleccionar la pestaña stars22 situada en el lado izquierdo de la pantalla.

Consulta local de las medidas del fotómetro TESS

Se puede acceder a los datos con mucho mas detalle mediante un ordenador conectado a la misma red WIFI que el fotómetro TESS. Este programa solo guarda los datos mientras está activo, por lo que si queremos, por ejemplo, analizar los datos de una noche, deberemos ejecutar el programa antes del atardecer y dejarlo funcionando hasta la mañana siguiente. La primera vez que el programa se ejecute generará tres archivos con los gráficos: brillo.jpg, temperatura.jpg y nubes.jpg así como un fichero con todos estos datos llamado TESS_mes_año.txt en la misma carpeta donde esté el archivo .exe que lo ejecuta. A partir de ese momento, mientras el programa esté activo, los gráficos se irán sobreescribiendo con la información más actualizada y en el archivo txt se irán añadiendo medidas nuevas. Los gráficos se pueden ver en tiempo real mediante la aplicación. El interface presenta tres pestañas principales:

Pestaña datos

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Figura 8.– Pantalla de DATOS con las medidas de TESS en tiempo real.

 

En la pestaña de datos encontraremos las medidas instantáneas que está tomando el fotómetro en ese momento. En el lado de la izquierda encontraremos las medidas de brillo y temperatura así como el día juliano, tiempo sidéreo y la hora local.

Mag.V: Magnitud visual, expresada en magnitudes.

NELM: Del inglés Naked eye limit magnitude. Magnitud máxima de las estrellas visibles, es decir, magnitud de las estrellas más débiles observables.

HZ: Frecuencia del fotodiodo. Este es el valor que mide el sensor del aparato y a partir de este el programa calcula automáticamente la Magnitud Visual utilizando la fórmula:

 

Magnitud = Cons – 2,5.log(HZ)

 

Donde Cons es 20,5, el valor de cero determinado al calibrar el fotómetro. En el lado de la derecha encontremos un espacio con otras medidas como la orientación espacial, las coordenadas astronómicas del apuntado. Sin embargo, vuestro modelo de fotómetro TESS no toma estas medidas ya que no está diseñado para instalarlo en un observatorio con telescopios.

 

Pestaña gráficos

Se pueden visualizar las siguientes gráficas correspondientes a las últimas 24 horas:

 

Brillo

En esta pestaña encontraremos los datos de brillo de cielo obtenidos por el fotómetro a partir del momento que se ejecute el programa (Figura 4). En el eje vertical se expresan en azul el brillo de cielo expresado como [magnitud visual / (arcsec ^2)] puesto que se trata de una medida extendida a un área y en rojo la magnitud máxima de las estrellas visibles expresada en magnitudes al tratarse de una medida sobre objetos puntuales.

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Figura 9.- Pantalla de BRILLO con las medidas de TESS en tiempo real.

La escala del eje vertical varía automáticamente para ajustarse a los valores máximos y mínimos. En el eje horizontal se expresa el tiempo en horas, minutos y segundos [hh:mm:ss]. A la derecha tendremos la hora actual por lo que si no apagamos el programa las medidas se irán desplazando hacia la izquierda a medida que avance el día. Se puede hacer zoom pinchando con el botón izquierdo del ratón y arrastrando abajo y a la derecha para recuadrar la zona que queramos ampliar. Para volver al zoom normal hay que pinchar de nuevo con el botón izquierdo y arrastrar hacia arriba y la derecha.

 

Temperatura

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Figura 10.- Pantalla de GRÁFICOS con las medidas de TESS en tiempo real.

Aquí podremos consultar los gráficos de temperatura ambiente – medida en el interior del fotómetro- e infrarroja – medida de la temperatura de la troposfera -. Ambos valores se expresan en ºC. Estos valores se utilizan para estimar si el cielo está despejado o cubierto por nubes.

 

Nubes

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Figura 11.- Pantalla de NUBES con las medidas de TESS en tiempo real.

Este gráfico representa la humedad relativa en tanto por ciento frente al tiempo. El programa obtiene este gráfico partir de las medidas de temperatura anteriores. Cuando la temperatura ambiente y la temperatura de la troposfera tienen valores similares el índice de humedad es alto y por tanto, hay nubes. En el gráfico las zona marcadas en azul claro corresponden a los momentos en los que el cielo se encuentra despejado.

Generación de archivos

Cada vez que ejecute el programa obtendrá, en la misma carpeta donde se encuentre el archivo tess.exe 4 archivos con los datos que necesitarán sus alumnos para realizar la actividad. En primer lugar obtendrá tres archivos correspondientes a los gráficos de brillo, temperatura y nubes denominados: brillo.jpg, temperatura.jpg y nubes.jpg. Cada vez que ejecute el programa estas figuras serán sobreescritas con los datos nuevos. Así mismo encontrará un fichero con todos estos datos para que los alumnos puedan representar los gráficos por ellos mismos con el formato TESS_lugar_mes_año.txt  (así, por ejemplo, podría encontrar un archivo llamado TESS_LaPalma_01_2017.txt). Al salir y volver a ejecutar el programa los datos correspondientes a distintos días del mismo mes se concatenarán en el mismo archivo. Recomendamos consultar este archivo mediante un software de hojas de cálculo como Excel, para representar el brillo del cielo, la temperatura o la nubosidad frente a la hora.

 

3.- Actividades propuestas

Utilizaremos un cuaderno de campo para anotar los comentarios de las observaciones así como los resultados de todas nuestras mediciones.

3.1 Astrofotografía

Se tomarán fotografías en diferentes lugares de observación y se valorarán los resultados. Para ello, las condiciones deben ser las mismas: igual hora, aproximadamente, en todos los casos y la misma constelación. Llamaremos condiciones estándar, por ejemplo, a las siguientes: Objetivo de 50 milímetro Sensibilidad de 200 ASA. Tiempo de exposición 12 segundos con diafragma f/2.8.

3.2 MALE y Contador de estrellas

a) Valor medio calidad de la noche. Se asignará entre los observadores diferentes zonas del cielo. Cada observador contará las estrellas visibles en su contador, se hallará el valor medio y se multiplicará por cien para tener un valor estimativo. Realiza esta actividad para distintos lugares de observación y compara los resultados.

b) Variación de la calidad del cielo con la masa de aire. Toma como referencia una zona cualquiera del cielo (por ejemplo la estrella Vega de la constelación de la Lira). Síguela durante dos o tres horas. Anota cada 30 minutos la altura de la zona seleccionada y el número de estrellas visibles con el contador de estrellas. Realiza el trabajo en un grupo de cuatro observadores. Representar la correlación masa de aire (eje X) frente a número de estrellas (eje Y), los dos parámetros deben ser un promedio entre los cuatro estudiantes.

3.3 Mapa de contaminación lumínica

A partir de medidas individuales realizadas por los estudiantes se puede construir un mapa que refleje el brillo del cielo que se mide en diferentes lugares. Será por tanto muy interesante que los estudiantes se lleven el fotómetro al lugar donde residan con la intención de obtener medidas de zonas alejadas entre si. En los sitios con escasas fuentes de contaminación lumínica, como las zonas rurales, se medirán cielos más oscuros (medidas mayores) que en el entorno de las ciudades donde el brillo de cielo se ve más afectado por contaminación lumínica.

Los estudiantes, individualmente o en grupo, medirán con el SQM en noches despejadas (sin nubes) y sin Luna en diferentes lugares. Lo mejor es que los grupos se formen con estudiantes que vivan en el mismo barrio y las medidas se realicen cerca de sus casas. La mecánica de la medida es muy sencilla pero se puede practicar antes con ayuda del profesor. Lo mejor es tomar 5 medidas en cada sitio y archivar el valor medio. Cada medida del brillo de cielo debe ser anotada e introducida en un fichero (excel, por ejemplo) que contenga varias columnas de información. Fecha, hora, posición geográfica, SQM utilizado, Brillo de cielo, grupo o persona. Las medidas de los diferentes grupos se juntarán en un sólo fichero. Con el fichero final se puede construir un fichero KML para visualizar con Google Earth y agruparlos para construir un mapa de oscuridad del lugar.

 

Fecha

Hora Longitud Latitud Fotómetro Brillo de cielo

Observador

2016/12/24 20:35 -17,772111 28,687232 SEA#02 19,52 Idaira Santana
2016/12/27 21:12 -17,772707 28,690217 SEA#07 18,98 Airam Cabrera

Tabla 1.- Registro de medidas de brillo de cielo presentados en una tabla. Datos ficticios.

 

3.4 Monitorización de brillo de cielo e interpretación de gráficos con TESS

Debido a que el brillo de cielo es una medida no intuitiva se recomienda visualizar las gráficas teniendo siempre en mente que el eje vertical representa oscuridad. La curva típica de las últimas 24 horas presentará un aumento de la oscuridad al anochecer (los valores de brillo de cielo crecen), una zona de valores oscuros durante la noche y una disminución de la oscuridad al amanecer (valores menores del brillo de cielo) hasta que el sensor se satura con la salida del sol. Estas son las curvas obtenidas en el observatorio remoto durante la noche del 17 al 18 de Noviembre de 2016 (Figura 12).

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Figura 12.- Las curvas de brillo de cielo medidas por diferentes fotómetros TESS durante la noche del 17 al 18 de Noviembre de 2016.

 

Stars1:       Coslada, Madrid

Stars6:       Islandia

Stars7:       Pamplona

Stars9:       Añora, Cordoba

Stars10:     Peñarroya, Cordoba

Stars12:     Torremolinos, Malaga

 

En la gráfica podemos apreciar, como una vez que se ha puesto el sol el valor del brillo de cielo disminuye según avanza la noche (el cielo es más brillante) debido a que el fotómetro detecta la ascensión de la luna. Esta variación es más apreciable en los lugares de poca contaminación lumínica. En lugares de alta contaminación, sin embargo, se aprecian factores como el apagado de las luces de la ciudad. Una noche con nubes y claros generará un trazado irregular. En las ciudades la existencia de nubes altas o cirros genera valores menores para el brillo de cielo puesto que el fotómetro detecta más luminosidad que proviene de las farolas y se refleja en las nubes. Con los datos acumulados del fotómetro TESS se pueden realizar estadísticas y analizar la evolución del brillo de cielo nocturno del lugar donde esté instalado. Con una estación fija, como es nuestro caso, se pueden obtener valores estadísticos del brillo del cielo a lo largo del tiempo. Al tomar datos durante varios días tendremos medidas en distintas condiciones atmosféricas y fase de la Luna. Se trata de medir en con todo tipo de condiciones. El fotómetro TESS situado en el centro educativo proporciona datos cada minuto del brillo del cielo en el cénit de ese lugar. Para ver la evolución de una noche se puede realizar una gráfica sencilla de brillo frente a la hora de la noche. Los estudiantes pueden analizar las gráficas de distintas noches y hacer una interpretación de las posibles causas de la evolución del brillo de cielo del fotómetro medido por el fotómetro instalado en su centro.

La gráfica de una noche mostrará una evolución típica de oscurecimiento al atardecer, valores oscuros durante la noche y abrillantamiento al amanecer. Se puede comparar con los horarios de la salida y de la puesta de Sol en ese sitio para esa fecha. La pendiente de las gráficas en los crepúsculos depende de la latitud del lugar. En Canarias los crepúsculos duran menos que en la península, por ejemplo.

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Figura 13.- Evolución del brillo de cielo en Coslada (cerca de Madrid) a lo largo de una noche.

 

En la Figura 13 se muestra una curva típica en un cielo muy contaminado. La segunda parte de la noche es más oscura (a partir de las 23:00) cuando se apagan algunas luces ornamentales. Los aumentos de brillo (bajadas de la gráfica) se corresponden con nubes en el cielo que reflejan la luz sobre el fotómetro.

Análisis estadístico

Cuando se disponga de datos de varias noches se pueden realizar análisis estadísticos. El más sencillo consiste en preparar un histograma de todos los valores registrados.

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Figura 14.- Histograma de las medidas de brillo de cielo en Guirguillano (Navarra, una zona rural con cielos típicos de cerca de 21 mag/arcsec2

 

ANEXO 1. Configuración fotómetro TESS

Configuración por router

La primera vez que se conecta el fotómetro TESS éste crea una red WIFI propia llamada TESS-W de libre acceso a la que podremos acceder desde un ordenador o un móvil. Una vez hayamos accedido a la red TESS-W será necesario abrir un navegador e introducir la dirección: http://192.168.4.1 Encontraremos el acceso a la configuración al pulsar en el link “Wi-Fi TESS Settings”

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Figura 15.- Configuración de TESS desde un móvil, tablet u ordenador.

Es necesario configurar los parámetros (en letras minúsculas) como se indica a continuación:

 

SSID: Seleccione la red wifi a la que desea que se conecte el fotómetro.
Password: Introduzca la clave de acceso que sea necesaria para conectarse a dicho wifi.
Name: Nombre el fotómetro. En su caso use stars22
Cons. Añada el valor de cero del fotómetro. Establezca este valor en 20.5.
Seg. Este parámetro establece cada cuanto tiempo ha de tomar medidas el fotómetro. Establezca este valor en 60.
Tel. Port: Puerto de acceso local. Por defecto el 23
Broker: Para activar el observatorio remoto establezca como servidor: astrix.fis.ucm.es

A continuación será necesario desconectar el fotómetro de la red eléctrica y volver a conectarlo pasados 30 segundos. La configuración se ha completado, el fotómetro toma datos y los envía. Es recomendable comprobar que los datos se reciben correctamente para lo cual trataremos de consultar las medidas del fotómetro TESS antes de llevar el fotómetro al lugar donde vaya a ser instalado finalmente. En el caso de que se desee modificar la configuración, como por ejemplo tras un cambio de contraseña en la red wifi, será necesario encender el fotómetro en un entorno en el que esa red no esté disponible. Para hacer esto bien desconecte la red, bien apantalle la señal wifi o bien desinstale el fotómetro y enciéndalo fuera del alcance de la red para configurarlo de nuevo.

Comprobando la configuración mediante el software

Para obtener las medidas completas y así los estudiantes puedan realizar un análisis de las medidas será necesario ejecutar un programa en un ordenador conectado a la misma red WIFI que el fotómetro. El programa se encuentra en la siguiente dirección y requiere de un ordenador con windows para ser ejecutado:

http://www.observatorioremoto.com/tess/tess.zip

Para la instalación tan sólo es necesario descomprimir el zip y ejecutar el archivo Tess.exe que contiene. Compruebe en primer lugar que los ajustes que ha realizado mediante la conexión al router se han realizado correctamente. Para ello valla a la pestaña ajustes, en donde encontrará:

 


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Figura 16.- Pantalla de AJUSTES donde se han introducido los parámetros de la configuración.

 

Configuración

Una vez configurado el fotómetro TESS en http://192.168.4.1 estos parámetros aparecerán del mismo modo en esta pestaña automáticamente. Se incluye una captura para consulta en caso de que se modifiquen accidentalmente. Si desea que las coordenadas de su centro aparezcan en los ficheros de datos las puede incluir en latitud y longitud bajo la palabra LUGAR.

 

Calibración

Compruebe en este apartado que la constante instrumental es de 20,5. A pesar de que este modelo no posee acelerómetro y magnetómetro se ruega mantener los parámetros tal y como se establecen inicialmente para asegurar el correcto funcionamiento del fotómetro.

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Figura 17.- Pantalla de AJUSTES donde se ha introducido los parámetros de la calibración: constante=20,5.

 

Alarmas y Control

No será necesario utilizar las pestañas de alarmas ni de control. Este fotómetro ha sido diseñado para poder automatizar un observatorio remoto. Se pueden programar distintas alarmas en función de los valores que se estén recibiendo, esto es util, por ejemplo, para avisar al astrónomo de que el cielo se ha despejado de nubes. Por otro lado, la pestaña de control está diseñada para conectar un relé y automatizar, por ejemplo, que la cúpula del observatorio se cierre cuando hay nubes. En nuestro caso no configuraremos ninguna alarma ni realizaremos ningún automatismo.

 

Dónde y cómo instalar el fotómetro TESS

Para que el fotómetro obtenga las medidas correctamente es necesario que tanto el sensor de brillo como el de nubosidad apunten al cielo hacia el punto situado en su vertical llamado cénit y por tanto, con la caja que lo protege colocada en horizontal.

 

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Figura 18.- Posible instalación para situar el fotómetro posición horizontal y así los sensores apunten hacia el cénit (Izquierda) y vista tomada desde arriba, donde se puede apreciar el sensor de brillo a la izquierda y el de nubosidad a la derecha.

Cualquier luz directa o indirecta que llegue al sensor hará inservibles las medidas. Es recomendable elegir el lugar de instalación la noche anterior a la instalación, para poder asegurarse de que el fotómetro no recibe iluminación directa de ningún tipo. También es necesario asegurarse de que no haya elementos que bloqueen la medida del fotómetro, como una casa o un árbol. El lugar óptimo para la instalación suele estar en una azotea. Es necesario conectar el fotómetro TESS a la red eléctrica y a una red WIFI para que funcione. Asegúrese de que el fotómetro está dentro del alcance de la red WIFI y el enchufe al que se conecte está protegido contra la lluvia. Una vez instalado por favor, contacte con los investigadores de la UCM para comprobar que los datos se reciben correctamente.
Si necesita consultar el manual completo del fotómetro TESS redactado por Cristobal García lo encontrará en:

http://www.observatorioremoto.com/tess/tess.pdf