Curso de Astronomía, parte 4

En esta cuarta parte del curso hablaremos de los siguientes temas: Fotografiar estrellas, qué es una estrella fugaz, aplicaciones para descubrir el cielo. Cuestiones y Aplicaciones. Anexo final: – La contaminación Lumínica y Reservas de cielo oscuro.

Al final del tema hay dos cuestiones y una actividad, son para simplemente contrastar lo aprendido y saber un poco más. Sí deseáis el diploma en pdf simbólico me enviáis las soluciones de las cuestiones al correo josevte.miuniverso@outlook.com, eso será cuando tengáis las 8 cuestiones hechas (2 por tema), entonces tendréis vuestro pequeño regalo en pdf. Sí vais a hacer el curso, sí os parece podéis dejar un comentario al final del tema o por privado en el correo, así tendremos nota de todas las personas que lo siguen y lo quieren hacer, no hay fecha fin del curso, estará siempre disponible.

1.- Fotografiar estrellas.

Contemplar estrellas en lugares alejados de la contaminación lumínica es maravilloso, miles de estrellas, la vía láctea… nos hace sentir lo pequeños que somos en la inmensidad del espacio interestelar. Esa imagen de la inmensidad, de la majestuosidad de las estrellas la podemos plasmar en una espectacular fotografía astronómica. Ahora con la enorme cantidad de cámaras digitales que hay en el mercado podemos realizar fotos muy interesantes del cielo y sin ser profesionales de la fotografía obtener buenos resultados.

Tan solo con unas pequeñas nociones podemos empezar a a hacer nuestro pinitos en este mundo fascinante de la fotografía estelar. Después sí nos gusta el resultado podemos investigar más y llegar a ser unos grandes astrofotógrafos de campos de estrellas.

Lo primero que tenemos que conocer es qué estamos fotografiando. Las estrellas se proyectan como objetos puntuales en la esfera celeste que es el cielo que nos rodea, estas estrellas tienen un movimiento aparente debido a la rotación de la Tierra, salen por el este y se ponen por el oeste.

estrellas.JPG

Esto es importante conocerlo según el tipo de imagen que queramos capturar, sí queremos estrellas puntuales (campos de estrellas) o sí queremos capturar el trazo de las estrellas usando larga exposición (star trails). Apuntando con nuestra cámara a la estrella polar obtendríamos círculos de estrellas alrededor del polo Norte celeste, sí enfocamos la cámara al Este con largas exposiciones serían trazo más largos, pero esto lo veremos más adelante.

estrellascircularesImagen de trazos circulares alrededor del polo norte celeste.

Para fotografiar estrellas tendremos en cuenta los siguientes puntos muy importantes.

    -1. Dónde tomar imágenes

-2. Material

    -3. Parámetros de la cámara

    -4. Campos estelares, Trazas estelares (star trails), Timelapse.

1. Dónde tomar imágenes. Para fotografiar gran cantidad de estrellas hay que ir a lugares alejados de la contaminación lumínica. Nuestro objetivo es capturar mucha luz, pero no del entorno, si no del cielo estrellado.

2. Material.

  • Cámara réflex digital (sería lo ideal), con objetivos de gran angular  y focal baja (tambien muy interesantes) por ejemplo de 8 a 25 mm. Obtenemos así grandes panorámicas y alta luminosidad. Pero con cualquier cámara réflex y objetivos que no sean de gran angular se obtienen buenos resultados. El objetivo que coloquemos depende de la imagen que queramos capturar. (El objetivo se enrosca delante de la cámara y se puede intercambiar).
Photo by Luis Quintero on Pexels.com
  • – O también podemos utilizar una Cámara digital compacta. No se les puede cambiar el objetivo pero son también muy buenas para realizar fotografía de estrellas.
  • Intervalómetro o disparador remoto externo (las cámaras suelen tenerlo incorporado), es importante para poder disparar la cámara sin necesidad de tocarla pues al tocarla podemos mover un poco la cámara y esto se verá reflejado en la imagen.
  • Trípode robusto, queremos que se mantenga fija la cámara ante vibraciones o viento, así conseguir una imagen que no salga movida.
  • Varias Baterías. Las cámaras digitales consumen mucha batería, por tanto iremos provistos de baterías al 100% de capacidad y otras por sí se gastan. Normalmente se realizan muchas imágenes en una noche.
  • Tarjetas de memoria de la máxima capacidad. Para así poder guardar el mayor número posible de imágenes, tanto en formato JPG como en RAW.
  • Linterna de luz blanca y roja. Luz blanca para vernos en el lugar que coloquemos el equipo y montarlo, y luz roja cuando queramos variar alguna cosa durante la observación y no nos deslumbremos.
  • Ropa de abrigo, sí vamos a estar muchas horas a la intemperie es conveniente llevar ropa de abrigo, la comodidad es importante.

3. Parámetros de la cámara.

Colocamos nuestra cámara en modo Manual desde la parte superior de la cámara o en el menú digital, esto depende de cada modelo de cámara el lugar donde esté. En ese modo podemos variar los parámetros. Con esto conseguiremos que nuestra cámara deba ser capaz de:

-Hacer largas exposiciones de entre 15 a 30 segundos cómo mínimo. Tener incorporado un intervalómetro o poder usar un cable disparador o un disparador remoto.

Con los siguiente parámetros: tiempo de exposición, apertura de diafragma e ISO, debemos jugar hasta conseguir una foto de estrellas aceptable, estos definen la exposición en las fotos, veamos que es cada parámetro:

a.-El tiempo de exposición:  Cuanto más tiempo esté abierto el obturador, más luz incide  sobre el sensor y más luz registramos.

Algunos tiempos ejemplo: 1/30 s, 1/15 s, 1 s, 2 s, 16s, 30s, 1min,… de modo que en cada paso se recibe el doble de luz. Elegiremos tiempos largos de exposición de más de 16s según la cantidad de luz que quiera captura y el tipo de foto, campos de estrellas o star trails..

b.-Apertura de diafragma:  El diafragma es la parte de la cámara que determina la cantidad de luz que llega hasta el sensor fotográfico. El diafragma varía su apertura dependiendo de la cantidad de luz que queramos que entre. La apertura de diafragma se mide en números f. Por ejemplo: f/2, f/2.8, f/3.5, f/4, f/8, f/16… a menor número mayor apertura, con lo que elegiremos las f más bajas.

c.-Sensibilidad (ISO): Cuanto mayor sea el valor ISO más luz recogerá el sensor ya que más amplificará la señal. De esta forma podremos obtener fotografías incluso en lugares con muy poca luz.

Los valores ISO más comunes son los siguientes:  ISO 100; ISO 200; ISO 400; ISO 800; ISO 1600; ISO 3200….

Pero a medida que incrementamos el valor ISO se incrementa también el ruido en nuestras fotografías. El ruido es la consecuencia del proceso de amplificación de la señal al incrementar la sensibilidad, y se manifiesta bajo la forma de una gran cantidad de manchas oscuras. Para fotografiar estrellas usaremos ISOs altas, pero jugando con diversas configuraciones hasta que encontremos una imagen que no tenga ruido.

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Pongamos ahora en práctica estos parámetros  para conseguir imágenes de campos de estrellas o de star trails (trazos de estrellas):

Campos estelares: es decir fotografías de estrellas puntuales. Necesitaremos poco tiempo de exposición (30s-40s). Para ver a que estamos apuntando y hacer el encuadre hacemos una foto a ISO muy altas (más de 3000 y tiempo bajo, por ejemplo 10 s). Luego se modifica la ISO para eliminar el ruido y empezamos a fotografiar con f bajas.

Ejemplo: 30 s, f/3.5, ISO 800. Elegiremos la configuración que nos de la imagen más espectacular posible, no hay unos números mágicos para conseguirla, debemos jugar con el tiempo (30-40s) , la f (bajas) y la ISO (altos). La imagen final es recomendable que sea en formato RAW para poder procesar bien la imagen y sacarle el mayor número de detalles.

estrellasImagen de campos de estrellas.

Trazas estelares (star trails): Trazos de estrellas en el cielo, es necesario aumentar el tiempo de exposición.

Los trazos más largos se consiguen si se apunta en dirección este/oeste. Por el contrario, apuntando al norte hacia la polar obtendremos imágenes con el resto de estrellas  rotando a su alrededor. Es recomendable apilar imágenes (sumando solamente las luces que varían ente ellas) en vez de estar horas con el obturador abierto. Por tanto tomaremos imágenes por ejemplo de dos horas pero a intervalos de 30 segundos y descansando 10. Esto nos lo tiene que hacer la cámara con su configuración.

Todas esas imágenes las podemos procesar usando programas como los siguientes:  Photoshop, Deepskystacker, PixInsight, startrailsstarstax , los más recomendables son los dos últimos, ya que nos permiten el apilado de imágenes y realizar star trails.

El formato de salida para las imágenes es recomendable que sea en  JPG, ya que se toman muchas imágenes y ocupan menos espacio que imágenes RAW.

estrellas trazas

Con estas nociones básicas ya podéis empezar a realizar fotografías de estrellas, pero es todo un mundo la astrofografía y nunca se acaba de aprender algo nuevo. Os invito a que probéis a realizar alguna foto y sí os gusta que os adentréis en este fabuloso mundo de las estrellas, y sí podéis las compartáis en comentarios.

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2.- Estrellas fugaces

Una estrella fugaz es lo que se denomina en astronomía un meteoroide, este es un cuerpo menor cuyo tamaño está comprendido entre 100 mm y 50m, esta definición puede variar pero es el utilizado por la Royal Astronomical Society.

meteoritos

Los meteoroides como el polvo interplanetario, procede de los desperdicios de la formación del sistema solar, de las colisiones de cuerpos, y de eyecciones de cometas.  Suelen ser de tipo condrito (rocoso), acondrito (parecido a rocas ígneas) o metálico. Estos se mueven en órbitas alrededor del sol, y como se ha dicho en su mayoría provienen de eyecciones de cometas o de colisiones de cuerpos celestes, estos se hayan concentrados en el plano de la eclíptica, disminuyendo su número conforme nos acercamos al sol y conforme nos acercamos a Júpiter, ya que ambos astros capturan gravitacionalmente la mayoría de los meteoroides.

Los meteoroides asociados a cometas o asteroides se convierten en meteoros cuando interceptan la Tierra, un meteoro es el fenómeno luminoso que se puede observar la superficie del planeta cuando el meteoroide choca contra la atmosfera terrestre y por fricción con esta se ponen incandescentes, popularmente se les denomina estrellas fugaces. Esta interacción ocurre en la Termosfera a una altura entre 80 y 120 km, la velocidad de entrada varía desde los 11km/s para los meteoros más lentos hasta los 80 km/s para los más rápidos.

Veamos por qué reproduce esa incandescencia del meteoroide al interaccionar con la atmósfera; las partículas atmosféricas chocan contra la superficie del meteoroide aumentando su temperatura, este proceso aumenta conforme se disminuye la altura, cuando el meteoroide alcanza una temperatura determinada comienza el proceso de ablación. Es decir el calor producido por el rozamiento es suficiente para sublimar los átomos y las moléculas del meteoroide, en esta etapa la pérdida de masa es rápida, esta pérdida de masa ocurre de varias formas, la más importante es la separación de átomos y moléculas individuales del meteoroide, aunque hay otros procesos de pérdida de masa como chispas sólidas expedidas desde la superficie del meteoroide o fragmentos que se separan por la presión. El destello luminoso no es causado por la masa del meteoroide sino por su alta energía cinética, interacciona a una altura de 120 km y pueden llegar hasta los 25 km de altura en su recorrido según sea su tamaño y velocidad, a esa altura final ya han perdido toda su energía y velocidad inicial.  Cuando la mayor parte de la masa se ha consumido, el meteoro deja de verse. En el caso de meteoroides muy pequeños, la ablación es tan fuerte que se evapora todo el material, en los cuerpos más grandes al disminuir su velocidad queda una masa residual que termina por alcanzar la superficie terrestre en forma de micrometeoritos tras varios minutos de vuelos sin luz.

El color de estrellas fugaces, está determinada por dos factores: la composición química del meteoroide y la interacción de los átomos y moléculas en la atmósfera. Los átomos en el meteoroide emiten luz, ya que se calientan al entrar en la atmósfera, por lo que se queman y emiten luz en diferentes longitudes de onda, o colores diferentes, de la misma manera ocurre en los diferentes compuestos que se utilizan en los fuegos artificiales que según su composición aparecen unos colores u otros.

Los átomos en la atmósfera son ionizados por el meteoroide a muy altas temperaturas, haciendo que estos emitan fotones de ciertas longitudes de onda específicas, dependiendo de qué elementos están presentes aparecerá uno color u otro. Las emisiones comunes de átomos metálicos en los meteoros y de los átomos atmosféricos se pueden ver en la siguiente tabla, las combinaciones de los dos tipos de emisiones producen los colores que se ven en el cielo.

    Gráfico de NASA

Por ejemplo estos son lo colores según la presencia de estos compuestos químicosSodio (Na) da una luz de color amarillo anaranjado, hierro (Fe) luz amarillamagnesio (Mg) luz azul-verdecalcio ionizado (Ca +) puede añadir un matiz violeta, mientras que las moléculas de nitrógeno atmosférico (N2) y átomos de oxígeno (O) dan una luz roja.

Los meteoros están asociados como ya hemos visto a cometas y asteroides, estos cometas y asteroides siguen órbitas alrededor del sol, entonces los restos de estos cuerpos (los Meteoroides) estarán a lo largo de la misma órbita que el cuerpo del que ha sido eyectado, por tanto podemos conocer de qué cuerpo menor proviene el meteoro solo con calcular su órbita, así a lo largo del año podemos ver diversas lluvias de meteoros como es el caso de las famosas Perseidas (asociada al cometa 109P/Swift-Tuttle) de Agosto o de las Leónidas (asociada al cometa Tempel-Tuttle) de Noviembre, estas lluvias se presentan en periodos temporales según la época del año, como hemos dicho las perseidas se presentan en agosto, concretamente del 25 de julio hasta el 27 de agosto, con un día de máximo de apariciones de meteoros que se suele presentar la noche del 12 al 13 de agosto, este día es cuando la tierra intercepta una mayor densidad de partículas en su órbita y es cuando se pueden observar más estrellas fugaces. Al número máximo de meteoros por hora se le denomina THZ y es el número que se observaría si el radiante estuviera en el cenit y con una atmósfera estable y limpia, la THZ de las perseidas suele estar en 80-100 meteoros/hora. Si se produce el paso de su cometa asociado, en los próximos años se verá incrementado el número de meteoros observables pues habrá repoblado su órbita de nuevos meteoroides.

rad
Punto radiante en el cielo de una lluvia de meteoros, en este caso las Cuadrántidas de enero.

Un fenómeno muy interesante son las tormentas de meteoros, normalmente en el tubo meteórico (tubo meteorito es la órbita donde están distribuidos) los meteoroides se distribuyen en filamentos entonces hay zonas de más densidad que de vez en cuando la Tierra intercepta, entonces se produce una autentica tormenta de miles de estrellas fugaces, como fue el caso de las Leónidas de 1998, cuando en un minuto se podían contar hasta 60 meteoros, lo que daba una THZ de unos 2000 meteoros.

Debido a que los meteoroides que pertenecen a un determinado tubo meteórico tienen aproximadamente los mismos elementos orbitales, todos ellos se mueven siguiendo direcciones paralelas, por tanto podemos definir la dirección de un radiante de una lluvia de meteoros como la tangente a la órbita de los meteoroides en el punto donde la tierra la corta. Entonces cuando diversos meteoros provenientes de la misma órbita interaccionan con la atmósfera parece como si provinieran de un mismo punto en el cielo, es decir si el trazo que dejan en la bóveda celeste lo trasladamos hacia atrás, para varios meteoros, parece como si partieran de un mismo punto, es un fenómeno parecido al que se produce cuando se va circulando por un túnel, con luces a lo largo del recorrido, y hay una sensación de que todas estas luces parecen venir del final del túnel. A ese punto de salida de meteoros se le denomina radiante, y se le pone el nombre de la constelación en la que parecen provenir los meteoros. Este radiante varía de posición en la bóveda celeste a lo largo del tiempo debido al movimiento de la tierra alrededor del sol.

cudrantidas

Fechas de lluvias de Meteoros y webs sobre meteoros:

Ya sabéis un poco más de estrellas fugaces, es maravilloso tumbarse hacia el firmamento y observar esos bellos trazos en el cielo, os invito a intentarlo, es maravilloso y estaréis observando un trocito de la historia del sistema solar.

3.- Aplicaciones para descubrir el cielo

Ahora que el móvil es una parte del ser humano, todos lo llevamos encima y parece que no se puede vivir sin él, tenemos la posibilidad de usarlo para que nuestra afición a la astronomía sea mucho más placentera.

Captura

Podemos instalarnos aplicaciones astronómicas (apps) para conocer el firmamento, algunas gratuitas y otras de pago, pero vale la pena tener alguna de ellas, sobretodo las que simulan el cielo.

Captura

Aquí os dejo un listado de todas las que he podido encontrar, las gratuitas la mayoría son para Android (Con pulsar en el nombre tendréis más información).

1. Sky Map (Gratuita)

2. SkySafari (de pago)

3. The Night Sky (de pago)

4. Sistema Solar – Planetas (Gratuita)

5. Mapa Estelar (Gratuita)

6. SkEye | Astronomy (Gratuita)

7. Amazing Universe Facts (Gratuita)

8. Ciencia – Macrocosmos 3D (de pago)

9. Pocket Planets (de pago)

10. Solar System Explorer (de pago)

11. Catálogo Messier (Gratuita)

12. Vortex (de pago)

13. Stellarium (de pago)

14. Distant suns (de pago)

15. Living earth (de pago)

16. Solar walk (de pago)

17. Sunmoongyro (de pago)

18. Star Walk (de pago)

19. ISS Detector (Gratuita)

20Mars Globe (Gratuita)

21. Redshift (de pago)

22. GoSatWatch – Satellite Tracking (de pago)

23. Nasa App (Gratuita)

24. Sun and Moon (Gratuita)

25. GPS Status (Gratuita)

26. APOD Astronomy Picture of the Day (Gratuita)

27. Astro Panel (Gratuita)

28. Calculadora de Eclipses (Gratuita)

29. FOViewer Deluxe Free (Gratuita)

30. Meteor Shower Calendar (Gratuita)

31. Star Odyssey (Gratuita)

32. MO Observatory Free (Gratuita y de pago con ampliaciones)

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Anexo: La contaminación Lumínica y las reservas de cielo oscuro

El tema 4 ya en sí es muy extenso con lo que os dejo dos enlaces a dos temas muy importantes que podéis leer para saber un poco más, se trata de la contaminación lumínica y las reservas de cielo oscuro. Tener un cielo limpio de luces es muy importante y está protegido por la UNESCO, hay lugares en la tierra, lo que se denomina reservas de cielo oscuro o reservas Starlight donde se pueden ver miles de estrellas. Este simple anexo es para que tengáis más información sobre la importancia de la contaminación lumínica y lo que supone una reserva de cielo oscuro:

Cuestiones

1.- Supongamos que tenemos una cámara digital y queremos hacer fotografía nocturna, con lo aprendido intentar resolver las dos siguientes cuestiones:

a) Queremos fotografiar la Luna llena que es un objeto muy brillante, ¿Que especificaciones aproximadas en número o teóricamente tendríamos que colocar en la cámara digital para obtener una imagen nítida de la Luna?

b) Sabemos que el 12 de agosto es el momento de máxima actividad de la lluvia de estrellas fugaces de las Perseidas, sobre las 5 de la madrugada suelen aparecer muchos meteoros. ¿Que especificaciones en número o teóricas colocaríais en la cámara para intentar capturar alguna estrella fugaz?, ¿Qué objetivo colocaríais?

2.- Observamos una estrella fugaz de trazo muy largo y otra de trazo muy corto, las dos son meteoros de la misma lluvia,

a) ¿Qué meteoro está más cerca en el cielo del punto radiante de la lluvia?.

b) Una tiene un brillo de magnitud 4 y la otra de magnitud -3. ¿Cual es más débil en brillo?

c) Una de las estrellas fugaces explota y se escucha la explosión, ¿se escucharía el ruido en el instante de la explosión o después?, razona la respuesta.

d) Dos observadores separados 300 km observan a la vez los dos meteoros, ¿sobre el fondo de estrellas harán los meteoros el mismo recorrido para los dos observadores o diferente recorrido?. Razona la respuesta.

  • Nota: que hagáis bien o mal las cuestiones no es importante, lo importante es pensarlas y tratar de buscar la solución y aprender un poco más. Sí las completáis las enviáis y os decimos la respuesta correcta. Con estas se completan las 8 cuestiones del curso que os dan el regalo de un pequeño diploma simbólico por el curso hagáis como hagáis las cuestiones. Lo importante es que las intentéis resolver.

Actividades

  • a. Planifica una observación de estrellas fugaces, para ello abrir la herramienta stellarium, elegir una fecha de un máximo de meteoros y observar a qué hora aparece la constelación de la cual proviene la lluvia. Podréis saber las horas más propicias para la observación.
  • b. Entra en la base de datos extragalacticos de la NASA/IPAC: http://ned.ipac.caltech.edu/ en el buscador coloca por ejemplo el objeto M 13. Se abrirá una ventana con un montón de datos sobre el objeto, investiga un poco la página y verás la enorme información astrofísica que da sobre cualquier objeto astronómico.
  • c. Descubre la mitología de las constelaciones,sí algún día explicáis el cielo a otras personas o queréis saber algo más, es bonito saber un poco el por qué de los nombres de estas: Mitología de las constelaciones
  • d. Aquí tenéis un montón de enlaces de astronomía donde podéis encontrar observatorios, instituciones, asociaciones, catálogos, …. para que podáis investigar otras páginas de astronomía: https://josevicentediaz.com/el-universo/enlaces-astronomicos/

Con esto tenéis ya completo el curso para que en línea desde el 1 de abril de 2020 hasta cuando querías podáis hacer el curso y repetirlo cuantas veces deseéis. La astronomía es una ciencia maravillosa y es bonito conocerla para engrandecernos aun más con las maravillas del Cosmos.

Espero que os haya gustado y que sigáis investigando más este mundo tan espectacular. Cualquier duda me tenéis en línea en el siguiente correo: josevte.miuniverso@outlook.com o también en redes sociales como en facebook o instagram.

Photo by Lucas Pezeta on Pexels.com

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