Astronomía del Traspatio: Derrotando al Seeing*
Por Alan MacRobert   Traducción de Francisco Javier Mandujano Ortiz

*En Castellano no existe palabra equivalente para seeing, su significado está relacionado con las condiciones de visibilidad atmosférica.

La NASA se gastó $2.1 BILLONES para escapar de las pobres condiciones de visibilidad atmosférica (seeing en Inglés); esto fue lo que costó poner al Telescopio Espacial Hubble arriba de la atmósfera.

Previsión de seeing y jet stream.

Los observadores del Traspatio, sobre un pequeño presupuesto, sin embargo, necesitan no desesperarse por mejorar sus vistas difusas y parpadeantes. Es posible evitar los peores efectos de la turbulencia atmosférica si se entiende su naturaleza y se aprenden unos cuantos trucos.

Vista con grandes aumentos desde el fondo de nuestro océano de aire, una estrella parece ser un seer vivo. Salta, tiembla y se arruga infatigablemente o se hincha dentro de una esfera de pelusa estable.

Es rara la noche (en la mayoría de los sitios) cuando cualquier telescopio, sin importar su apertura o lo perfecto de su óptica, puede resolver detalles tan finos como 1 segundo de arco.

Lo mas típico en un lugar ordinario es de 2 a 3 segundos de arco de condiciones de visibilidad atmosférica o peor aún.

No es difícil de entender el por qué. La definición usual de un "buen" telescopio es aquel que permite que todas las partes de una onda de luz que entra a él permanezcan dentro de una precisión de 1/4 de longitud de onda en el momento del enfoque.

Pero tal onda de luz al atravesar 180 centímetros de aire dentro del tubo del telescopio, se retarda cerca de 800 longitudes de onda si se le compara con lo que sucedería si el telescopio se encontrara al vacío.

Claramente se ve que el aire es un elemento óptico importante y que afecta cada parte de la onda de luz.

Si el poder de refracción del aire dentro de una parte del tubo del telescopio difiere del resto por mas de una parte en 3,200, la tolerancia de 1/4 de longitud de onda habrá sido superada. Tales cambios son el resultado de una diferencia de temperatura de 0.1° Celsius.

Sume los kilómetros de aire que recorre la onda de luz antes de alcanzar al telescopio y resulta maravilloso que podamos ver algún detalle mas allá de la propia atmósfera.

La potencia del aire para doblar la luz, conocida como índice de refracción, depende de su densidad y por tanto de su temperatura.

Donde se encuentran masas de aire de diferente temperatura, la capa limítrofe entre ellas se rompe en forma de arrugas giratorias actuando como lentes débiles. Esto lo puede ver cuando el aire caliente de un incendio o de un camino soleado se mezcla con aire mas frio; estas ondas de calor producen unas condiciones de visibilidad atmosférica pésimas para el astrónomo.

Nuestra atmósfera ventosa, esta llena de irregularidades térmicas y cuando ve a través de un telescopio, notará su efecto de una forma amplificada.

Mucho del problema, sin embargo, se encuentra sorprendentemente cerca del telescopio, donde es posible controlarlo para reducir su efecto.

DENTRO DEL TELESCOPIO

Los problemas de condiciones de visibilidad atmosférica están a menudo, a lo sumo a una fracción de pulgada del espejo o lente objetivo. Si el objetivo no se encuentra a la temperatura del aire, se encontrará rodeado de una envoltura de aire ondulante, irregular de cortos desplazamientos cuya temperatura es ligeramente mas caliente o mas fría que la temperatura nocturna.

Así se encontrarán también cada una de las otras partes del telescopio. Por ello, permita al telescopio aclimatarse con sus alrededores. Los aficionados aprenden rápido que las imágenes se mejoran dentro de cerca de media hora después de haber sacado el telescopio al lugar de la observación.

El tiempo necesario para este aclimatamiento en el caso de un telescopio de mayores dimensiones puede ser mayor. Tiene que comenzarse a hacerlo temprano.

Por lo general, el telescopio estará demasiado caliente, especialmente si se le ha tenido almacenado dentro de casa para evitar daños internos debidos a la condensación que ocurre durante los cambios de clima.

Pero algunas veces sucede lo contrario. Es sabido que conforme un telescopio comienza a acumular rocío o hielo, comienza a enfriarse con respecto al ambiente. En este caso, un calentamiento suave no solamente evita el rocío sino que mantiene la temperatura cercana a la del aire circundante --y de esta forma agudiza su resolución.

"Las corrientes del tubo" de aire caliente y frío dentro de un telescopio son los asesinos de un buen funcionamiento.

En los reflectores es mas notable el flujo de corrientes de aire dentro del tubo, pero también los de tubo cerrado como los Schmidt-Cassegrain y los refractores pueden tener tales corrientes también.

Cualquier tubo abierto por un extremo, de los que los aficionados actualmente gustan tener, deberá estar lo mejor ventilado posible. Actualmente, lo mas popular para acelerar el enfriamiento y soplar hacia fuera del tubo las corrientes de aire de mezclas térmicas, es colocar un ventilador detrás del espejo primario.

Resulta fácil checar si las corrientes dentro del tubo distorsionan la imagen que observa. Apunte hacia una estrella muy brillante y desenfóquela hasta que se convierta en un disco de luz uniforme. Las corrientes dentro del tubo se mostrarán como líneas delgadas de luz y sombra girando y arremolinándose a lo largo del disco brillante.

CERCA DEL TELESCOPIO

Algunos problemas de las condiciones de visibilidad atmosférica se encuentran a unos cuantos centímetros frente al telescopio. Obviamente, trate de mantener su aliento o calor corporal lejos de la trayectoria de la luz. Esta es una razón de colocar una sábana de tela alrededor de un tubo de estructura abierta.

Los alrededores inmediatos del telescopio deberán tener baja capacidad calorífica de tal manera que no almacenen el calor del día.

El pasto y los arbustos son mejores que el pavimento. Mientras mas plano y mas uniforme sea la parte verde, tanto mejor.

Los edificios calentados son desastrosamente malos para la observación, especialmente si se encuentra usted observando arriba de una chimenea.

Si construye usted un observatorio hágalo de materiales ligeros que puedan enfriarse rápidamente, tablarroca u hojas de metal, no de tabiques. Píntelo de blanco o de un color muy ligero para lograr la reflexión del calor solar y, téngalo bien ventilado.

Coloque una alfombra gruesa sobre el piso. Un techo deslizante que se abre totalmente, proporciona un enfriamiento mas rápido y una mejor condición de visibilidad atmosférica que una cúpula con su gajo abatible con efecto de chimenea.

Si insiste en una cúpula, una idea excelente es instalar un gran ventilador en una de las paredes para succionar el aire a través del gajo hacia el telescopio, tal y como se hace en los observatorios profesionales. Se considera una idea muy pobre colocar un observatorio junto a una casa calentada, a menos que se resigne a un trabajo de bajos aumentos. Cuando menos colóquelo viento arriba.

Muchos de los problemas de observación se encuentran cerca del piso así que, contar con una plataforma de observación elevada es una buena idea si es factible para usted hacerlo.

Esto es semejante a tener una buena observación de las estrellas y planetas situándose un poco mas arriba, unos centímetros mas cerca de ellos.

VISIBILIDAD ATMOSFÉRICA A GRAN ALTURA

Hemos llegado al inevitable corazón del problema. No hay mucho que pueda usted hacer con el aire situado cientos metros arriba. Pero si podrá predecir cuando y donde será mas terso.

Los usuarios de telescopios reconocen dos tipos de condiciones de visibilidad atmosférica: "lenta" y "rápida." La lenta hace que tanto las estrellas como los planetas se bamboleen y meneen rápidamente; la rápida las vuelve bolas difusas que se mueven rápidamente.

En el primer caso, debido que el ojo realiza el maravilloso trabajo de seguir al objeto, es posible observar las imágenes, pero en el segundo no se obtiene una respuesta rápida del ojo.

Una vieja parte del folklore del aficionado es que usted puede juzgar las condiciones de visibilidad atmosférica a simple vista checando cuantas estrellas parpadean. Esto a menudo da resultado. De manera semejante a las malas condiciones de visibilidad atmosférica, mucha de la turbulencia responsable del parpadeo se origina bastante cerca del piso.

Pero las relacionadas con las altas capas atmosféricas escapan a esta prueba. Si el parpadeo de la estrella es mas rápido que el tiempo de resolución de su ojo (cerca de 0.1 segundos), esta parecerá brillar de manera estable aun si a través del telescopio se ve como una bola difusa nebulosa.

A menudo, los astrónomos hablan de "celdas de condiciones de visibilidad atmosférica", lentes de remolinos de aire cuyo tamaño varía desde unos cuantos milímetros hasta unos cuantos metros de amplitud, formando enjambres a través del cielo.

Estos remolinos se forman cuando las masas de aire se sobrepone unas a otras -- horizontalmente por vientos, verticalmente por convección o ambas. Algunas veces, cuando se observa un objeto extendido como la Luna o un planeta, es posible que usted este enfocando sobre una capa horizontal de una " hoja de turbulencia" situada unos cientos de metros arriba.

Las arrugas se agudizan cuando mueve el enfoque ligeramente fuera de la posición de enfoque al infinito (alejar el ocular del objetivo). Esta es la firma de una capa de inversión en la que una masa de aire caliente fluye a través de una capa de aire mas fría debajo de ella. la diferencia de temperatura puede ser muy ligera.

Los remolinos grandes o de lento movimiento producen las condiciones de visibilidad atmosférica lentas, pero no permanecen por mucho tiempo. Sin importar el tamaño que los remolinos tengan cuando se inician, se rompen en otros cada vez mas pequeños. Cuando alcanzan la escala milimétrica disipan finalmente su energía en forma de calor a través de la fricción del flujo del aire (viscosidad)

Esta situación compleja desmiente un mito del saber popular del aficionado: el que el tamaño de las células es de 10 centímetros (4 pulgadas). De hecho, existen de todos los tamaños. Pero, las células dentro de este rango medio, tienen una propiedad importante: afectan mas seriamente a un gran telescopio que a uno pequeño.

Si tiene un telescopio de 10 centímetros de abertura, las células de 10 centímetros o mayores que pasen a través de su línea de visión harán que una imagen se corra a los lados mientras permanece relativamente intacta. Las mismas células, al pasar frente a un telescopio de 30 centímetros de apertura sobre posicionarán de inmediato imágenes múltiples, obteniéndose una malla difusa.

Este hecho ha conducido a otra pieza del folklore: que cuando las condiciones de visibilidad atmosférica son malas, un gran telescopio muestra menos detalles que uno pequeño.

Por consiguiente, usted podría mejorar las condiciones de visibilidad reduciendo la entrada de luz de su telescopio con una mascarilla de cartón.

Técnicamente hay algo de cierto en esto, un análisis matemático de las condiciones de visibilidad atmosférica ha demostrado que en términos prácticos la mejora esta entre levemente a no existente.

Nunca he visto una mejora reduciendo la apertura de un telescopio cuando el problema fue por las condiciones de visibilidad atmosférica pobres. Lo mas que puede decirse es que en una verdadera noche putrefacta, tanto un telescopio pequeño como uno grande, ven igualmente mal.

Mas aun, si restringe la entrada de luz, se perderá la oportunidad de vistas momentáneas de alta resolución que le proporcionaría la apertura total si el aire estuviera estable.

Existen razones, la mayoría malas, por las que es posible que vea mas en un telescopio obturado. Talvez sus ojos estuvieron deslumbrados por un planeta muy brillante; en tal caso, un filtro en el ocular resolvería mejor el problema.

Talvez el enmascarado está cubriendo errores ópticos del objetivo, o talvez está haciendo que un ocular mediocre vea mejor al incrementar la relación f/ del telescopio. La colimación pobre es también menos dañina cuando la relación f/ se incrementa.

Tanto en un reflector como en un Schmidt-Cassegrain, un enmascarado fuera del eje le da la ventaja de una apertura clara. El análisis matemático ha demostrado que la turbulencia atmosférica afecta ligeramente menos a una apertura clara que a una con obstrucción.

EN BUSCA DE AIRE ESTABLE

La calidad de las condiciones de visibilidad atmosférica dependen del clima pero no por simples reglas que apliquen en todas partes. Unas condiciones de visibilidad atmosférica pobres aparecerán poco antes o después de un cambio en el clima, en un nublado parcial, con viento y en un frío ocasional.

Cualquier pronóstico del clima que muestre masas de aire dentro de su área de observación es mal presagio.

Las buenas condiciones de visibilidad atmosférica, según varios observadores, se presentan cuando un sistema de alta presión se estaciona y proporciona cielos claros durante varios dias.

Mantenga un registro de las condiciones de visibilidad atmosférica - vs- el clima para el área de su observatorio y descubrirá las correlaciones que que serán la clave para una observación nítida.

Los patrones estacionales son mas predecibles. Las condiciones de visibilidad atmosférica a menudo son mediocres durante los meses fríos en localidades al norte de los Estados Unidos de Norteamérica y al sur del Canadá, cuando las corrientes de chorro de alturas elevadas fluyen sobre esas latitudes.

Las mejores condiciones de visibilidad atmosférica se dan en las tranquilas noches de verano cuando el aire esta cargado de humedad y el cielo luce nada prometedor por estar lechoso con niebla.

Algunos astrónomos claman que una sábana de neblumo industrial estabiliza el aire de una forma tan efectiva como la humedad del verano -- o mas bien, que acompaña las mismas masas tranquilas de aire que conducen hacia las condiciones de visibilidad atmosférica finas.

La hora de observación durante la noche también juega un papel importante, pero nuevamente hay pocas reglas universales.

Justo después del atardecer las condiciones de visibilidad atmosférica son aptas para ser excelentes, así que comience su observación planetaria tan pronto como encuentre un planeta en el crepúsculo.

Las condiciones de visibilidad atmosférica son aptas para deteriorarse antes de que el atardecer desaparezca. Algunos observadores encuentran que sus condiciones de visibilidad atmosférica mejoran después de la medianoche; otros dicen que es por fragmentos.

Esto depende grandemente de la topografía local; los observadores situados en un valle verán empeoradas las condiciones de visibilidad atmosférica conforme la noche avanza y el aire frío llena el valle. Mas tarde, tendrán otra situación excelente.

Para observar el Sol (use un filtro solar especial para astrónomos), el mejor momento es temprano al amanecer, antes de que el Sol caliente el paisaje. Las peores condiciones de visibilidad atmosférica del ciclo de 24 horas son durante el atardecer.

La geografía es crítica. Los lugares con flujos de aire laminares tersos son los buscados como ideales para la instalación de un observatorio. Los mejores lugares en la Tierra son las cumbres montañosas que dan hacia los vientos dominantes que ha cruzado miles de kilómetros de océano plano y frío.

Usted no querrá situarse viento abajo en una montaña; después de cruzar la cumbre, las corrientes de aire se rompen en remolinos turbulentos. Tampoco querrá estar viento abajo de un terreno no homogéneo que absorbe calor solar de manera distinta en una parte que en otra.

Las llanuras uniformes y planas o las colinas suavemente trazadas extendiéndose lejos viento arriba pueden ser tan buenas para proveer de flujo laminar de aire como un océano. Usted puede aprender a predecir que dirección del viento le proporciona el aire mas terso.

Una contramedida fácil cuando se observan objetos brillantes como la Luna y los planetas es usar un filtro de color. Los distintos colores parecen tremular fuera de fase entre si en las condiciones de visibilidad atmosférica (la razón por la que las estrellas parpadean en colores) y en un telescopio esto contribuye a la borrosidad general.

La imagen azul de un planeta puede alinearse con una imagen amarilla un instante y separarse de ella el instante siguiente. Si usted aísla la luz amarilla, por ejemplo, el planeta aparecerá a menudo notablemente quieto, al menos en una apertura pequeña.

Un filtro de color es especialmente útil cuando está observando a alturas menores de 45° sobre el horizonte. Las condiciones de visibilidad atmosférica son pésimas a alturas bajas debido a que esta viendo a través de mas aire.

En suma, esta viendo mas dispersión atmosférica. Esto se debe al barrido de una imagen celeste dentro de un espectro corto con el azul en la parte alta y el rojo en el fondo. Aun a 60° de altura, la componente azul de una imagen aparece 0.9" sobre el rojo. A 45° la diferencia es de 1.5", a 30° es de 2.5" y a 15° es de 5".

Su ojo es ligeramente insensible a la luz de ambos bordes del espectro por lo que la dispersión no luce tan mal como esto. Filtrar en un enjambre de aberración cromática todos los colores excepto uno, hará mas nítida su visión.

En el verano de 1994 encontré que un filtro amarillo o anaranjado fueron invaluables para seguir las manchas del choque del cometa SL9 en Júpiter conforme el planeta se hundía cada tarde hacia el horizonte.

Digamos que luchar contra las condiciones de visibilidad atmosférica es cuestión de paciencia. Siga observando y le sorprenderán los buenos momentos.

Una razón por la que los observadores experimentados ven mas en los planetas que los principiantes es simplemente que observan durante mas tiempo, ignorando todo menos los momentos estables.

Mas aun, las condiciones de visibilidad atmosférica pueden cambiar tan radicalmente de un minuto a otro como de un segundo a otro. Cuando llega ese minuto perfecto, el observador dedicado es aquel que estará frente al ocular para tomarlo.

UNA ESCALA DE CONDICIONES DE VISIBILIDAD ATMOSFÉRICA

Existe una escala subjetiva del 1 al 10 en la que los aficionados ha registrado las condiciones cualitativas de visibilidad atmosférica, con el 1 como desesperanzado y el 10 como perfecto. La idea de la gente sobre que es lo que significa cada número es muy variada.

Con el interés de uniformizar se presenta a continuación la escala descrita por William H. Pickering (1858-1938) del Observatorio de Harvard.

Pickering usó un refractor de 12.5 centímetros. Sus comentarios sobre sus discos y anillo de difracción tuvieron que ser modificados para instrumentos mayores o menores, pero son un punto de arranque:

1. La imagen de la estrella es generalmente del doble del diámetro del tercer anillo de difracción si este puede verse; imagen estelar de 13" de diámetro.

2. La imagen ocasionalmente es del doble del diámetro del tercer anillo (13").

3. La imagen es de cerca del diámetro del tercer anillo (6.7") y mas brillante en el centro.

4. El disco central de difracción de Airy es a menudo visible; A menudo se ven en las estrellas brillantes arcos de anillos de difracción.

5. El disco de Airy es siempre visible; en las estrellas brillantes se ven frecuentemente arcos.

6. El disco de Airy es visible siempre; constantemente se ven arcos cortos.

7. Disco nítido definido algunas veces; anillos de difracción vistos como arcos largos o círculos completos.

8. Disco siempre nítidamente definido; anillos vistos como arcos largos o círculos completos, pero siempre en movimiento.

9. El anillo interno de difracción es estacionario. Anillo exteriores momentáneamente estacionarios.

10. El patrón de difracción completo es estacionario.

En esta escala, se considera que de 1 a 3 es muy malo, 4 a 5 pobre, 6 a 7 buena y 8 a 10 excelente.

Alan MacRobert es un Editor Asociado de la revista Sky & Telescope y un ávido astrónomo de traspatio.

Francisco Javier Mandujano Ortiz es miembro del Consejo Consultivo de la Sociedad Astronómica de México A.C.