Iniciacion a la astronomia

Hace siglos costaria una cita con la hoguera negar que la tierra era el centro del universo, hoy sabemos que no es asi... Imaginemos una peonza, dando vueltas sobre si misma, imaginemos ahora que esa peonza da vueltas al sol. Ya tenemos la rotacion y la traslacion.

Todos sabemos cuanto dura un dia, y cuando un año.

Imaginad que marcamos la posicion de una estrella cualquiera en el cielo, y medimos el tiempo que tarda esa estrella en volver al mismo punto, es decir, lo que tarda la tierra en dar una vuelta. ¿24h? no.
La estrella alcanzaria ese mismo punto, casi 4 minutos antes. Esto es debido a que estariamos midiendo el tiempo de un dia sidereo con esa referencia.
Esos 4 minutos de mas que tomamos como dia solar, seria lo que tiene que girar a mayores la tierra para compensar el movimiento de traslacion alrededor del sol.

Ahora a mala leche, le damos un golpe a nuestra peonza (la teoria mas aceptada del origen de nuestra luna es el del impacto con otro cuerpo, que se formo de los escombros resultantes)
El impacto es tan brutal que desestabiliza el eje de nuestra peonza, inclinandolo, y añadiendo 2 movimientos a nuestra peonza, precesion y nutacion (tambien existe el bamboleo de chandler, pero no hace falta ponerse tan fino)

Nuestro eje de rotacion, no siempre apunta al mismo punto, pero lo cierto es que en la epoca que nos ha tocado vivir, lo hace muy muy cerca de la que conocemos como estrella polar. Para el año 14.000 nuestra estrella "polar" sera Vega, en la constelacion de lyra. (probad a simularlo con el stellarium)

Fotografia de larga exposicion donde se aprecia perfectamente el punto de giro.

Bien podriamos decir que desde el hemisferio norte todo gira respecto a la polar.En el hemisferio sur, actualmente no existe una estrella tan brillante que coincida con el eje de giro.
Esta "casualidad" ha permitido a navegantes durante siglos, algo tan importante, como orientarse. No solo indica donde esta el norte, indica algo mas...

Lo primero es saber localizar la estrella polar, donde esta? Si bien es la estrella "del rabito" de la osa menor, el resto de estrellas de dicha constelacion, cuesta verlas en cielos contaminados.

Creo que la forma mas facil es la siguiente, tenemos que ubicar la osa mayor, ir a la parte del carrito, y prolongar imaginariamente la recta que trazan Merak y Dubhe.

No tardaremos mucho en que nuestra linea imaginaria cruce con otra estrella de brillo similar a las de la osa mayor. Acabais de localizar a la estrella polar.Si bien no coincide exactamente con el eje de la tierra, "casi.

¿a que altura veis la estrella polar? arriba? muy abajo? a Media altura..? ¿cuantos grados sobre el horizonte? Ahora es cuando hay que sacar el sextante, o los mas modestos la vara de jacob.. aunque tenemos otras alternativas.

Una forma rapida y sencilla de tomar una referencia en el cielo es la siguiente.

Extendamos nuestra mano abierta tal que el pulgar este a ras de horizonte y el meñique lo mas arriba posible. Quedemonos con la referencia de donde esta el meñique y movamos la mano, situando ahora el pulgar donde antes estaba el meñique, y repitamos la operacion hasta que el meñique llegue al horizonte, no sin antes pasar por la vertical.

¿cuantas veces has tenido que poner las manos para abarcar todo el cielo? Unas 9 ¿no?
180º de cielo entre 9 manos, da que cada mano abarca 20º... obviamente depende de la mano y de la longitud de nuestro brazo.

Ahora mide sabiendo esto, la altura de la polar...
¿cuantas manos caben debajo de la estrella polar?

¿dos manos? eso es que estas en madrid, o al menos en esa latitud, 40º norte.

Obviamente el sistema de la mano no ofrece ninguna precision, y aunque empleasemos una herramienta que si la tuviese, si tomasemos nuestra latitud directamente con la altura de la estrella polar, podriamos llegar a tener un error de
masmenos 40 minutos. (la provincia de madrid abarca algo mas de 1º de latitud, por lo que media provincia de error mas o menos, sigue sin estar mal para tener medio gps en la mano sin saberlo!)

El navegante antiguo ya conocia de ese margen de error, y tenian formas de saber a cada momento, donde quedaba el centro respecto a la polar.

Llevado al extremo, podemos plantearnos las siguientes situaciones
¿si viesemos la polar justo arriba, en el cenit, donde estariamos? Pues abrigadisimos espero, porque estariamos en el polo norte.

¿y si por el contrario la viesemos a ras de horizonte? En el ecuador... Pensad que durante siglos el hombre navego solo sabiendo su latitud. Sabian la latitud de destino, navegaban al norte o al sur hasta alcanzarla, y ya era cuestion de navegar al este o al oeste manteniendo esa latitud, y tarde o temprano llegarian.

Bien es cierto que desconocian con precision cuan al este/oeste estaban, y por ello, los mas importantes paises de la epoca, ofrecieron grandes sumas de oro ,sin exito, a aquel que hiciese un instrumento capaz de dar ese dato, tras varias semanas de navegacion en alta mar.

El instrumento sabian cual era, era un reloj, pero los relojes existentes en esa epoca, con el oleaje no eran precisos (pendulos etc) ¿como saber la longitud con un reloj? No querais saber tanto ahora, que el ser humano tardo bastantes siglos en saberlo.

Otro mito relacionado con la astronomia, es que hace falta un telescopio de muchos aumentos para ver cosas ya que todo es muy pequeño y hace falta agrandarlo. Esto no es cierto.

El problema de la gran mayoria de las cosas del espacio, no es su tamaño, es su brillo. Nuestros ojos no estan adaptados a ver cosas tan debiles aparentemente.

Comparativa tamaños.

Comparativa de tamaños aparentes de diversos objetos con la luna.

Los objetos en astronomia se miden en grados aparentes, que es el trocito de cielo que ocupa desde nuestro punto de vista. La luna ocupa unos 30' minutos de arco (medio grado), pero por ejemplo, la nebulosa de orion , ocupa 1º de cielo, y si nos vamos a la colosal galaxia de andromeda, se va hasta 3º. Unas 6 veces el tamaño de la luna...
Entonces si son tan grandes ¿por que no podemos verlos?

Del mismo modo que en astronomia se trabaja con tamaño aparente, tambien se trabaja con magnitud aparente. La magnitud es la forma de medir el brillo que nos llega de cualquier objeto celeste.

Ya en tiempos de Hiparcos (120 AC), se empezo a catalogar las estrellas por su brillo. Se catalogaron las estrellas mas brillantes como, de 1º magnitud, asi hasta las mas dificiles de ver, siendo estas de 7º magnitud.

Con los medios actuales se ha visto que hay estrellas mas debiles. Actualmente se maneja una escala que va desde -30 hasta 30. Siendo lo mas brillante que vemos, el sol, magnitud -27, la luna llena -12, y venus con -4, y sirio, la estrella mas brillante, -1.46.

Pasar de una magnitud a otra, supone hablar de 2.5 veces de brillo de diferencia. El ojo desnudo bajo buenas condiciones, puede alcanzar a ver estrellas de magnitud 7 aproximadamente. Con unos prismaticos podemos alcanzar a ver estrellas de magnitud 10, y con telescopios de aficionado, magnitud 15.

El hubble alcanza magnitud 30, que es el limite del universo observable...

La nebulosa de orion alcanza magnitud 4, el problema es que no es un punto de luz, es un brillo repartido por una superficie, por lo que pese a ser la nebulosa mas brillante, no se puede ver a simple vista.

Sin embargo , a simple vista si podemos apreciar el nucleo de la galaxia de andromeda, nuestra galaxia vecina. Nos llamara la atencion que si la miramos directamente, desaparecera ese brillo, y sin embargo, si miramos por el rabillo del ojo,

apreciaremos mejor ese brillo difuso.. ¿por que?

La respuesta esta en la propia naturaleza de nuestro ojo. En el ojo se encuentran los bastones y los conos. Los conos nos dan informacion sobre el color. Pero para trabajar requieren gran cantidad de luz, por lo que en condiciones de poca luminosidad,
siempre tendemos a ver en "blanco y negro", ya que ahi entran en accion los bastones, mucho mas sensibles. Al mirar lateralmente, la luz llega a una zona mas sensible del ojo a la oscuridad.

Un telescopio lo que hace no es como pudiesemos pensar, aumentar de tamaño lo que vemos, que lo hace, su principal funcion es recopilar la mayor cantidad de luz posible.

Llegados a este punto, habria que empezar a distinguir telescopios para planetas, y telescopios para espacio profundo. Los planetas reflejan bastante luz, por lo que la apertura del telescopio no es tan critica, sin embargo para espacio profundo si marca la diferencia, ya que concentran mayor cantidad de luz.

Un telescopio de 20cm de diametro, recoge unas 600 veces mas luz que nuestros ojos...
Telescopio de 200mm de apertura que nos permite alcanzar una magnitud 14 con cierta facilidad. Montura tipo dobson, ya veremos un poco el tema de telescopios.

Cúmulos abiertos
Son grupos de estrellas que se encuentran ligadas entre si gravitacionalmente, pero presentan una separacion mayor entre ellas.

Cúmulos globulares

Son grupos compactos de estrellas muy viejas formado por una agrupacion de entre 100.000 y un 1.000.000 de estrellas.

        Nebulosas de emisión

Son inmensas nubes de gas ionizado que emiten luz debido a la energia de estrellas cercanas

Nebulosas de reflexión

parecidas a las nebulosas de emision, salvo que no reciben energia suficiente como para ionizar el gas, pero si la suficiente energia como para dispersar la luz que les llega, haciendose visibles.

    Nebulosas oscuras

Al contrario que las nebulosas de emision o reflexion, las nebulosas oscuras se dejan ver precisamente por no dejar pasar la luz, contrastando con el fondo mas luminoso.

Nebulosas planetarias
Son nubes de gas expulsadas por gigantes rojas moribundas. Gas que sigue ionizado por la enana blanca que permanece activa

Galaxias
Que contar de las galaxias a modo de resumen...

Veamos esos efectos

Imaginemos que tiramos una moneda al fondo del agua, si el agua esta estable, podremos verla bien, ahora si por el contrario, el agua esta turbulenta, mas que verla, la intuiremos. Algo asi sucede con la atmosfera.

La atmosfera se manifiesta de dos maneras, una es reduciendo el brillo de toda luz que nos llega (extincion atmosferica). Por esta razon podemos mirar directamente al sol cuando esta amaneciendo o atardeciendo, la atmosfera consume gran parte del brillo que nos llega.

La otra, cambiando la direccion de la luz, lo que se conoce como refraccion.

Se aprecia perfectamente como por un lado la luna va perdiendo brillo debido a la extincion atmosferica, va deformandose y subiendo en altura debido a la refraccion.

El problema esta cuando la atmosfera no esta estable, produciendo efectos no homogeneos.

Detalle de unos crateres lunares.

Aqui vemos un poco el tintilleo de una estrella en diferentes condiciones de estabilidad.

Muy importante tambien tener en cuenta que cuanto mas bajo en el horizonte este aquello que observamos, peor se vera, ya que tiene que atravesar una capa de aire mayor.

Zº---altura----atmósferas

0º----90º------- 1.000
15º-----75º---------1.036
30º-----60º--------- 1.155
40º-----50º--------- 1.305
50º-----40º---------1.556
60º-----30º---------2.000
70º-----20º---------2.92_
75º-----15º--------- 3.9__
79º-----11º--------- 5.___

Como se deduce de esta tabla, cuando miramos un objeto a 30º sobre el horizonte, estamos viendo el equivalente al doble de atmosfera que si lo mirasemos justo en nuestra vertical, el cenit.

Asi pues, siempre intentar observar aquello que este mas alto en el horizonte.
El punto mas alto de un objeto en el cielo, corresponde a su paso por el meridiano. Ahi se produce el punto de inflexion donde deja de subir para empezar abajar.

¿como saber cual es nuestro meridiano? Ahora que sabemos localizar la polar, tracemos desde ahi una linea hasta el sur. Ese es nuestro meridiano.
Todo lo que quede al este, esta subiendo, y todo lo que quede al oeste, estara bajando hasta esconderse.

La estabilidad atmosferica es algo muy importante a tener en cuenta, tanto o mas como si hay nubes.

Para la observacion planetaria nos interesa una atmosfera muy estable, ya que trabajamos con mas aumentos y es cuando mas se nota la oscilacion.
Para objetos de espacio profundo, como se trabaja a menos aumentos, y lo importante es el brillo, nos interesa una atmosfera limpia, sin polvo etc que disperse la luz. Cielos color azul marino por el dia, suelen ser buenos sintomas de aires limpios, tambien el color de montañas lejanas.

Un indicador diuirno de la estabilidad atmosferica, son las estelas de los aviones. Estelas finas indican gran estabilidad, estelas deformes y anchas, mala.

Al principio de este articulo recomendaba la web de meteoblue, por su apartado sobre seeing.
Aqui podemos ver la prevision para Retuerta del bullaque. Que aunque tenga guasa el nombre, esta en una zona privilegiada para la observacion astronomica, por sus cielos oscurisimos.
https://www.meteoblue.com/es/tiempo/pronostico/seeing/retuerta-de-bullaque_espa%C3%B1a_2511905

Reitero en aquello de que un telescopio no solo es ver mas grande lo que esta lejos, es captar mas luz de lo que no brilla tanto. Y esto es igual de importante o mas que el "aumento".

En que fijarnos en un telescopio.

Un telescopio casi se resume en 2 cosas, distancia focal y apertura.

Distancia focal es el espacio que recorre la luz desde que empieza a interactuar con la optica del telescopio hasta que sale a nuestro ojo.

Apertura es el diametro del telescopio, de su elemento captador de luz, a mas diametro mas luz va a captar, mayor magnitud limite, mayor resolucion.

De estos valores se extrae una relacion focal, que consiste en dividir la longitud focal entre el diametro.
Por ejemplo, un telescopio 200/1000, significa que tiene una apertura de 200mm y que la luz recorre 1000mm , 1000/200= f5, esa es la relacion focal. Dato importante para el calculo de pupilas de salida con nuestros oculares.

Tambien tendria una f5 un telescopio que midiese 400mm de diametro y 2000mm de longitud.

Un telescopio sin un ocular, no es nada. Segun la focal del ocular, obtendremos los aumentos.

Por ejemplo, sigamos con nuestro 200/1000 (soy pesado con los 200/1000 pero como da numeros redonditos, es un buen ejemplo)

Si colocamos un ocular de 10mm a nuestro telescopio, estamos viendo a 100 aumentos. (1000mm de telescopio/10mm de ocular=100X).
Si montamos ahora un 5mm, 200X.
Si montamos un 20mm, pues 50X.

¿donde esta el limite?
El aumento teorico. Se dice que el aumento teorico del telescopio es el diametro x 2.4, en este caso 480X
Aunque lo mas normal es tomar el valor 2 como multiplo, 400X, da un valor mas real y util del maximo aumento.

Aumento resolvente, es el diametro del tubo, expresado en aumentos. En este caso, 200X (ya que son 200mm). Este aumento es el maximo al cual ya por mucho que aumentemos, no veremos mas nitido. Veremos mas grande, pero no mas detalle. Por lo que pasar de ahi, sinceramente no merece ni la pena.

Todos esos telescopios que se anuncia en grandes superficies, que prometen chorrocientos aumentos etc, marketing etc.

¿y el aumento minimo?¿es que nadie va a pensar en el aumento minimo? Esto ya depende de nuestro ojo, si , nuestro ojo, me explico.
Acordaos ahora de la relacion focal del telescopio, en el caso del ejemplo, es f5 (1000/200).
La pupila de salida es el tamaño de la imagen que va a formar el equipo.

Se obtiene de dividir la focal del ocular, entre la relacion focal del telescopio.
Por ejemplo, el ocular de 5mm , en nuestro telescopio f5, da una pupila de salida de 1mm.
un ocular de 20mm entre f5, 4mm de pupila de salida.
un 40mm entre f5, 8mm de pupila de salida. ÑEEEC

8mm de pupila de salida es mucho, la imagen formada sera mas grande que nuestra propia pupila dilatada. Con la edad se va perdiendo capacidad de dilatacion de la pupila. para alguien menor de 30 años, se dilata unos 7mm. Cada persona es un mundo claro.
Entonces averigüemos que ocular seria el de menor aumento para nuestro telescopio f5 y nuestra pupila de 7mm. 7x5=35mm de ocular.
1000/35= unos 28 aumentos.

¿que pasa si usamos una pupila de salida mayor que la de nuestro ojo? En caso de usar un refractor, nada. Solo que desperdiciamos luz.
Pero en un telescopio con obstruccion central, veriamos esa obstruccion , como una sombra en el centro del ocular.

Esto lo descubri el dia que probe nada mas me llego, un ocular de 32mm. Lo probe de dia mirando a lo lejos, y podia ver el espejo secundario perfectamente.

Algo asi en medio del ocular.

Este mismo ocular , usado de noche no ofrecia ninguna sombra central, todo porque mi pupila estaba dilatada, y captada toda la luz, sacandole todo el rendimiento al ocular.

Concluimos tras todo este tocho, que 400X en un telescopio puede ser menos aumento que otro con 100X. La clave es la X.

Tampoco t En espacio profundo se utilizan pocos aumentos, porque la mayoria de objetos a observar son bastante grandes en tamaño, no asi en brillo. En planetaria se utilizan muchos aumentos.

Dependera de la focal del telescopio

Tipos de telescopio

Cuando pensamos en telescopio quizas pensemos en el tipo catalejo, estos telescopios se llaman, refractores, porque se basan en la refraccion de la luz.

La luz entraria por la izquierda, en la derecha estaria el enfocador y por ultimo el ocular, que es donde pondriamos el ojo. Por comodidad podria llevar un prisma que desvia la imagen para cambiar la posicion de observacion, pero eso ya es por comodidad.

aqui vemos un señor refractor con su prisma al final.

Problemas a tener en cuenta

La luz se dispersa en colores que hacen foco en diferente parte.

Ejemplo de aberracion cromatica

Pero no todo esta perdido, podemos solucionarlo.
Con una longitud focal larga, se atenua mucho el efecto. Podemos hacernos algo asi.

Mas ligera es esta solucion.

Una lente correctora que hace que los diferentes colores focalicen en el mismo plano. Segun la calidad de esas lentes, sera mejor o peor etc. Pero como resumen nos quedaremos aqui.

Ventajas de los refractores: Imagen de gran contraste, nitidez, no entra polvo al ser sistemas cerrados, no hace falta alinear elementos opticos etc.
Contras: Precios elevados a grandes aperturas comparados con otras construcciones.

los reflectores, o newtonianos en honor a su inventor. Newton

La luz entra por la izquierda, es un tubo hueco, llega hasta el final del tubo, donde se situa el espejo primario. La luz empieza a concentrase hacia adelante, llegando al espejo inclinado, que tiene como mision, desviar la luz hacia el exterior, donde se situa el enfocador y ya por ultimo el ocular.

Ventajas:
Por tema de costos de fabricacion, a mismo precio, siempre conseguiremos un reflecto mas ancho que el refractor. Recordemos que a mas apertura, mas captacion de luz, etc etc etc.
Como desventaja presenta que el tener un espejo pequeño para desviar la luz (llamado espejo secundario), genera una obstruccion central, perdiendo contraste la imagen. Generando destellos en objetos brillantes debido a la araña que sostiene el espejo secundario, hay a quien le gusta.

En esta foto de la nebulosa de orion, en las estrellas mas brillantes se aprecian esos detellos, por eso sabemos que la foto se ha realizado con un telescopio tipo newtoniano. Hay a quien le gusta, hay a quien no.

Tambien es frecuente que se desalineen los espejos, pero con un colimador es facil y rapido alinearlos.

Cabe decir que aunque aparentemente un espejo secundario pueda parecer grande y que va a restar mucha luminosidad, si comparamos las superficies, el secundario suele tener apenas un 6% de la superficie del espejo primario.

Telescopios catadioptricos

Es una mezcla de los dos, luego segun la forma de ciertos elementos opticos, tenemos muchas variantes, la mas famosa es la variante Schmidt-cassegrain.

¿Ventajas? Pues que en poco espacio, conseguimos distnacias focales muy largas (que esto tambien puede ser un problema como ya veremos).

Por ejemplo, tanto un refractor como un reflector, si sabemos que tiene una distancia focal de 1000mm, cabe esperar que el tubo mida aproximadamente ese metro de largo, pero con un catadioptrico, podemos ver que mide fisicamente 60cm ,pero que su distancia focal ronda los 3 metros. La obstruccion central es algo mayor, perdiendo un poco mas de contraste.

La gran focal a veces resulta un problema si lo que queremos es ver objetos muy extensos. Existen para ello reductores de focal.

Oculares.

Hemos visto un poco el tema de oculares, pero veamos este ejemplo.

Parecen diferentes, y es obvio que lo son.
Veamos en que se parecen.
Ambos tienen un barrilete de 1,25" (el barrilete es la parte que conecta con el enfocador, tambien podemos encontrarlos de 2" a nivel aficionado, y de menos en los antiguos)
Podria seguir mareando la perdiz, pero , en lo que mas se parecen, en en los aumentos. Que son iguales*. Ambos ofrecen el mismo aumento.

(*uno tiene un 1mm mas de focal, que el otro, pero no encontre una foto de 2 oculares distintos de misma focal)
¿entonces por que se ven tan diferentes?

Un ocular no solo es su focal y ya.
Un ocular tiene varias caracteristicas que marcan la diferencia. Nitidez, contraste, y tambien otras que son mas apreciables de manera inmediata.

Relieve ocular Es la distancia a la que podemos poner el ojo, para ver la imagen. Un ocular con un buen relieve ocular, nos permitira incluso observar con gafas (si las necesitasemos). Es un dato a tener en cuenta, porque es mucho mas comodo no tener que tener el ojo pegado al ocular, menor probabilidad de perder el eje optico etc.

Campo Aparente
Esto lo explicare en pocas palabras.

El campo aparente, es la cantidad de cielo que vemos, no confundir con el aumento.
En esta imagen vemos la galaxia de andromeda, con diferente campo aparente. En ambos casos el aumento es el mismo.

Es como mirar a traves de un tubo de carton. Cuanto mas corto sea el tubo, mas veremos pero al mismo tamaño siempre. Llegando incluso a tener que mover la cabeza, y poder pasear el ojo como si estuviesemos ahi. Impresionante como se ve con un campo amplio.

Luego tienen otras caracteristicas, como el agujerito por el que se mira.

En los diseños clasicos, a mas mm de focal, el agujerito es mas pequeño.
eso hoy en dia esta mas que superado.

aqui vemos parte de la serie hyperion, como en todas las focales el tamaño del cristal por el que miramos, es exactamente igual.

Internamente la diferencia es notoria.

y aqui un diseño plossl

Comentar tambien las lentes barlow, que multiplican 2x o por el numero que esten diseñadas, la distancia focal de nuestro telescopio.
Siempre a costa de algo claro, luminosidad, nitidez, calidad en general. Intersa por tanto, si queremos una, que al menos sea de cierta calidad.