1

a s t r o n o m i aGalaxias: los puentes entrelas estrellas y el Universo

Módulo 1.Estrellas y su medio.

Notas de clase 2:“Las técnicas del Astrónomo para lo que observa y mide”

Responsable académico:Dr. Jesús González González.

2

La Astronomía es fundamentalmente una ciencia observacional

Su laboratorio es el cosmos mismo. Estudia objetos y fenómenos que no alcanza, controla ni manipula.

Sin embargo, el vasto cosmos compensa con numerosos fenómenos, muchos muy poco frecuentes o no reproducibles en laboratorios.

La información recibida del cosmos es fundamentalmente LUZ, que recolectamos con telescopios de toda índole. En menor medida, a una escala más limitada, también estudiamos el universo mediante:

Rayos cósmicos, por neutrinos, etc. y pronto por ondas gravitacionales.

Sondas espaciales y meteoritos y en un futuro por misiones tripuladas.

Estudio de la Tierra y nosotros mismos, que son objetos astronómicos, resultado de los diversos procesos de evolución química y física del universo.

La Astronomía busca y requiere desarrollar continuamente:

Más y mayores telescopios (en todo el rango de energía)

Nóveles y mejores:

Instrumentos y detectores

Técnicas de análisis y de control

Tecnologías y Teorías

Recursos y equipos humanos altamente capacitados

3

El proceso de observación astronómica y la radiación electromagnética

Condicionamiento natural del proceso de observación

Las ventanas atmosféricas; intervalos del espectro electromagnético

Efectos de la atmosfera

Sitios astronómicos y telescopios (vis-IR)

El proceso de observación astronómica

Resolución espacial, espectral y temporal

Objetos y fenómenos en distintas longitudes de onda

Detectores

Mediciones y Técnicas básicas en la observación atmosférica

4

El Espectro electromagnético.

Efectos de la atmósfera en la observación astronómica

La atmósfera terrestre produce cambios en la radiación que la atraviesa:

– En dirección:• Refracción• Seing (turbulencia)• Dispersión

– En intensidad:• Extinción• Dispersión• Centelleo

– En brillo: la atmósfera suma su propia luz• Baja contraste• Aumenta el ruido

Es fundamental entender y dominar estos efectos para la óptima obser-vación astronómica.

5

1) La atmósfera afecta la dirección de los objetos:

Y esta refracción depende de la longitud de onda:

6

Ejemplo: espectroscopía de rendija

R

Rojo

N

Naranja

A

Amarillo

V

Verde

A

Azul

Dos problemas:

1. Perdidas de luz parcial preferenciales (azul o rojo)2. Perdida por guiado: Si guiamos con una estrella de color distinto, nuestro objeto puede salir de la rendija.

7

Absorción atmosférica (extinción).Contribuyentes principales:

Difusión de Rayleigh por moléculas de aire. Dispersan mucho más el azul (Κλ α λ-4) -> Azul del cielo. Disminuye exponencialmente con la altura (H~8km).

Moléculas de Ozono (O3). Se encuentran entre 10 y 35 km de altura. A λ<0.32 micras la atmósfera es opaca por el Ozono.

Aerosoles Partículas de polvo, contaminación o gotitas de agua Partículas más bajas que las de difusión de Rayleigh Decae también exponencialmente pero más rápido con la altura (H~1.5km) pero es más “gris” (Κλ α λ-0.8)depende.

8

En infrarrojo la absorción del cielo es más compleja y variable...dominan las moléculas:

Absorción en el NIR-MIR:Moléculas atmosféricas, ej. Bandas de vapor de agua

Bandas Fotométricas del IR:Determinadas por la absorción y en menor medida por detectores

1 a 2 filtros anchos por banda, más serie de filtros angostos en zonas “limpias” astronómicas

Muy variable y difícil de calibrar

9

La atmósfera afecta la resolución de las imágenes

10

Seeing: efecto neto de la turbulencia atmosférica

Se puede mitigar con técnicas de óptica adaptativa

11

El brillo de la atmósfera también es una limitanteObservación en el Visible e Infrarrojo óptico (0.32-1.0μm)

En el Infrarrojo el brillo del cielo es más complejo

12

Infrarrojo cercano

Sitios privilegiados para el visible y el InfrarrojoAntu 8.2m EuropaKueyen 8.2 EuropaMelipal 8.2 EuropaYepun 8.2 EuropaGemini 8.1 USA UKCanadá Brasil ChileAustralia ArgentinaBaade 6.5 USAClay 6.5 USASoar 4.1 Brasil USABlanco 4.0 USA 74“360” 3.6 Europa 77NTech 3.5 EuropaduPont 2.5 USA 75MPG-E 2.2 EuropaConstrucción: 1,200 M$Operación: 71 M$/año

13

Keck I 10m USAKeck II 10 USASubaru 8.3 JapónGillet 8.1 USA UK Canadá Brasil, Chile Australia Argentina

UKIRT 3.8 UK 79 Canadá Holanda

AEO 3.7 USA-AFCFHT 3.6 Canadá 79 Francia USA

IRTF 3.0 USAUH 2.2 USA 70Construcción: 1,000 M$Operación: 76 M$/año

GTC 10.4m EspañaMéxic USAHerschel 4.2 UK EspañaHolandaGalileo 3.6 ItaliaEspañaNewton 2.5 UK EspañaHolandaNordic 2.5 DinamrcaIslandiaNoruegaFinlandiaSueciaLiverpool 2.0 varias UsConstrucción: 300 M$Operación: 15 M$/año

14

SPM: Un sitio privilegiado para la observación astronómicaMéxico

Calidad

Transparencia del cielo y porcentaje de noches despejadas

Calidad y estabilidad de imagen

Oscuridad del cielo (Ley del Cielo, Municipal y Estatal)

Confiabilidad

Las estadísticas cubren 3 décadas

Sitio caracterizado por diversos grupos independientes, nacionales e internacionales

Finalista para albergar grandes proyectos: LSST y TMT (USA)

Es el último de los sitios de excelencia para la observación óptica infrarroja en ser aprovechado con instrumentación moderna de frontera (Chile, Hawaii, Canarias).

La mejor forma de proteger este patrimonio es desarrollarlo

SPM 2.1m México 79SPM 1.5 MéxicoSPM 0.8 MéxicoConstrucción: 5 M$Operación: 1.0 M$/año

15

Escalas de telescopios de clase mundial en SPM

a) Telescopios Robóticos chicos (1-2m) Inversión 1-15 M$ Tiempo: 1-5 yrb) Proyecto Internacional mediano (4m) Inversión: 10-30 M$ Tiempo: 2-5 yrsC) Proyecto Internacional grande (6-10m) Inversión: 80-200 M$ Tiempo: 6-10 yrsd) Proyecto Internacional gigante (25-40m) Inversión: > 1,000 M$ Tiempo: 8-12 yr

16

Créditos de figuras y contenidos.

• AAS• Addison Wesley• Astronomia.net• Astronomy.net• Astronomical Picture of the Day• ASP• ESA• ESO• Gran Telescopio Canarias• HST• IA-UNAM• INAOE• Instituto Astrofísico de Cana-rias• J. Gallego (UCM)• J. Gorgas (UCM)• J. Zamorano (UCM)• NASA• NRAO• NSF

• Pearson Prentice Hall• L. F. Rodríguez (UNAM)• SAO• Scientific American• Subaru Telescope • TMT• www.m.teachastronomy.com• U. Alberta• U. Arizona• U. California• U. Complutense de Madrid• U. Colorado• U. Florida• U. Hawaii• U. Texas• U. Nebraska• Universe, Seeds & Backman• VLT