Cuando el cielo no te deja ver las estrellas

Imágen de la Vía Láctea (Fuente: Steve Jurvetson. Wikipedia)

Es cierto que cuando no podemos ver las estrellas se debe a que el cielo está cubierto de nubes ya sea parcial o totalmente, pero, además, existe otro motivo por el que la gran mayoría de las veces, el cielo no nos deja ver las estrellas: la turbulencia atmosférica.

La turbulencia atmosférica provoca que la calidad de la observación a través de un telescopio, aunque también a simple vista, se reduzca debido a la atmósfera. En astronomía, esta calidad se evalúa a través del seeing, de manera que si la imagen que se observa a través del telescopio no está distorsionada se dice que ese día el seeing es muy bueno mientras que, si está muy borrosa, el seeing es muy malo.

La turbulencia atmosférica hace que se tenga que sufrir el seeing independientemente de si eres un astrónomo aficionado con un mero telescopio refractor de 60 mm o un astrónomo profesional afortunado que está observando con el GRANTECAN.

El efecto que produce el seeing es una distorsión de la imagen que hace que se vea borrosa, pero si no has mirado nunca a través de un telescopio, quizá no tengas una idea del mal efecto que se produce en la observación, aunque también habrás podido detectarlo a simple vista. De hecho, ya en 1665 el famoso científico (aunque el concepto de científico no se usaba todavía en aquella época) Robert Hooke propuso que el titileo de las estrellas era debido a que distintas regiones de la atmósfera tenían diferentes índices de refracción y cada una de esas regiones actuaba como una lente diferente que hacía que la imagen que llegaba a nuestros ojos estuviera distorsionada.

Sin embargo, tuvieron que pasar casi 300 años para que el seeing se empezara a estudiar de manera que se entendiera mejor y buscar maneras de minimizarlo.

El efecto del seeing es puramente atmosférico, pero son los astrónomos quien más lo estudian. Existen incluso grupos de investigación dedicados al estudio de la calidad del cielo como el Sky Quality Team del Instituto de Astrofísica de Canarias. El motivo por el que es tan estudiado por los astrónomos no es solo porque afecte a la calidad de las imágenes, sino porque sabiendo cómo se comporta se pueden optimizar las condiciones de observación.

Mediante el estudio del seeing se ha podido ver que afecta más a un tipo de estrellas que otras en función de su espectro (las estrellas más blancas sufren más el efecto que las rojas) y también depende de la dirección en la que se observe (para las estrellas que se observan cerca del cenit el seeing es menor que las que se encuentran sobre el horizonte).

Pero, ¿por qué ocurre el seeing?

La luz es una onda y, como tal, cuando pasa de un medio con un índice de refracción a otro con otro índice de refracción diferente, experimenta un cambio de velocidad y de dirección.

Refracción de un lápiz en agua (Fuente: Wikipedia)

El índice de refracción del aire cambia dependiendo de la densidad de este que, sobre todo cerca de la superficie de la tierra, depende de la temperatura y la humedad del aire. Cuanto más caliente es el aire menos denso es y por lo tanto refractará la luz menos que el aire frío más denso.

Entre estos dos medios con distinto índice de refracción existe una frontera que en caso de ser afectada por turbulencia hace que ocurra lo mismo que entre la superficie del aire y del agua cuando no está en calma: aparecen ondas. Esas ondas provocan que la imagen refractada aparezca borrosa y en movimiento.

Aunque a simple vista lo que observamos es que las estrellas titilan, la turbulencia, a través de un telescopio, produce efectos diferentes y más concretos. En algunos casos, la estrella se ve como si no existiera distorsión, pero está dando saltos y moviéndose de un lado a otro. En otros casos, cuando la turbulencia es mayor, la zona donde se encuentra la estrella aparece moteada por múltiples puntos de luz correspondientes a la misma estrella. Por último, cuando la turbulencia es muy intensa, también puede suceder que se produzca una expansión del punto de luz que corresponde a la estrella y parezca que está completamente desenfocada. Estos tres efectos no se tienen por qué dar aislados, sino que hay casos en los que se dan simultáneamente agravando la situación.

Diferentes efectos del seeing. (Fuente: The physics of astronomical seeing)

Desgraciadamente para los astrónomos, la atmósfera siempre está en movimiento, calentándose y enfriándose, y no tiene por costumbre estarse quieta para permitir que los astrónomos puedan observar sin seeing. A pesar de que los grandes observatorios se encuentran en lugares privilegiados y a altitudes en las que la atmósfera está más tranquila para permitir buenas observaciones, los resultados de los trabajos de investigación, como el del grupo del IAC, muestran que sólo una de cada 10 noches tiene unas condiciones en las que la turbulencia es mínima y se pueden obtener imágenes sorprendentes.

Por suerte, para los astrónomos profesionales, existen técnicas como la óptica adaptativa que ayudan a reducir los efectos del seeing. Por desgracia, para los astrónomos aficionados, tenemos que conformarnos con ver las estrellas titilando. Pero eso también es bonito.

Jorge Bueno

Referencias

Telescope optics. Induced aberrations

The physics of astronomical seeing

Astronomical seeing. The nature of turbulence

Hablando de Ciencia