Astronomía con webcam

Francisco A. Violat Bordonau (Asesores Astronómicos Cacereños)

La Astronomía digital es posible desde el momento en el cual acoplamos un chip del tipo CCD a un telescopio o sistema óptico similar, tal como un teleobjetivo fotográfico de calidad. Una CCD astronómica es cara (su precio puede rondar las 120.000 Ptas. si es de segunda mano, como por ejemplo la SBIG ST-4), aunque ofrece una calidad y una resolución muy elevada, así como una gran capacidad de almacenamiento de luz (es capaz de detectar astros muy débiles). Sin embargo todos los "manitas" emprendedores pueden hacer también algo de astronomía digital, a un precio muy razonable, por medio del empleo de una cámara digital del tipo "webcam" o cámara de videoconferencia, que podemos adquirir bastante barata; a lo largo de este pequeño artículo veremos cómo emplearla.

En este Club astronómico venimos trabajando desde 1993 con cámaras digitales del tipo CCD acopladas a telescopios reflectores de 20 cm (marca Meade) y 25 cm de diámetro (Optic's); las 3 que tenemos en la actualidad (dos son Starlight Xpresss MX5 y la tercera SBIG ST-4) han costado en todos los casos más de 150.000 Ptas., lo cual las hacen asequibles sólo a pocos bolsillos: están fuera, pues, del alcance de cualquier modesto estudiante de bachillerato. Sin embargo recientemente hemos adquirido una videocámara de conferencia (webcam en el argot técnico) que tiene prestaciones similares a una CCD astronómica de alto precio, aunque a menor escala y con ciertas limitaciones.

 

La que nosotros utilizamos es una ZoomCam PPC (modelo 1590) de la firma Zoom Telephonics Inc. cuyo precio final es 15.000 Ptas., capaz de ofrecer en unos minutos excelentes en imágenes animadas -para videoconferencia- a una velocidad de 15 cuadros/segundo, con una profundidad de color de 24 bits (millones de colores) y una resolución de 704 x 576 pixels (ajustable por el usuario a otros tamaños: 176 x 144, 352 x 288, 640 x 480, 704 x 576 y otros valores personalizables por el usuario); si se desea trabajar a imagen fija (para capturar tomas astronómicas) la cámara dispone de un chip de tecnología CMOS al cual se le ha añadido un sistema óptico luminoso (f: 1,9) con tratamiento multicapa cuyo ángulo de visión es de 52º y un campo de enfoque de 5 cm a infinito: esto nos permite hacer muchas cosas, como ahora veremos.

Este tipo de cámara ya no es muy habitual: la nuestra está conectada al puerto paralelo (ahora está de moda el puerto USB) y funciona bajo Windows 95/98 en un PC Pentium MMX de 133 MHz. En el mercado es muy fácil encontrar cualquier cámara para puerto USB incluso por 9.000 Ptas.: no las hemos probado, aunque suponemos serán iguales o similares a la aquí usada. Se instala en el ordenador apenas en 4-5 minutos de modo muy fácil desde su CD-ROM y cualquier profano captura imágenes sin problemas en dos minutos más.

¿Qué podemos hacer con ella?; teniendo en cuenta que posee un chip CCD bastante similar a una astronómica (aunque con ligeras diferencias) la principal función de la misma será digitalizar imágenes: es decir, que cualquier cuerpo capaz de ser visto por el ojo puede ser capturado por ella; hay que matizar lo de "cualquier cuerpo", dado que este tipo de cámaras no poseen un control sobre el tiempo de integración (tiempo de exposición a la luz) tan poderoso como el de una CCD astronómica: de este modo a una ST-4 le puedo ordenar capturar imágenes con una integración de 5 minutos y es ése, precisamente, el tiempo durante el cual el chip va a estar acumulando fotones, pasado el cual el ordenador hace una lectura de los capturados (pixel a pixel, línea a línea y columna a columna) para formar con el resultado una imagen en el monitor.

Con la webcam no podemos controlar el tiempo de exposición más que de un modo parcial y pobre: en este modelo es posible manipular la cantidad de luz incidente (para que aproveche mejor la luz) diciéndole que trabajamos en un ambiente muy iluminado, medianamente iluminado o poco iluminado (incluso a contraluz), pero de ninguna manera se le puede ordenar capturar tomas con un tiempo de exposición determinado.

Ello limita el número de cuerpos astronómicos a estudiar con un reflector de 200-250 mm de abertura a los más luminosos: el Sol (siempre con filtro solar objetivo), la Luna, los planetas brillantes y algunas estrellas de magnitud no demasiado baja; todos los objetos débiles (por encima de la 3ª magnitud) van a quedar fuera de nuestra posibilidades, salvo que la acoplemos a un telescopio luminoso de 30-40 cm o superior.

Una cámara como ésta es verdaderamente versátil: el primer uso que le hemos dado ha sido obtener vistas generales del equipo astronómico (catadióptrico de 203 mm de abertura, reductor de focal, montura ecuatorial alemana, motor de seguidmiento, la MX5 acoplada al telescopio, el buscador, una vista parcial del observatorio, una fotografía de todos los miembros del observatorio...) con la intención no sólo de enviar todas estas imágenes a los demás compañeros de afición, sino también enriquecer cualquier publicación escrita con estas fotografías; anteriormente era necesario tomar imágenes con una cámara fotográfica, revelarlas y una vez sobre papel escanearlas.

Ahora todo esto se puede hacer en unos segundos con total limpieza. Una utilidad añadida es que la cámara nos permite escanear documentos: libros, revistas, fotografías... cualquier documento escrito que se le ponga delante lo convierte en imagen digital, la cual puede ser remitida por e-mail, retocada con algún programa astronómico, pegada en cualquier revista, artículo, libro, etc... sin la necesidad de tener un verdadero escáner.

IMAGEN ASTRONÓMICA

La cámara es un pequeño cabezal de color marfil que puede situarse encima del ordenador o en cualquier superficie plana; posee una lente frontal montada sobre un eje pivotante: ello permite mover este cabezal en diferentes ángulos y lo mismo puede tomar vistas horizontales que del techo del observatorio, sin mover para nada la cámara del sitio en la cual está asentada.

Está conectada por un cable de 2 m de longitud al puerto paralelo: es lo suficientemente largo como para moverla, cambiarla de ubicación y lo más importante, unirla a cualquier parte del telescopio o moverla alrededor de éste; de este modo tomando el cabezal en la mano lo podemos aproximar al buscador de 50 mm de diámetro (capaz de ofrece un campo amplio a bajo aumento), al seguidor acromático de 75 mm de abertura y 500 mm de focal, el cual nos ofrece un campo algo menor pero más aumentado o acercarlo al ocular del telescopio principal y mirar a través suyo.

Ahora tenemos la posibilidad de utilizar el ocular que deseemos para obtener diferentes aumentos: esto supone una ventaja sobre la ST-4 o la MX5 que empleamos, las cuales siempre trabajan a foco primario (2.000 mm de focal) y no pueden pasar de 1"/pixel en las imágenes astronómicas que capturan dada esta corta focal. La webcam tiene su propio sistema óptico: una lente pequeña muy luminosa (f: 1,9) que unida a un ocular proporciona imágenes similares a las que ve el ojo, con la posibilidad de acentuar el color o el contraste por medio del sofware de la propia cámara o, posteriormente, con cualquier programa adecuado.

El Sol

Para observar el Sol es necesario reducir notablemente la luz incidente en el sistema; para ello es necesario el empleo de un filtro solar del tipo objetivo, que está situado delante del objetivo del telescopio: ello nos permite emplear la cámara todo el tiempo que se desee sin que se nos caliente el filtro, como ocurre cuando el filtro es del tipo ocular, el cual puede llegar a estallar si se recalienta largo rato (esto puede paliarse diafragmando el telescopio).

Dado que el filtro permite que penetre la luz empleando la abertura total del objetivo el poder resolutivo será máximo (por ejemplo 1" si la turbulencia lo permite), pero la cantidad de luz será muy elevada, siendo posible que incluso así la cámara quede deslumbrada; no aconsejamos diagrafmar el objetivo dado que esto limina el poder resolutivo: es más aconsejable intercalar un filtro poscuro (rojo o azul) delante del ocular del telescopio, con lo cual al cantidad de luz es menor y ahora, manipulando el control de iluminación de la webcam, podemos obtener imágenes correctamente expuestas.

¿Qué vamos a obtener?: pues vistas de la fotosfera solar, tanto más nítidas cuando mejor enfocado esté el telescopio y más reducida sea la turbulencia; en los mejores casos podemos alcanzar a ver detalles de 2-3" como mínimo, dependiendo de la bondad del sistema óptico y la turbulencia del aire, mucho más elevada durante el día debido a la presencia del propio Sol y al calentemiento que conlleva.

Podemos estudiar los poros solares, su evolución a lo largo de los días a manchas o grupos de manchas, la evolución de estos grupos, el desplazamiento sobre la fotosfera solar, el oscurecimiento del limbo y las fáculas en las cercanías del limbo.

Imágenes solares obtenidas por Ferrán Ginebrosa desde Barcelona, con un reflector de 114 mm de abertura, son en muchos casos similares en calidad a las mejores obtenidas por mi con una MX5 en un catadióptrico de 203 mm de abertura desde Cáceres. Un cuidadoso procesamiento posterior con Photoshop o similar llega a poner de manifiesto incluso la presencia de los granos de arroz en la fotosfera o la estructura interna de las manchas (como líneas radiales debidas a la presencia del campo magnético solar).

La Luna

La Luna posee la cantidad de luz necesaria para ser fácil de estudiar en todo momento: basta enfocarla en el ocular, acoplar la webcam y de inmediato obtenemos en el monitor detalladas vistas de la superficie, con un campo mayor o menor dependiendo de la focal empleada y del aumento (a mayor aumento menos campo abarcado y a la inversa); podemos lograr una resolución de 1-2"/pixel si la turbulencia de la noche lo permite y la focal empleada es larga. Cambiando la focal del ocular se logran imágenes parciales de la Luna (con ocular a bajo aumento), vistas detalladas de circos o cráterer (aumento mediano) o incluso primeros planos de accidentes (ocular de alto aumento); nada nos impide capturar varias imágenes adyacentes y unirlas en un mosaico o incluso, si se desea, utilizar filtros de color para comprobar que ciertas zonas muy concretas (océanos y corrientes de basaltos) presentan una ténue coloración propia.

Planetas

Venus, Júpiter, Marte, Saturno y Mercurio (durante elgunos días en cada elongación) llegan a ofrecernos discos aparentes empleando oculares que proporcionen aumentos entre las 100 y la 300 veces; nada nos impide emplear duplicador de focal o Barlow para ampliar todavía más las imágenes o incluso utilizar filtros de color (rojo, verde o azul) para contrastar sus detalles.

El trabajo es más cómodo utilizando motor de seguimiento para evitar, de este modo, tener que manipular en los controles de la montura. Venus y Mercurio ofrecer sus fases a medida que se mueven: el primero con facilidad mientras que el segundo sólo unos pocos días en cada elongación, con el fondo celeste iluminado de rojo o naranja y empleando un aumento medio o alto.

Marte es una bolita amarillo-anaranjada con sólo con buenas imágenes llega a ofrecer zonas verdosas o grises; Júpiter aparece como un buen disco perlino achatado, cruzado por dos o tres (en ocasiones hasta cuatro) cinturones nubosos más oscuros, pardos o rojizos, con algunos detalles menores (a veces la Gran Mancha Roja, como un óvalo cremoso).

Sus satélites mayores (Io, Europa, Ganimedes y Calisto) pueden llegar a apreciarse como estrellitas puntuales siempre que la abertura del instrumento sea mediana o grande y éste sea luminoso.

Estrellas

Sólo las más luminosas (Sirio, Arturo, Vega...) son fácilmente capturables con telescopios de aficionado; en estos casos lo único que se ofrece en el monitor es un manchón de luz, a veces coloreado (por ejemplo cuando la estrella es roja o naranja y tenemos el contraste de color al máximo), que fluctúa de brillo -centelleo- debido a la turbulencia e incluso cambia levemente de posición aleatoriamente. Con un ocular de mediano o alto aumento podemos desdoblar algunos sistemas dobles o múltiples: Cástor (en Gemini) aparece como una estrella formada por dos componentes blancos, uno de ellos situado al lado del otro y algo menos brillante; el Trapecio (situado en el seno de M 45) llega a ofrecer sus cuatro componentes como diminutas estrellitas o Mizar (en Ursa Major) aparece doble con sus componentes bien separadas. Es posible también seguir algunas variables en su máximo: Mira, Algol, R Leonis...

Cielo Profundo

De los miles de objetos visibles con telescopio pequeño o mediano sólo podemos aspirar a capturar los cuerpos más brillantes, y de éstos precisamente los que estén formados por astros brillantes: así podremos capturar las estrellas de M 45 Pléyades, las de M 44 Pesebre, las de M 35, etc...; la vista de estos cúmulos estelares es la de conjuntos de estrellitas de diferente brillo que forman grupitos, tríos o incluso sistemas binarios.

Salvo estos cuerpos prácticamente ningún otro (nebulosa, nebulosa planetaria, cúmulo globular, galaxia o quasar) es factible capturarlo a no ser que se trabaje con un instrumento muy luminoso de buena abertura.

 

Todas las imágenes de este artículo han sido obtenidas con
webcams y cámaras de vídeo-vigilancia por socios de la AAV-BAE.