TASS: Se acabó la astronomía visual

Tom Droege inició hace varios años un proyecto que puede acabar con parte de las grandes aportaciones de los observaciones aficionados a la astronomía actual. La idea es simple: vigilar el cielo con cámaras digitales a la espera eventos, los cuales serán registrados y analizados de forma automática. Aunque ideas similares vienen funcionando en los entornos profesionales desde hace algunos años, The Amateur Sky Survey se presenta como un proyecto atípico en su forma pero apasionante en sus objetivos.

Logotipo de The Amateur Sky Survey.

En el comienzo...

Tom Droege es un ingeniero eléctrico semirretirado que trabajó en el desarrollo del CDF, el detector instalado en el Fermilab que reveló la existencia de la partícula fundamental quark top. A Droege, quien antes no había sentido ninguna atracción particular por la astronomía, le vino a la mente una idea ¿por qué no descubrir de forma automática los cometas? Su idea era utilizar cámaras para detectar la aparición de nuevos objetos. A través de Internet se puso en contacto con astrónomos para consultar la viabilidad de esta sugerencia. Éstos se mostraron interesados en el sistema propuesto, pero apuntaron su mayor utilidad para otra tarea: la detección y seguimiento de millones de estrellas que de forma contínua, y muchas veces impercentiblemente, varían de brillo.

La observación de estrellas variables.

La cantidad y tipos de estrellas variables es innumerable y su observación ha perdido interés para los observatorios profesionales, concentrados en su mayor parte a proyectos de investigación punteros de objetos distantes y diminutos. Es compresible, teniendo en cuenta el desperdicio de recursos que supondría dedicar grandes telescopios a tareas que consumen tanto tiempo. Hay listas interminables de astrofísicos esperando obtener imágenes de objetos muy diferentes. Para rellenar este hueco, los aficionados han venido utilizando hasta ahora prismáticos y telescopios para estimar el brillo de las estrellas variables. Uno de los métodos visuales para obtener la magnitud de una estrella (un dato numérico que nos indica su brillo) es el de Argelander, y se basa en comparar su magnitud con al menos otras dos estrellas de magnitud invariable. Algunas de las estrellas variables más conocidas por los aficionados son la R Corona Borealis (R CrB), la R Scutti (R Sct), la SS Cygnii (SS Cyg) y beta Perseii (beta Per). Ésta última es visible a simple vista y se conoce por el nombre árabe de Algol y se trata de una estrella binaria.

El método visual está quedándose obsoleto y cayendo en desuso debido al abaratamiento de las cámaras digitales en el mercado de la astronomía aficionada. Las CCD están compuestas de un chip rectangular dividido en celdas o píxeles, cada uno de las cuales realiza un conteo de los fotones recibidos y envía estos datos al ordenador, donde se forma la imagen. Estos chips son utilizados también en las cámaras de video y en algunas fotográficas, pero sobre todo en las denominadas webcam para videoconferencias a través de Internet. Para usar este chip en astronomía hay que refrigerarlo de forma que se haga mucho más sensible a la poca luz de los objetos estelares y no se vean "empañados" por el ruido natural de la temperatura ambiental. La precisión que alcanzan las cámaras digitales en la fotometría deja muy atrás a las estimaciones de magnitud realizadas a simple vista incluso de los más experimentados observadores. Para obtener imágenes digitales de una zona del cielo, las CCDs se sitúan en el portaoculares del telescopio. Tanto la resolución de los chips como su utilización con telescopios, hacen que las imágenes digitales así obtenidas sean de campos celestes relativamente.

En los últimos años, además, la combinación del ordenador, telescopio y cámara digital ha agudizado la imaginación de los aficionados. Hay disponibles a través de la Red algunos programas informáticos que, a partir de una lista de objetos celestes, mueven el telescopio hacia la zona del cielo donde están situados, realizan una toma con la cámara digital y la guardan en el ordenador. Comparando las imágenes nuevas con las tomadas anteriormente se descubren supernovas y cometas... con sólo tocar una tecla. Versiones algo más sofisticadas de este método son utilizadas hoy en día en telescopios profesionales para buscar asteroides cercanos a la Tierra. Afortudamente aún quedan muchos aficionados románticos que prefieren la búsqueda visual... o desgraciadamente lo abundante son los astrónomos cuya economía está "en vías de desarrollo".

La llegada de las búsquedas masivas a la astronomía profesional.

El telescopio GTS-2 de 1 metro de diámetro, del proyecto LINEAR.

El Near Earth Asteroid Tracking (NEAT, Seguimiento de asteroides cercanos), es un proyecto auspiciado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL-NASA) para la catalogación y vigilancia de las órbitas de los asteroides que más se acercan a nuestro planeta. NEAT ha sido el primer proyecto totalmente automatizado, desde la observación hasta el seguimiento de nuevos objetos, pero trabaja sólo 3 noches al mes. Usa un telescopio de 1 metro situado en el Monte Haleakala (Hawai), con una cámara digital de 4096x4096 píxeles. Todo la operación y análisis de las imágenes están automatizadas, de forma que cada noche se procesan 40 Gigabytes (unos 70 CD-ROMs) en ordenadores equipados con cuatro procesadores de 300 MHz (velocidad de un Intel Pentium II). Este proyecto ha sido uno de los grandes beneficiados de la psicosis del asteroide 1997 XF11. En una noche es capaz de observar una región de más de 500 grados cuadrados. A mediados del año pasado, su lista de descubrimientos estaba compuesta por unos 30 asteroides "normales", unos pocos cercanos y un par de cometas.

Otro de los proyectos automáticos de caza de asteroides es el LINEAR (Lincoln Near Earth Asteroid Research, Investigación de Asteroides Cercanos a la Tierra), conocido por los aficionados a la astronomía por su larga lista de cometas descubiertos, la mayor parte de ellos demasiado débiles para observarse visualmente con telescopios medianos. El LINEAR usa un telescopio de 1 metro de diámetro de las fuerzas armadas estadounidenses, equipado con una CCD de 2560x1960 píxeles, abarcando un campo de visión de 2 grados (un tercio de unos prismáticos típicos). Con unos 100 segundos de "exposición" (técnicamente se habla de integración) este instrumental es capaz de obtener imágenes de objetos estelares de magnitud 22. Entre el LINEAR y el observatorio solar SOHO detectaron el 75% de los cometas descubiertos durante 1998. Es posible que éstos y otros proyectos similares vean la luz gracias al susto que nos dio el asteroide 1997 XF11 en marzo de 1998.

Pero no quedan ahí las aplicaciones de la astronomía computerizada. El Supernova Cosmology Project (SCP) es uno de los programas más apasionantes de la astronomía actual. Su objetivo es, nada más y nada menos, que definir a qué velocidad se expande el Universo y decidir si, según la teoría de la Gran Explosión, lo hará para siempre o en algún momento del futuro implosionará sobre sí mismo. ¿Cómo hacerlo? Intentando conocer la distancia a la que se encuentran las galaxias y ver a qué velocidad se alejan. ¿Cómo hacerlo? Observando las supernovas de tipo Ia, ya que están "calibradas" y midiendo a qué brillo máximo llegan se deduce la distancia de forma directa. La estrategia de descubrimiento que sigue el SCP es fotografiar regiones de cúmulos de galaxias las dos noches siguientes a la luna nueva, obteniendo entre 50 y 100 tomas con unas mil galaxias cada una. A las tres semanas, se vuelven a repetir las tomas y se comparan en busca de nuevas estrellas (supernovas). Este programa es muy ambicioso y no escatima ningún recurso. Para la detección se usa una cámara digital de gran campo montada sobre un telescopio de 4 metros de diámetro en Cerro Tololo (Chile). Las supernovas descubiertas son luego observadas espectroscópicamente (para conocer su composición) por el Keck (Hawaii) y fotométricamente (para conocer su brillo) con alguno de los telescopios situados en La Palma, Estados Unidos y Hawai. En caso de que algunas de estas supernovas esté situada a una gran distancia, por su interés se pide tiempo de observación de forma urgente en el Telescopio Espacial Hubble. Haleakala. Los resultados de este proyecto ya hace un año que vienen dando mucho de que hablar en los ámbitos cosmológicos, pues no sólo parecen confirmar que el Universo se expandirá para siempre, sino que lo hace de forma cada vez más rápida (y si esto es así ¿de dónde se saca la energía necesaria?).

Una de los problemas astronómicos que también ha necesitado la ayuda de una gran capacidad de observación ha sido la búsqueda del origen de la materia oscura. Gracias a las mediciones de la rotación de las galaxias, ha quedado en evidencia que la materia que emite luz es sólo el 10% de la necesaria para no se hayan desmembrado. Los teóricos apuntaron dos posibilidades: una, que esta materia estuviera en forma de partículas no detectadas (hipótesis WIMP); dos, que fuesen objetos poco masivos tales como enanas marrones y planetas (hipótesis MACHO). Para decantar la balanza en una de las dos teorías, varios grupos internacionales pusieron en marcha varios proyectos a la caza de eventos de microlentes gravitacionales. Tratan de encontrar repentinas subidas de brillo de estrellas distantes, debido a que los objetos MACHO se sitúan en nuestra línea de visión y actúan como una lupa. Las amplificaciones pueden ser importantes, pero los fenómenos son inusuales. Por lo tanto, están monitorizando zonas de gran densidad estelar, como el bulbo de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea y una satélite, la Pequeña Nube de Magallanes. En Australia funciona desde 1992 uno de estos programas, utilizando un telescopio de 1,3 metros en el Observatorio Monte Stromlo. El detector es una cámara digital de 2048x2048 píxeles, que produce una imagen de 64 Megabytes cada 300 segundos. El sistema informático dedicado al archivado y análisis de datos realiza varias copias de las imágenes como copias de seguridad. El ordenador encargado del análisis es un Sun SuperSparc con 512 MB de memoria y procesadores trabajando a 650 MHz. Durante los dos primeros años de funcionamiento, realizaron curvas de luz de 8 millones de estrellas encontrando 4 candidatos de MACHO.

Uno de los sistemas TASS situados en la Universidad John Hopkins (Maryland, EEUU)

La unión hace la fuerza.

Tom Droege se ayudó de Internet para organizar al equipo de TASS y en hoy en día sigue siendo el canal de comunicación de esta sociedad. TASS no posee una sede, no está registrada como asociación y no recibe subvención alguna. De hecho, no hay cuotas y cualquiera puede pertenecer a ella si puede aportar sus ganas y su trabajo al proyecto. Todos los miembros pueden hablar en nombre de TASS, porque tampoco hay comisiones, ni juntas directivas. La puerta está abierta: sólo se necesitan unos conocimientos básicos en informática o electrónica y una conexión a la Red. Tampoco hay tareas para asignar directamente a los nuevos miembros. Si hay algo que hacer, cualquiera puede decidir hacerla. Estas frases son lo más parecido a los estatutos de TASS. Pero no acaban aquí lo singular: si quieres una de las cámaras para ponerla a funcionar, simplemente has de pedirla. A cambio sólo se requiere que te involucres en el proyecto.

Los miembros se comunican a través de una lista de correo electrónico donde debaten los problemas, propuestas y soluciones, también abierta a cualquiera con interés. Entre los miembros actuales del proyecto se encuentran sobre todo a programadores informáticos profesionales y algunos astrofísicos de departamentos universitarios y observatorios astronómicos. La mayor parte de los integrantes de TASS no se han visto en la vida, pero gracias a Internet, colaboran codo a codo diariamente. A Droege le gusta decir que TASS es una escuela de astrofísica, donde se aprende pero no se obtiene ningún título.

Los vigilantes de la noche.

El primer detector digital, puesto en marcha en 1994 y bautizado como Mark I, fue sacado del escáner de un fax y acoplada a la lente de 50 mm de una cámara fotográfica convencional, obteniendo un campo de 30° de ancho. Utilizaba un tiempo de exposición de 5 segundos y llegaba a captar las estrellas más débiles visibles con unos pequeños prismáticos. Era una fotocopiadora "estelar" con todas las de ley, salvo que el cabezal permanecía quieto y esperaba a que se movieran las estrellas. A partir de 1995 se puso a funcionar la cámara Mark II, más sofisticada, aunque con un campo de visión bastante más pequeño, pero hacia finales de año Tom decidió cambiar el diseño de las cámaras del detector "unidimensional" del fax al bidimensional de las cámaras digitales.

Las Mark III están compuestas por tres CCDs de Kodak acopladas a un objetivo de 135mm (f/2,8), que ofrecen un campo de 3° cada una, 15 grados en total. Este modelo era capaz de registrar estrellas hasta la magnitud 16 y en una noche barría 1000° cuadrados. Para obtener un buen campo de visión, se decidió que cada equipo estuviera compuesto por tres CCDs. Desde noviembre de 1995 la Mark III ya produjo imágenes de calidad y se envió a varios lugares del mundo para tratar de obtener resultados científicos.

Hasta ese entonces se utilizaba un programa realizado en QuickBasic para obtener datos de la cámara, pero en el verano de 1996 se hizo patente que la velocidad de lectura debería ser mucho mayor. Así, se propuso crear un controlador para una versión modificada del sistema operativo Linux llamada RT Linux (Real Time). Ahora, las instrucciones se del controlador se procesan sin ninguna demora. El controlador mantiene una vigilancia constante de la disponibilidad de los datos en la CCD, a razón de unas 8 o 15000 veces por segundo, y desde que los lee los graba inmediatamente en el disco duro del ordenador. RT Linux permite que las tareas de lectura y grabación se realicen simultáneamente. Después de varios meses de desarrollo el controlador está funcionando de forma estable desde agosto de 1997.

Las estaciones observacionales basadas en los tripletes Mark III ya han generado interesantes resultados astronómicos, pero su sucesor está listo para entrar en escena. A finales de 1997 comenzó el diseño del Mark IV. Este nuevo sistema estará compuesto de entre dos o cuatro cabezales CCDs (para obtener imágenes de la misma zona del cielo en distintos filtros), una montura, elementos electrónicos de control y un ordenador. La óptica está compuesta de lentes de 135 mm a f/2 y chips de Lockheed de 2048x2048 píxeles, que cubren un campo de 6°. La novedad más interesante es que la montura posee movilidad para fotografiar cualquier parte del cielo, no sólo el ecuador celeste. Las imágenes que genera ocupan 16 MB (una caja de diez disquetes) y tarda 50 segundos en transferirse de la memoria de la cámara al ordenador; al igual que en los proyectos profesionales, esto limita el número de exposiciones que se pueden hacer. A comienzos del mes de marzo, Tom Droege mantuvo funcionando el equipo sin problemas durante toda una noche en el patio de su casa.

Las cámaras están desplegadas en varios lugares del globo terráqueo. Tom Droege tiene las suyas en Batavia, Illinois (EE.UU); Mike Gutzwiller en Cincinnati, Ohio; Norman Molhant en Montreal (Canadá); Michael Richmond en East Braintree, Vermont; Nick Beser en Baltimore, Maryland; Ron Wickersham en Santa Rosa, California; Paul Rybski en Kettle Moraine, Wisconsin; y Glenn Gombert en John Bryan State Park, Ohio.

Resumiendo, TASS utiliza cámaras digitales montadas en tripletes con dos o tres filtros para obtener medidas de brillo de las estrellas. Éstas se conectan a un ordenador que las controla y procesa las imágenes para identificar las estrellas y medir su brillo. Su objetivo es disponer estas medidas en una base de datos pública a través de Internet para que cualquier interesado pueda estudiarlas.

En busca de las variables perdidas.

Los resultados no se han hecho esperar, y han sido presentados en diversos congresos de astrofísica. En junio de 1997 Glenn Gombert ofreció una conferencia en la reunión de la Sociedad Astronómica del Pacífico dando a conocer The Amateur Sky Survey en los foros profesionales, mientras que Tom Droege hacía lo propio en el congreso de la Asociación Astronómica Americana (AAA).

En agosto de 1998, Michael Richmond volvío a la cita con la AAA para mostrar los resultados de estos dos años. Durante ese tiempo se registran 9.562.450 de mediciones de 2.560.731 fuentes. De éstos, se han obtenido buenos resultados (más de 10 mediciones) de 178.570 fuentes. Hasta junio del pasado año, aún no habían completado el cartografiado del ecuador celeste. Con estas mediciones se han descubierto al menos 57 candidatas a estrellas variables de tipos diferentes: desde algunas de corto periodo a otras con un periodo de 80 días.

Tom Droege, "con las manos en la masa", construyendo el prototipo de la Mark IV.

Arne Henden, miembro de TASS y astrofísico del Observatorio Naval de EEUU, presentó recientemente una propuesta para planificar los catálogos a obtener con las cámaras Mark IV. Teniendo en cuenta las características técnicas del sistema, Henden opina que podrían realizarse entre dos y tres catálogos diferentes. En cada uno de ellos se ofrecería las coordenadas de la estrella, las magnitudes en los diferentes filtros (B, V, R e I) y sus errores. Su estrategia se basa en diferenciar la calidad de las noches y lugares de observación. En una noche mala, polucionada lumínicamente o con luna, no se pueden hacer exposiciones largas. El primero de los catálogos, realizado con tomas de sólo 10 segundos, estaría listo en un año con resultados similares a los del catálogo Tycho del satélite Hipparcos (con la magnitud de un 1 millón de estrellas). Puesto que ocuparía unos 64 MB, estará disponible para copiarlo directamente a través de Internet. El segundo catálogo sería comparable al conocido Guide Star Catalogue (GSC), con 15 millones de estrellas, se compondría de las tomas de 100 segundos. Su extensión hará que, probablemente, sólo sea posible obtenerlo mediante CD-ROM. Finalmente, el catálogo de variables nuevas y conocidas, al alimentarse de las medidas diarias, también se pondrá a disposición de los internautas. Henden deja en el tintero la posibilidad de realizar otro catálogo con tomas de 1000 segundos en lugares de calidad excepcional.

Se acabó la astronomía visual.

La tecnología cierra unas puertas y abre otras. La ingente cantidad de información que va a estar disponible sobrepasará con mucho del grupo actual de TASS. Bohdan Paczynski afirma que "el cuello de botella no estará relacionado con los telescopios o la CCD, sino con la capacidad intelectual disponible para el análisis de los datos". Parece razonable que algunos de los astrónomos de sillón, quienes disfrutan de las maravillas del Universo sin aguantar las inclemencias del tiempo en las oscuras noches del campo, pasen a convertirse en investigadores de vanguarda cuyos descubrimientos se publicarían en revistas de prestigio.

La delgada línea que separa el campo aficionado del profesional tiende a desaparecer al mismo ritmo que la Red posibilita la colaboración estrecha entre unos y otros. The Amateur Sky Survey no es el único proyecto que contribuye a esto. En realidad, hoy en día ya existen en Internet suficientes catálogos y observaciones científicas como para mantener ocupadas a cientos de personas. De hecho, el archivo de imágenes del Telescopio Espacial Hubble es de acceso público y muchos lo están aprovechando para rescatar asteroides perdidos del cinturón de Kuiper.

Pero seguramente, alguien, en alguna parte del mundo, estará acercando su vista a un ocular para disfrutar de la sensación de observar los anillos de Saturno en un cielo descubierto y negro, decorado de estrellas parpadeantes... Claro, que para ese entonces, quizás estén popularizados los sistemas de realidad virtual. ¿Te apetece un paseo por la Gran Nebulosa de Orión?

Bibliografía

1. Lastest computer will boost asteroid tracking efforst. Nota de prensa del JPL, mayo 1998.
2. MACHO Camera System, Chris Stubbs.
3. Stars in their eyes, Marcus Chown. New Scientist, 4 julio 1998.
4. TASS: Two Years, Two Hundred Thousand Stars, and Counting. Presentación en la 109ª reunión de la Asociación Americana de Astronomía.
5. The Amateur Sky Survey, http://www.tass-survey.org
6. The Amateur Sky Survey Project. Presentación en la 109ª reunión de la Asociación Americana de Astronomía, Glenn Gombert.
7. The Future of Massive Variability Searches, Bohdan Paczynski.
8. History of Lincoln Near Earth Asteroid Research (LINEAR) Project, MIT Lincoln Laboratory, 1998.