OBSERVATORIO ASTRONÓMICO VÍA INTERNET OAVI GUTIÉRREZ MORALES RENÉ 1, ESCALANTE MENDOZA EDGAR 1 1 Av. Juan de Dios Bátiz S/N esquina Miguel Othón de Mendizábal, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, Col. Lindavista C.P. 07738, México D.F., Tel. 57-29-60-00 ext. 52011 rgutierrezm@ipn.mx, edgar.escalante@oavi.com, http://www.oavi.com Abstract. El Observatorio Astronómico Vía Internet OAVI es un sistema semiautomatizado que permite contemplar cuerpos celestes a través de Internet utilizando una transmisión de video en tiempo real. Contamos con un telescopio que, además de ser manipulado por el usuario a distancia (con ciertas restricciones), tiene adaptado una cámara especial para telescopio con la cuál capturamos la imagen recibida del mismo y posteriormente es mostrado hacia el usuario final. Los usuarios de este sitio podrán no solamente observar cuerpos celestes en tiempo real, también encontrarán fotos, videos, información astronómica, mapas celestes, efemérides y noticias concernientes a tecnología del mismo tema. 1. Introducción Para el aficionado en general, un buen instrumento, cualquiera que sea su tipo (refractor, reflector o un diseño combinado de espejos y lentes) le servirá perfectamente. El éxito depende más de la destreza del observador y de las condiciones del cielo que del instrumento en sí mismo. Sin embargo, cuando vaya avanzando en el campo de la astron omía aficionado, quizá descubra que su interés se ha ido especializando hacia determinado tema o proyecto de observación. Puede que se interese especialmente por la fotografía de objetos del espacio profundo o que esté fascinado por las sutiles estructuras de la superficie de los planetas. Su interés puede conducirle hacia la observación de las estrellas variables, al seguimiento de las manchas solares o a cronometrar ocultaciones. Dentro de la rama de telescopios, existen las siguientes clasificaciones: Telescopios Refractores Fig. 1. La luz entra por la apertura del telescopio(como en todos) y la imagen es recibida al final de este por medio de un ocular. Son los que muchas personas identifican con la palabra "telescopio". Un tubo largo, recto donde la luz pasa en una línea recta desde el lente objetivo enfrente hasta el ocular por el otro lado del tubo.
Telescopios Reflectores Fig. 2. La luz entrante es recibida por un espejo al final del tubo donde esta es reflejada hacia un espejo colocado al principio del tubo a 45º que finalmente es capturado por el ocular del telescopio. Telescopios Reflectores tipo Newton (también conocidos como catóptricas) usualmente utilizan un espejo cóncavo parabólico primario para juntar y enfocar luz que entra a un espejo secundario llano que refleja la imagen fuera de una abertura por el lado del tubo mayor y dentro del ocular. Telescopios Catadióptricos Fig. 3. La luz entrante es reflejada por un espejo que la concentra en un solo punto, donde finalmente es capturado por el ocular. Permite obtener gran magnificación con una distancia focal corta. Telescopios catadióptricos utilizan una combinación de espejos y lentes para doblar los ópticos y formar una imagen. Hay dos diseños populares: el Schmidt-Cassegrain y el Maksutov- Cassegrain. La luz incidente pasa a través de una lente correctora (cuya forma es diferente según se trate de un corrector Schmidt-Cassegrain o Maksutov). El haz es enfocado por el espejo principal y por un secundario que, a su vez, amplifica. Este viaje de ida y vuelta de la luz permite obtener una focal larga con un tubo corto. Telescopios con GPS Fig. 4. Cualquier telescopio puede poseer esta tecnología independientemente del arreglo de espejos con el que cuente. El Alineamiento del telescopio se puede hacer automáticamente con señales desde el sistema GPS, un sistema de satélites que hace posible establecer comunicaciones exactas con el telescopio localizando su latitud y longitud del observador. Entrados ya un poco en materia y basándonos en el sistema de coordenadas celestes, enfoquemos a la observación con telescopio. Con esta operación tendremos el seguimiento de los objetos celestes con una montura ecuatorial alemana con o sin motor, además de conocer y ayudarnos a ubicarnos celestialmente.
Es importante remarcar que para poder tomar fotografías ó video con una cámara adaptada al telescopio, debemos tener una excelente alineación polar, de lo contrario tendremos resultados bastante deprimentes. Sería muy difícil la orientación en la esfera celeste y la observación del cielo y sin una alineación polar, esto es primeramente ubicar el polo norte magnético de la tierra auxiliados por una brújula o ya sea orientándonos con el sol, obviamente antes de que se haga de noche. El sol sale por el este y se mete por el oeste, parados extendemos los brazos, el derecho hacia donde sale el sol y el izquierdo hacia donde se mete, ahora si, tendremos frente a nosotros el polo norte magnético y celestial, desde el horizonte a unos cuantos grados hacia el cenit (cenit es el punto en la esfera encima de nuestra cabeza) encontraremos la estrella polaris. 2. Métodos y Materiales En un observatorio astronómico se estudian cuerpos celestes con ciertas características, basándose principalmente en la capacidad del telescopio con el que se cuente. Este observatorio cuenta con un telescopio modelo LXD75-AR-5AT marca MEADE del tipo refractor de 5 (127mm) de apertura, 1180mm de longitud focal y montura ecuatorial alemana, con el cuál pueden observarse objetos de entre -2 a 2 unidades de magnitud luminosa. El telescopio funciona con dos motores instalados en sus dos ejes (ascensión recta y declinación) que son operados desde un control de mando manual, donde éste posee un accesorio para ser manipulado a través de la PC por medio del puerto de comunicaciones RS-232. En el sitio web el usuario encontrará un mapa celeste donde seleccionará algún cuerpo celeste disponible; el servidor (donde esta conectado el telescopio) procesará la petición del usuario, moverá el aparato refractor y finalmente mostrará en una transmisión de video en vivo el objeto que se haya seleccionado. La luna, planetas, estrellas, galaxias y nebulosas son algunos de los 50 cuerpos celestes que estarán al alcance de los usuarios con sólo hacer un clic. La distancia focal es distancia comprendida entre el objetivo del telescopio (sea un reflector o refractor) y el plano focal del mismo. Esta medida varia según el diámetro del objetivo y del diseño del mismo (la curvatura del espejo, por ejemplo) Este dato esta siempre presente en los telescopios, incluso impreso sobre los mismos dado que es fundamental para determinar muchas características adicionales del equipo. La medida se suele dar en milímetros y sirve para calcular cosas como el aumento, la razón focal, etc. La razón focal (o F/D) es un índice de cuan luminoso es el telescopio. Esta medida esta relacionada con la focal y el diámetro del objetivo. Cuanto mas corta es la distancia focal y mayor el objetivo, mas luminoso será el telescopio. Para calcular el F/D de un telescopio solo hay que dividir la distancia focal por el diámetro del objetivo, todo en las mismas unidades: F/D = F [mm] / D [mm] Así, un telescopio de 910 mm de focal (F), con 114 mm de diámetro (D) posee una razón focal de 8. Este valor sin unidades representa cuan luminoso es un telescopio. Muchas veces es llamada la "velocidad" del telescopio: se dice que es un telescopio rápido cuando su razón focal es baja (no tiene nada que ver con las características mecánicas del mismo, sino la velocidad de recolección de luz). Esto es especialmente importante en la astrofotografía, donde se pueden reducir sustancialmente los tiempos de exposición si se utilizan sistemas de F/D bajos. En telescopios de diseño Schmidt-Cassegrain se suele utilizar, tanto para la observación visual como para la astrofotografía, un reductor de focal, que reduce el F/D de un equipo F/D 10 a solo F/D 6.3, obteniéndose imágenes mas luminosas. Se denomina campo visual al tamaño de la porción de cielo observado a través del telescopio con cierto ocular y trabajando bajo cierta ampliación. Para calcularlo se deben conocer los aumentos provistos con el ocular utilizado y también el campo visual del ocular (un dato técnico que depende del tipo de ocular y es provisto por el fabricante). La importancia de saber con cuanto campo cuenta nuestra observación radica mas que nada en la hora de seleccionar el ocular adecuado. La montura de un telescopio es la parte mecánica que une el trípode o base al equipo óptico. Existen varios tipos de monturas, algunas muy simples, otras mas complejas, incluso con correctores electrónicos y dispositivos de seguimiento muy sofisticados.
La montura tiene como objetivo proveer de movimiento controlado al telescopio. Es muy importante la firmeza y suavidad de los movimientos, para que la observación sea correcta. Las monturas se clasifican en dos grandes grupos, según los planos de referencia que utilicen (coordenadas). La más simple es la montura altacimutal, que realiza movimientos horizontales y verticales (acimut y altura, respectivamente). Este tipo de diseño lo traen incorporados los telescopios pequeños, por lo general telescopios refractores de uso terrestre, dado que su uso es simple y varios modelos de equipos automatizados (sistemas goto). Le sigue la montura ecuatorial, que utiliza como plano fundamental el ecuador celeste (proyección del ecuador terrestre). Este diseño usa las coordenadas ecuatoriales, ascensión recta (A.R. o R.A.) y declinación (Dec.), que son proyecciones de las coordenadas terrestres longitud y latitud, respectivamente, sobre la esfera celeste. Existen varios tipos de monturas basados en los dos diseños fundamentales anteriores. La montura Dobson por ejemplo (suelen llamarse telescopios dobsonianos a los que la poseen), es un modelo basado en la altacimutal, sin trípode y un telescopio newtoniano como instrumento de observación. Es muy utilizado por los que desean una gran apertura en newtonianos, por ejemplo los que se construyen su propio espejo y no quieran tener grandes gastos en monturas sofisticadas. Fig. 5. Este es el telescopio utilizado en nuestro observatorio, el cuál cumple con todas las especificaciones necesarias para ser operado a distancia por el usuario en cuestión. Existen diversos tipos de cámaras para adquirir la imagen que se recibe del telescopio: CMOS y CCD. Las cámaras CCD son las que ofrecen mayor calidad, ya que eliminan un problema típico en las cámaras CMOS llamado ruido al negro que se define como la generación de puntos negros o blancos en la imagen adquirida o simplemente producir imágenes que no existen. 3. Experimentación Utilizamos lenguaje Java para el control del telescopio desde la PC, páginas HTML y javascript para soportar el lado del cliente, JSP s y JavaBeans para manejar las peticiones del cliente hacia el servidor Helix Universal Server para realizar la transmisión de video en vivo donde es necesario que el usuario tenga instalado el software Real Placer para poder acceder a los mismos. Para mandar las instrucciones de movimiento y demás hacia el telescopio utilizamos el set de instrucciones que puede ser consultado en la página del fabricante: www.meade.com. Con el fin de poder programar cada uno de los cuerpos celestes y ponerlos a disposición del observador en nuestra página de Internet, necesitamos conocer en que posición se encontrarán cada uno de estos durante todo el año. Es preciso señalar que estos datos se actualizarán año con año, es decir, esta información caduca al año, por lo tanto, es necesario reingresar los datos correspondientes al final de este. Durante nuestra investigación definimos el movimiento para los planetas, estrellas, galaxias y nebulosas, veamos un ejemplo:
NOMBRE CONSTELACIÓN VISIBLE EN: Aldebarán Taurus (Nov-Dic)(Ene-Feb)(Marzo-Abril) Betelgeuse Orion (Nov-Dic)(Ene-Feb)(Marzo-Abril) Rigel Orion (Nov-Dic)(Ene-Feb)(Marzo-Abril) Procyon Canis Major (Nov-Dic)(Ene-Feb)(Marzo-Abril) Pollux Gemini (Nov-Dic)(Ene-Feb)(Marzo-Abril) Algol Perseus (Nov-Dic)(Ene-Feb) Deneb Cygnus (Nov-Dic) Enif Pegasus (Nov-Dic) Dubhe Ursa Major (Ene-Feb)(Marzo-Abril)(Mayo- Alphard Hydra (Ene-Feb)(Marzo-Abril)(Mayo- Sirius Canis Major (Ene-Feb)(Marzo-Abril) Vega Lyra (Mayo-(Julio-Agosto) Spica Virgo (Mayo-(Julio-Agosto) Regulus Leo (Ene-Feb)(Marzo-Abril)(Mayo- Altair Aquila (Mayo-(Julio-Agosto) Alpheratz Pegasus (Julio-Agosto)(Sep-Oct) Castor Gemini (Nov-Dic)(Ene-Feb)(Marzo-Abril) Hamal Aries (Nov-Dic)(Ene-Feb) Cassiopeia Cassiopeia (Nov-Dic)(Ene-Feb) (Alfa) Diphda Cetus (Nov-Dic)(Ene-Feb) Capella Auriga (Ene-Feb)(Marzo-Abril) Alkaid Ursa Major (Ene-Feb)(Marzo-Abril)(Mayo- Formalhaut Pises Austrinus (Nov-Dic)(Ene-Feb) Table 1. Periodos de observación de estrellas en constelaciones del hemisferio norte Las estrellas, nebulosas, galaxias, cúmulos y todo aquel objeto que se encuentre más allá del 1 año luz de distancia, no cambiarán sus coordenadas celestes durante todo el año, por lo que sólo hay que definir el tiempo o época en el cuál estará visible, es decir, su puesta y salida. 4. Resultados La primer meta fue analizar e implementar una forma de comunicar el telescopio y la PC de tal modo que éste ejecute las instrucciones del usuario de forma remota como si el mismo estuviese físicamente operando el telescopio. Después de un análisis exhaustivo, logramos comprender la forma en que opera el telescopio, dando pauta así a lograr de manera satisfactoria la ejecución de instrucciones de comandos celestes. La segunda meta fue alinear y calibrar el telescopio de tal forma que éste no solamente ubicará el cuerpo celeste en cuestión, sino también seguirlo en su trayectoria. Esto fue logrado gracias a las publicaciones que realiza el Observatorio Astronómico Nacional de la Universidad Nacional Autónoma de México a través del Anuario Astronómico del Instituto de Astronomía, donde se encuentrán todos los eventos astronómicos del año en curso, transitos, eclipses y Efemerides de cada cuerpo celeste a las 0hrs del meridiano de Greenwich. La tercera meta fue encontrar la forma de transmitir a través de internet un video que nos mostrase lo que el telescopio está viendo.
Implementamos un servidor de video con un programa llamado Helix Universal Server, el cuál, nos permite realizar un Boradcasting rápido, de calidad aceptable y que además soporta hasta más de 10,000 usuarios conectados a la vez. La cuarta meta y mas complicada fue diseñar, programar e implementar el sitio web que nos permitiera englobar todas estas metas de tal forma que el usuario solo de un click sin necesidad de conocer términos y/o eventos astronómicos. La funcionalidad principal de la página, la cual interpreta las peticiones de un usuario, las traduce y las envía al telescopio, fue programada con tecnología Java (JSP s y JavaBeans), javascripts y el servicio web a cargo de Jakarta-Tomcat. 4.1 Conclusiones Llegamos a la meta trazada y fue posible comprobar la hipótesis acerca de un Observatorio en Internet, cumplimos nuestro objetivo al implementar un sitio web que, exitosamente muestra en video más de 40 cuerpos celestes que son observables durante todo el año y que además, proporciona al usuario información que le ayudará a entender la forma en que éstos aparentemente se mueven ante nuestros ojos. Definitivamente el impacto más grande de éste proyecto es el educativo, ya que el diseño de éste permite a practicamente cualquier persona que sepa utilizar internet, utilizar, ver, sentir y aprender los fenómenos astronómicos que se den cita de forma virtual y a distancia, sin necesidad de desplazarce a un lugar en específico, poseer algún conocimiento en astronomía y además de saber operar un telescopio. Referencias Astronomía y Comunicación con el Telescopio 1) http://www.terrygroff.com/ufotools/astro_math.html 2) http://www.projectpluto.com/source.htm 3) http://www.bbastrodesigns.com/cot/cot.html 4) http://www.jabpage.org/posts/trans1a.html 5) http://www.mailbag.com/users/ragreiner/lx200commands.html 6) http://www.astrosen.unam.mx/ens/instrumentacion/manuales/camila/camila.html 7) http://home.earthlink.net/~ngc5139/sci/497/starlist.html 8) http://www.weasner.com/etx/archive/feedbackjan02/autostar.html 9) http://www.weasner.com/etx/autostar/as_schematic.html 10) http://www.x-astro.com/equipos/lxd-55/meade_lxd55.htm 11) http://www.terrygroff.com/ufotools/astro_math.html 12) http://williams.best.vwh.net/sunrise_sunset_example.htm 13) http://www.adpartnership.net/scopedriver/sddownloads.html 14) http://www.considine.net/mac/lunargoto/ 15) http://www.stargazing.net/kepler/circle.html 16) http://www.javafr.com/forum.v2.aspx?id=271321 17) http://www.roseindia.net/jsp/introduction.shtml 18) http://spectral.mscs.mu.edu/javadev/security/javacomm.html 19) http://espanol.groups.yahoo.com/group/usb-desarrollo/messages/1638?expand=1 20) http://www.planet-sourcecode.com/vb/scripts/browsecategoryorsearchresults.asp?lngwid=2&b1=quick +Search&txtCriteria=chat&blnWorldDropDownUsed=TRUE&txtMaxNumberO fentriesperpage=10&blnresetallvariables=true&optsort=alphabetical 21) http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cursojava/applets/javabeans/intro.htm 22) http://benmira.free.fr/en/j2ee/entityejb.htm 23) http://javaalmanac.com/egs/java.beans/pkg.html 24) http://www.sc-systems.com/support/jspinstall.htm