Making of de los datos que Calibraron el Sky world Atlas (parte I): La Complutense

Hace 6-7 años convencimos Jaime Zamorano y yo a la en aquel tiempo estudiante de licenciatura, Berenice Pila Díez en que sen embarcara en una pequeña aventura.

El famoso mapa de brillo de cielo de Cinzano, ya quedaba antiguo y queríamos saber cómo había cambiado o incluso hacer el primer mapa de brillo de cielo basado enteramente en medidas y no en modelos.

Para ello comenzamos usando un SQM con conexión Ethernet a un ordenador, un GPS y sincronizábamos los datos por tiempos. La configuración no fué sencilla, como la propia Berenice comentaba en la memoria del trabajo.

La señorita se hizo cientos de kilómetros de medidas sola o en compañía por la Comunidad de Madrid. Lo que ella no sabía, es que ese sería el principio de una publicación que sería publicada en Science y destacada en Nature.

Pero esta historia comienza incluso un poco antes. En 2007, fuimos una pequeña expedición de amigos de la ASAAF a la Conferencia internacional Starlight. Yo presentaba mi primer trabajo de investigación en contaminación lumínica. Llevaba ya muchos años trabajando en el tema pero desde la divulgación y el activismo, no como investigador.

A la conferencia no pudieron asistir las grandes estrellas de la investigación en contaminación lumínica, Pierantonio Cinzano y Fabio Falchi, creadores del atlas del brillo de cielo. El los proceedings al menos había un artículo suyo, justo despues del mio, sobre los trabajos que estaban realizando para el nuevo atlas, ya con 7 años de edad.

Volvemos a 2010. Ahí estábamos nosotros, principalmente Bere, dando vueltas y vueltas para medir el brillo de cielo de la Comunidad de Madrid.

Ese mismo año, en octubre se celebraron el XIX Congreso Estatal de Astronomía(CEA) y la Reunión Científica de la Sociedad Española de Astronomía, en cuyo seno se presentó trabajo de Bere.

Durante el CEA se seleccionaron aproposito numerosas charlas (yo estaba en el comité científico) que trataban el tema de la contaminación lumínica, una de ellas la de Berenice, pero otra charla relevante para esta historia fue la charla sobre el programa Roadrunner creado por la gente de la Sociedad Malagueña de Astronomía.

A partir de entonces, gracias a este afortunado encuentro, empezamos a usar el Roadrunner para tomar las medidas de nuestros paseos.

Al año siguiente, otro alumno tomó las riendas del proyecto Alberto Dominguez, el cual tuvo bastantes problemas con el tiempo meteorológico y el que se fue de erasmus poco después. Lo que hizo que nos costará dios y ayuda recuperar los datos de aquel año. En paralelo, nuestro fiel colaborador José Gómez Castaño comenzó también a tomar datos.

La verdad, es que teníamos un mapa bastante bonito ya, pero queríamos rellenar huecos y tener toda la comunidad. Vimos, que interpolar no era muy fácil con la densidad que teniamos, asi que decidimos seguir tomando medidas.

A partir de noviembre de 2011, mi director de Tesis, acompañado una veces por Jesús Gallego, otras solo y otras por Paco Ocaña, y por otro lado yo en solitario la mayor parte de las veces, salvo alguna aventura con Paco o con Jaime, comenzamos una auténtica carrera por llenar todos los huecos. Si Jose(8), Bere(8) y Alberto(6), habían realizado 22 campañas de media los años 2010 y 2011, Jaime y yo hicimos 11 campañas Jaime, 16 campañas yo. Además de estas, José hizo una más, Carlos Tapia nos llenó algunos agujeros (3 campañas) .

Así en 2014 habíamos decidido dar el mapa por concluido con un total de 56 campañas de observación (Más detalles en mi tesis).

Bere había hecho más de 1100 km de medidas, Alberto, unos 550 km.

En total, habíamos hecho más de 6700 km de medidas. Todo, pagado por nosotros, sin subvención alguna o salario. Hasta 2013, todo esto era solo trabajos académicos y puro interés científico.

En paralelo, teníamos el problema que con los SQM no podíamos tomar medidas dentro de la capital, por lo que reclutamos a muchos estudiantes, como Marian Lopez Cayuela, que trabajaba con nosotros en las imágenes de satélite de la ISS, o Sara Beltran de Lis, pero también muchos otros voluntarios que ahora no recuerdo. Ellos, nos ayudaron a tomar los datos más difíciles en el interior de la ciudad.

En 2013 pasó algo que iba a cambiarlo todo, se celebraba el primer congreso profesional de toma de medidas y modelización de la contaminación lumínica. Allí presentamos los resultados que indican una muy buena correlación de estos datos con los datos de satélite y postulamos la relación entre el brillo de cielo y la emisión difusa que se veía en las imágenes de satélite.

Allí me reencontré con Martin Aubé y conocí en persona a Chris Kyba, los que además de colegas investigadores, son grandes amigos. Ellos me convencieron de que valía la pena dedicarse profesionalmente a investigar en contaminación lumínica.

En octubre, partí a pasar 3 meses en Berlin. Allí hicimos muchos experimentos, pero uno de ellos fué repetir la técnica que habíamos desarrollado en Madrid. Esta vez, al menos, no me tocó pagar la gasolina. Hicimos dos campañas, o quizas tres. Dimos como locos la vuelta a Berlín, y los alejamos con el SQM hasta un sitio lo más oscuro posible de la ciudad.

A mi vuelta, ya 2014, comenzé ha terminar los últimos paseos que necesitábamos en Madrid, y ... casi un año después, la tesis estaba terminada.

Habíamos realizado un gran esfuerzo colectivo.

Por aquellas fechas, Chris nos pidió los datos de Madrid u Berlín, para ayudar en la calibración del nuevo mapa de brillo de cielo.

Durante los siguientes meses, tuvimos varios intercambios de correos con Fabio, Chris y Dan Duriscoe sobre la interpretación de los datos de Madrid. Sin embargo, ya que por muy importantes y buenos que fueran los datos de Madrid, no dejaban de ser más que datos de un lugar particular, no necesariamente representativos de los datos del mundo, se decidió incluir la mayor cantidad de datos posibles. Para ello, se decidió que los que aportabamos datos no seriamos coautores del trabajo.

En la última Asamblea general de la Unión Astronómica Internacional(agosto de 2015), nosotros presentamos el descubrimiento de la relación entre la emisión difusa y el brillo de cielo y Fabio presentó los resultados preliminares.

La relación entre la emisión difusa y el brillo de cielo que habíamos encontrado, implicaba que ya no sería necesario realizar miles y miles de kilómetros de medidas para poder hacer mapas de brillo de cielo. Se podían usar, con cuidado, directamente los datos de satélite que no son medidas directas del centro de las ciudades.

Pero... nuestro grupo tenía una gran limitación. Yo ya era doctor, pero aunque tenía un corto postdoc con Martin Aubé (que había empezado el mes de marzo anterior), no me quedaba mucho tiempo de contrato, por lo que tuve que comenzar una campaña de Crowdfunding para intentar financiar el proyecto Cities at Night, que es el único que puede actualmente proporcionar los datos para futuros análisis sin las limitaciones de los satélites actuales que no distinguen colores.

Mientras, Jaime Zamorano y Carlos Tapia, ensamblaban algunas de las piezas que faltaban de mi tesis para crear el artículo que publicamos a principios de año.

Ese artículo, nos ha traído más de un disgusto. Conscientes de que nuestros datos estaban siendo utilizados para la calibración del Atlas, quisimos publicarlo en el MNRAS, pero nos respondieron que ya que Madrid no era un observatorio astronómico de primer nivel, no les interesaba el artículo. Apesar de que les insistimos que el artículo lo que pretendía era proporcionar el mejor conjunto de datos para probar modelos de contaminación lumínica, que eran aplicables a cualquier otro lugar del mundo, incluidos los observatorios. Ni siquiera nos contestaron. Curiosamente, el artítulo de Fabio et al. demuestra que los datos de Madrid sí era representativos de casi cualquier otra ciudad.

Por lo que, pensando que el artículo del Atlas saldría pronto, decidimos enviar el artículo a una revista menor.

Aun así, no hemos publicado aún todo lo que está en mi tesis. Tenemos 3 o 4 artículos en proceso, uno de ellos ya en revisión, precisamente tratando las limitaciones del método que se ha usado en el mapa. Otro, el de la propiedades de la emisión difusa.

Mientras, hace 2 semanas nos escriben Chris y Fabio, pidiendo que pongamos los datos a disposición de la comunidad, de manera que cualquiera pueda verificar o repetir el resultado del artículo. Y así hemos hecho, si bien esto supone un riesgo para nosotros, ya que aún tenemos bastante trabajo para terminar la explotación de esos datos.

Pero esa es otra historia. En otro post os comentaré lo que sé sobre el resto de contribuyentes a los datos de calibración.

Aquí os he contado brevemente, la historia de cómo se tomaron el 40% de los datos que han calibrado el nuevo mapa de Brillo de Cielo.

Mirando al cielo como antaño desde Calar Alto

Esta noche he cumplido el sueño de casi cualquier astrónomo, profesional o amateur. Ver con mis propios ojos por un telescopio de más un metro de diametro, un telescopio profesional** de un observatorio de primera clase. En este caso iba a poder observar con mi ojo por el único telescopio de este tamaño en el que se puede observar de manera visual de todo el hemisferio occidental y segundo en el mundo tras un telescopio en Estado Unidos (creo que en Kitt Peak, y si es el caso, es más pequeño). En este post no voy a entrar detalle el la pregunta filosófica sobre si un telescopio profesional debe abrirse de esta manera al público general (ya lo haré en otro post), pero solo puedo decir que llevaba años deseando y pidiendo que esto pasara.

Aunque ha sido una noche indescriptible, voy a intentar contaros como fue la velada.

Mis amigos de la empresa Azimuth, Marcos Villaverde, Victor Muñoz y Javier Sánchez me invitaron a pasar con ellos la "primera luz" al público, a cambio de pasarles algo del material gráfico que pudiera tomar durante la noche.

De esta manera salí de Granada con pocas esperanzas de ver nada, ya que estaban cayendo chuzos de punta, pero con la convicción de que por mi experiencia, la noche podría ser mucho mejor, ya que el microclima de los observatorios es su mejor baza.

Nada más llegar, me encontré con algunos amigos de la AAM que habían reservado la actividad "Astrónomo por una noche" que es el nombre comercial que le han dado a la actividad.

Todo comenzó con una pequeña introducción en la residencia del observatorio y una pequeña degustación.

A continuación nos dirigimos a las oficinas y sala de control del observatorio, donde pudimos visitar la legendaria biblioteca de Calar Alto y la sala de control del telescopio 3.5 m (el telescopio no se visita en esta actividad, pero se puede visitar en esta otra).

En la biblioteca nos pusieron en contexto el observatorio y explicaron la ciencia que se hace en él, especialmente el reciente instrumento CARMENES, que con una resolución espectral de 94.000 en el visible, es capaz a una longitud de onda de 5900 Ångström, de tener una precisión de 0.06 Ångström.

Esta increíble resolución permitirá a CARMENES ser capaz de detectar planetas tipo Tierra en otras estrellas por la técnica de velocidad radial.

La charla fue  conducida  fantásticamente por Javier, que hizo posible que incluso a mi, un curtido observador, realmente me emocionara.

Tras la Charla, fuimos a cenar, el grupo tuvo una buena cena, bastante mejor que la estándar que solemos tener los astrónomos y tras ella nos fuimos al telescopio.

Todo el rato, hasta este momento, hemos tenido el ojo en el tiempo y en la pantalla de la estación meteorológica. Teníamos luz roja o amarilla todo el rato debido a algunas nubes y el viento. La noche no pintaba bien. Pero, eso algo con lo que los astrónomos tenemos que lidiar habitualmente y esta no fue una excepción. La promesa de "Astrónomo por una noche" se estaba cumpliendo, incluidos los problemas meteorológicos que a veces tenemos.

Finalmente llegamos al telescopio, ¡¡¡el momento que todos estábamos esperando!!!.

Cuando ya estaba todo listo..., ¡¡huy no vemos nada!!. Un pequeño problema técnico que en seguida fue solucionado por el técnico de guardia del observatorio  solucionó el problema. Una vez más. algo que nos pasa cuando estamos en los observatorios profesionales.

Finalmente, abrimos la cúpula y ¡¡¡¡Maldición nubes!!!. Caras de frustración en todo el equipo de Azimuth y los asistentes, pero la astronomía es así. Aun con todo y con el clima en contra, el grupo de Azimuth no se vino abajo y tras un tiempo prudencial, los chicos de Azimuth buscaron una alternativa para pasar el rato. Salimos a dar un paseo nocturno por la zona y en ese rato, se despeja.

Volvemos al telescopio y ... cubierto de nuevo. Así, vemos que llega la hora hasta la cual la actividad estaba planeada y se decide volver a la residencia a recuperar algo de fuerzas y poder comer algo para continuar alerta el resto de la noche.

Tras tomar un chocolate caliente y un bizcocho, por fin volvemos al telescopio todo nerviosos. ¡¡¡Por fin!!! ¡¡¡DESPEJADO!!!. Abrimos y comienza el festival. M51, M27, M92 , M52... y otros muchos objetos que siempre has soñado en ver con un telescopio de este tamaño.

Para mi, lo más impresionante fue ver el color verde de M27, los brazos espiralares con subestructura en M51, o el "azul baby" de M52 e incluso sorpresas espectrales que no voy a desvelar.

Al final, todas mis expectativas fueron colmadas y eso que las condiciones no eran la mejores. Una gran turbulencia atmosférica (seeing de 4 segundos de arco) hacía que el telescopio solo pudiera darnos una décima parte de su potencial. Una pena para los objetos tipo Marte, Júpiter o Saturno que necesitan de una baja turbulencia para poder observar sus detalles.

Finalmente, a las cinco casi seis de la mañana terminamos la sesión de observación, con la imagen en la retina de tantos objetos que siempre hemos soñados observar de esta manera.

Alguno de los asistentes sin embargo esperaba más. "Ver las nebulosas como en las fotos". Pero, por desgracia, ese no es un problema del telescopio, principalmente es un problema de nuestros ojos, simplemente no podemos acumular la luz durante horas como hacen las cámaras de fotos.

A la izquierda lo que vió William Parsons, a la derecha una foto de la misma galaxia.

Con este telescopio no es posible ver las cosas como vemos a la derecha, pero sí como se ve a la izquierda, que es uno de los sueños de todo entusiasta de la astronomía.

En resumen, para mí fue una noche fantástica e inolvidable. Pero algunas recomendaciones a futuros clientes:

• Este es el telescopio más potente que puedes encontrar en Europa para mirar visualmente. Si hay una buena noche, no quiero ni imaginar que se puede ver. 
• Ideal para entusiastas y gente que empieza. Mucho más cómodo y agradecido que ninguna observación  que vayas a poder hacer jamás. Resguardado en una cúpula, con el mejor equipo técnico. Podrás ver cosas que en la mayoría de telescopios solo te imaginas.
• El que quiera ver en directo con el ojo, lo que se ve en las fotos ... lo siento. El problema es de tu ojo, no del telescopio. Simplemente, no es posible.
• Para el amateur que ya ha visto por un telescopio de 0.5 m, si el seeing es malo, no vas a poder ver muchísimo más en objetos que ya conoces, pero podrás ver objetos más compactos y débiles. Si lo que quieres es hacer fotos con tu reflex. Aun no esta listo ningún sistema que pueda compatibilizar la observación directa con el uso de cámaras. Sin embargo, es una posibilidad que los miembros de Azimuth están contemplando. Ponte en contacto con ellos.

A todos vosotros que tantas veces os a frustrado llevar a la familia a observar, os recomiendo la experiencia. Es infinitamente más cómodo que observar en el campo y más agradecido.

Si lo queréis es realizar vuestra observación detallada y concienzuda, este aún no es vuestro producto ideal, pero veréis el potencial. La sesión fue familiar y turística, no de talibanes astrofotografos, en completa oscuridad durante horas para alcanzar el máximo nivel de adaptación. El grupo es reducido pero mixto, hay gente amateur, entusiasta pero también gente que solo iba a disfrutar como un producto especial de turismo. Si queréis que nadie encienda un móvil en la sesión para hacer una foto, mejor reservar el grupo entero o una sesión especial.

El grupo de Azimuth está trabajando para seguir mejorando el equipamiento del telescopio, que por el momento cuenta con tres oculares de 3 pulgadas o más (sí sí, 3 pulgadas o más, no miento). Pero, que tienen ya algunos años y pueden ser mejorados. Yo, además les he insistido que sería muy bueno que añadieran un puerto con una cámara, para que la gente pueda ver lo que puede llegar a captar una cámara, pero que su ojo no puede, aunque ... Seamos honestos. Para fotos ya tenemos las del Hubble, y la gracia de la experiencia es ver las cosas como no se pueden ver en ningún lado. Con tu ojo.

Podéis pensar ...bueno, igual me espero a que mejoren estas cosas... pero ... la cantidad de noches disponibles para esta actividad turística es limitada, ya que el telescopio sigue usándose para hacer ciencia. Por lo que es posible que si se corre la voz, pronto estos chicos tengan reservas hasta 2021.

El título de la actividad es "Astrónomo por una noche" y he decir es muchisimo mejor que las noches que pasamos los astrónomos. La comida es mejor y puedes ver con tus propios ojos, cosa que los astrónomos no podemos hacer ya.

Eso sí, la experiencia es una experiencia de inmersión, con las cosas buenas y malas. Contra el tiempo... No se puede luchar.

Para mi, el mayor valor es la flexibilidad de Azimuth, no dudaron en saltarse el programa para mantener a los clientes contentos, aunque eso les supuso trabajar el doble de las horas planeadas y buscar actividades alternativas.

Por último, solo os puedo decir que estoy deseando llevar a mi madre, a mi novia, a mi tía y a toda mi familia y por otro, soñar con que pronto me dejen una noche a solas con el 1.23. ¡¡Me he enamorado!!

**No hay una definición de telescopio profesional, ya que cualquier óptica, desde un ojo de pez a el Hubble, pueden usarse para hacer ciencia. Pero digamos que a partir de 1 m de diametro, son telescopios que solo los profesionales han podido permitirse históricamente.