sábado, 26 de diciembre de 2009

#6 La CCD y el Nobel

   En el post anterior les escribí sobre la fibra óptica y sus aplicaciones en astronomia; en esta ocasión les traigo un post sobre el otro invento premiado con el Nobel 2009, cuya contribución a la astronomia es aun mas importante: la cámara CCD.

Los laureados con el premio fueron Willard S. Boyle y George E. Smith que hace también 40 años inventaron  esta tecnología.

Los chip de CCD (Dispositivos de carga acoplada, por sus siglas en inglés) son chips de materiales semiconductores, como los que tienen las computadoras, pero que presentan ciertas propiedades especiales: desprenden electrones cuando la luz incide sobre ellos. Esto se debe a un fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico que se conoce desde el año 1884, cuando fué descubierto por Heinrich Hertz, pero que no tuvo explicación hasta 1905 cuando Albert Einstein le dió una desde el punto de vista de la mecánica cuántica. Einstein recibió el premio Nobel de 1920 por este trabajo.


En el efecto fotoeléctrico se observo que cuando ciertos materiales semiconductores como el silicio con impurezas de germanio (por ejemplo) es expuesto a la luz y se le aplica un voltaje, surje una corriente eléctrica en el circuito. Esta corriente eléctrica deja de existir si no permitimos que la luz incida en el material. La explicación es bastante sencilla. Cuando un átomo absorbe luz, si esta luz es tiene la frecuencia adecuada (recordemos que la luz es una onda electromágnetica, por tanto se puede describir por parámetros como frecuencia o longitud de onda) puede hacer que su energía sea absorbida por uno de los electrones que giran en torno al núcleo atómico siendo esta energía igual a la energía potencial eléctrica que mantiene unido el electrón al átomo, haciendo que este, con la energía adicional del voltaje aplicado, abandone perpetuamente el átomo. Todos los electrones liberados en el material son conducidos por el voltaje aplicado fuera del material hacia el circuito, donde se pueden medir en forma de una corriente eléctrica. Este efecto tiene importantes aplicaciones hoy en dia, entre ellas hace posible obtener corriente eléctrica de la luz del sol. Asi es, es lo que hace funcionar a los paneles solares, que hoy en dia son capaces de brindar energía desde calculadoras hasta automóviles, ciudades, comunidades recónditas en la selva y estaciones espaciales.



El CCD es un material semiconductor fotoelectrico que es dividido en pequeñas celdas individuales llamadas pixeles (Si, de aqui proviene el concepto), asi cada pixel se convierte en una unidad individual. Cuando la luz incide sobre el material, cada pixel emitirá electrones segun la intensidad de la luz que reciba, un pixel que reciba una luz intensa emitirá mas electrones que uno que reciba una luz débil. Asi si proyectamos una imágen, digamos de una estrella, sobre el chip ( le llamamos chip al arreglo fisico total de pixeles ) los pixeles que queden en el centro de la estrella emitiran muchos electrones, los que queden en los bordes emitiran menos y los que queden fuera de la estrella no emitran del todo (lo cual no es completamente cierto, luego veremos por qué).  Los electrones son almacendados en la parte trasera del chip, y despues de un cierto tiempo en el que la luz ha estado incidiendo en el chip (tiempo de exposición) , se bloquea la luz incidente, se le aplica un voltaje y en orden, se van recogiendo y contando los electrones acumulados en cada pixel., uno por uno. Esta información se digitaliza y asi tenemos información digital de la distribución de la intensidad de la luz en la superficie del chip; en otras palabras tenemos toda la información necesaria para crear una imágen digital.



 Sin embargo las imágenes creadas de esta forma no tienen información sobre el color de lo que esta representado, por tanto los chip CCD solo son capaces de dar imágenes en blanco y negro. Para obetener imágenes en color es necesario utilizar filtros. Los filtros son fragmentos de vidrio que solo permiten dejar pasar a través de ellos únicamente ciertas longitudes de onda de la luz, o lo que es lo mismo, sólo ciertos colores. El ojo humano usa detectores químicos de luz, los conos y los bastoncillos, los cuales son sensibles únicamente a un color según el tipo : rojo, verde, azul y blanco y negro. Al juntar en nuestro cerebro la imagen de luz azul, con la roja, con la verde, (la balnco y negro es para dar una medida de la luminosidad) es cuando vemos todos los demás colores. El truco con las cámaras es similar: Tomamos una foto solo con luz roja, otra solo con luz verde y otra solo con luz azul (gracias a los filtros que ponemos delante del detector), luego  mezclamos estas imagenes y obtenemos una imágen en colores reales (Llamada RGB por las siglas de los colores que la componen en inglés Red-rojo Green-verde y Blue-azul).

Si bien las aplicaciones han sido innumerables (prácticamente todas las cámaras digitales de video y fotos y los detectores de movimento se basan en esta tecnología; todo gracias Hertz y Einstein, a sus trabajos en un tiempo en el que las aplicaciones no se podian ni imaginar, ejemplo perfecto de que  la ciencia pura tarde o temprano trae importantes aplicaciones) la astronomía fué una de las primeras en aprovechar sus grandes ventajas ya en los años 70 (como lo hiciera al ser tambien una de las primeras en aplicar la fotografia  quimica en el siglo XIX). Un chip CCD es mucho mas sensible que una película fotográfica, por tanto premite recolectar mas luz en menos tiempo, por lo que imágenes que tardaban horas en formarse en una pelicula, en un chip ccd requieren apenas unos pocos minutos de exposición, puestos en el mismo telescopio, permitiendo asi mismo alcanzar objetos mucho mas débiles. Gracias a los CCD, pequeños telescopios de aficionado son capaces de fotografiar objetos que antes solo podian verse a través de grandes telescopios profesionales como el Hale de 5 metros, ni que mencionar sobre cómo se expandieron también las capacidades de estos últimos.

A partir de que el CCD se popularizó en astronomia en la década de 1990, ha habido una revolución total en esta ciencia. los detectores cada vez se hacen mas grandes y mas sensibles y han permitido captar objetos en el borde del universo conocido a mas de 12000 millones de años luz. Los aficionados han tenido a su alcance herramientas de relativamente bajo costo que ha permitido que mas que nunca hagan contribuciones serias e importanes a esta ciencia. Y los CCD no solo trabajan en luz visible, son capaces tambien de detectar el infrarrojo y el ultravioleta cercanos. El satélite WISE fué lanzado hace solo una semana y a bordo lleva cuatro CCD´s con un millon de pixeles cada uno, construidos especialmente para captar luz infrarroja de longitudes de onda mucho mas largas que la que detectan los CCD´s normales y busca la ambiciosa meta de lograr un completo mapa de todo el cielo en el infrarrojo.

En el OAUNAN tenemos dos cámaras CCD: la vieja pero excelente SBIG ST-237A con un sistema de filtros Bessel (usa otros colores distintos de RGB) y la Meade Deep Sky Imager, mas moderna y con un campo mas apmlio que en esta temporada nos disponemos a probar.



Hay que mencionar que si bien en astronomia se toma una imágen con cada filtro separadamente y luego si es el caso se juntan, en las cámaras comerciales, en especial las de video, se suelen tomar al mismo tiempo, cada una ocupando una parte del chip, combinandose de forma automatica, algo que en astronomia no es posible hacer. Mas adelante les traeré otro artículo sobre como se trabajan las imágenes CCD en astronomia, mientras tanto, FELIZ NAVIDAD a todos.





viernes, 18 de diciembre de 2009

#5 Fibra óptica y astronomia.

   Bueno, al fin oficialmente terminaron las clases en la UNAN (felizmente pasé todas las materias :-) ) y empieza la temporada de observaciones astronómicas. Ayer tuvimos la primera sesión en la que básicamente pasamos calibrando el telescopio y haciendo pruebas con la nueva cámara Meade Deep Sky Imager, que tiene un campo mucho mas grande y en teoría es mas sensible que la vieja SBIG ST-237A.

   Este año, el premio Nobel de física fué concedido a los inventores del CCD y de la fibra óptica. La fibra óptica como todos sabemos es importante para la transmisión de informacón a alta velocidad, internet, televisión, telefonía, etc. Básicamente consiste en enviar señales luminoslas a tavés de un hilo de vidrio muy delgado, tan delgado que la luz siempre rebota en sus paredes internas con un ańgulo tan pequeño que es siempre reflejada y no escapa hasta que llega al otro extremo, de esta forma podemos enviar  señales al otro lado del mundo en instantes ya que se transmiten a la velocidad de la luz (no la velocidad de la luz en el vacio, sino en el vidrio, que es algo mas lenta). Ademas debido a las propiedades ondulatorias de la luz, se pueden enviar miles o millones de señales diferentes a través de un mismo hilo, cada una en una frecuencia diferente. En cada estación de transmisión de fibra óptica un rayo LASER envia pulsos de luz a través de uno de los extremos del cable. El premio fué otorgado a Charles K. Kao  de origen británico por sus importantes aportes a esta tecnología en los  años 60.



   En astronomía las fibras ópticas han venido a proveer avances importantes en istrumentación. Anteriormente cuando se tomaba el espectro de un objeto celeste habia de hacerse de uno en uno, con largos periodos en que las placas fotogŕaficas registraban la tenue luz de los patrones de franjas y revelaban la composición quimica y otras caracteristicas del objeto estudiado. Hoy en dia existe la espectroscopía multiobjeto. En este caso todas las estrellas que queden dentro del campo de vision pueden ser estudiadas individualmente. La tècnica consiste en poner una máscara de aluminio que tiene perforaciones en la posición exacta de los objetos de intereres tal como aparecen en el campo de visiòn del telescopio. La luz que pasa por esos orificios es conducida por fibras óprticas a una habitación separada del telescopio (No siempre) donde es analizada por el espectómetro. Esto ha constituido una revolucion al permitir estudiar muchos objetos al mismo tiempo, algo muy valioso en estos tiempos en que el tiempo-telescopio en los grandes observatorios es muy solicitado y no se puede asignar demasiado tiempo a cad atrabajo. Sin embargo por su complejidad, tamaño y precio,este tipo de espectrómetros solo suele usarse en observatorios profesionales de cierto tamaño.

   Aqui les dejo un par de imágenes de EMIR, el espectrometro de infrarrojos de que dispondrá el Gran Telescopio Canarias, para que vean la complejidad de este tipo de instrumentos. Cuando entre en servicio erá el mas avanzado construido hasta ese momento.




Pueden leer un interesante artículo sobre el funcionamiento de este futuro instrumento del telescopio mas grande del mundo aqui: http://www.gtcdigital.net/noticias.php?id=55

lunes, 14 de diciembre de 2009

#4 Clausura del AIA2009 y fotografias.

  Al fin se llevó a cabo el pasado jueves el último foro del año, y con el, la clausura oficial de las actividades del año internacional de la astronomía del observatorio.

  La charla estuvo a cargo de Humberto García, responsable de instrumentación del observatorio y con bastante experiencia en el tema expuesto. El tema era sobre las estrellas dobles tipo WU Uma, un tipo de estrella variable en el que dos estrellas giran una alrededor de la otra a distancias tan cercanas que su atmósfera es deformada por las fuerzas de marea. Cada vez que una de las estrellas pasa enfrente de la otra desde nuestro punto de vista, vemos que el brillo disminuye (la mayoria de las veces las estrellas estan tan cerca entre si y tan lejos de nosotros que se ven como un solo objeto). Entonces tenemos que el brillo de la estrella presenta dos minimos en su periodo, cada vez que una de las estrellas pasa frente a la otra.


  Humberto presentó algunos resultados que obtuvo trabajando en estas estrellas con el profesor José Peña del IA-UNAM (México) en el Observatorio Astronómico Nacional de México en San Pedro Mártir. Humberto destacó la importancia que este tipo de estudios podria tener para nuestro pais debido a que es posible llevarlo a cabo con equipos modestos como los que posee el observartorio de la UNAN-Managua.

   Por otro lado ese mismo dia fueron entregados al observatorio los posters con fotografias astronómicas que debian ser expuestos como parte de AIA 2009 pero que debido al retraso en la entrga de los fondos por parte de UNESCO y CONICYT no se pudieron terminar hasta ahora. Aqui les dejo unas fotografias tomadas con mi cel (disculpen la mala calidad) de cuando fuimos a buscar los poster y los caballetes a la carpinteria de San Judas donde los enmarcaron e hicieron los caballetes. Fuimos a recogerlos Humberto, el profesor Javier Pichardo, Mario Rios, y yo. Seis de estas imágenes fueron exibidas durante el foro.




Cargando los caballetes en la camioneta.




 
Una vez en el observatorio fue dificil acomodar todo el material, de momento asi queda aunque definitivamente cuando se reanuden las visitas de los colegios el próximo año habrá que buscarle otro espacio.




 
Un par de ellas se usaron para decorar el observatorio y de paso ahorrar espacio.



Esta de la luna se exhibe orgullosamente ya que muestra imágenes exclusivamente tomadas desde el OAUNAN, tanto desde la CCD usada en invstigación como desde cámara convencional, siempre a través del telescopio.

   La idea es el año que viene realizar una serie de exposiciones con todas estas imágenes de forma que capten la atención del público hacia las maravillas del cosmos y despierten de paso algo de conciencia científica en nuestra sociedad.


lunes, 16 de noviembre de 2009

#2 Foro: Galileo, el mensajero de las estrellas.


Este mes me tocó a mi impartir la charla del foro que organiza mes a mes el observatorio desde el año pasado, sobre algun tema de actualidad en la astronomia y la física. Los dos anteriores fueron sobre astrobiologia y computación cuántica. En esta ocasión estaré hablando sobre la vida y obra de Galileo Galilei, a quien se dedica el año internacional de la astronomia, que ya está por terminar.

Lo que voy a presentar, fué elaborado en realidad para presentarselo a los colegios que vienen de visita al observatorio, la elaboramos Marcel Chow y yo, la presentamos en muchas ocasiones alternandonos. Lamentablemente durante el segundo semestre casi no se pudo por problemas de horario. Ahora al hacerla en un foro esperamos llegar a más gente y dar a conocer un poquito mas la vida de este padre de la ciencia y los motivos por los cuales les celebramos.

Por lo general las conferencias de los foros los imparte alguien que trabaja o ha estudiado el tema, generalemnte licenciados o master (algunos incluso de fuera del pais) sin embargo dado que solo es una biografía pues la puede impartir un estudiante como yo :P Marcel no podra darla por cuestiones de horarios en su trabajo. Esperemos que llegue mucha gente y salga todo bien.

Aula 4804 (Por el moscú)
Hora: 6:00PM
Martes 17 - 11 - 2009


Por otro lado esta noche el cielo estuvo muy oscuro y despejado, lo cual significa que reanudaremos las observaciones pronto :D

miércoles, 11 de noviembre de 2009

#1 Big Bang!



Y todo comenzó con una gran explosión. Bienvenidos a este blog en el que trataré de contar algunas vivencias interesantes de un estudiante física y astronomia en Nicaragua.

Estamos ya cerca de finalizar el año internacional de la astronomia. A lo largo del año se vinieron realizando una serie de actividades sin precedentes en el pais, dedicadas a acercar la astronomía al gran público, en especial a los jóvenes. Es algo muy importante, desarrollar conciencia científica en la población, mostrarles que la ciencia es algo que se puede hacer aqui y que nos beneficia a todos, no solo como pais sino como especie humana. Es mas aun importante si tenemos en cuenta que es un pais que ya antes de la famosa crisis económica mundial invertía menos del 1% de su presupuesto nacional en investicgación científica y tecnológica. Es facil olvidarse de la ciencia cuando el pais pasa por tantas necesidades, pero principalmente cuando la clase política no tiene la mas minima voluntad en desarrollarla. Es importante mostrar como los paises desarrollados lo son porque invierten mucho en investigación y no al revés. Si bien es cierto que no podemos permitirnos un presupuesto que cubra las necesidades en el área científica, también es cierto que podría ponerse mas voluntad de parte de las autoridades, no solo en el gobierno, sino en las universidades (en general) que deberian tener la investigación como uno de sus principales pilares.

A pesar de todo ello, y teniendolo en cuenta se puede decir que en este año de la astronomia se lograron grandes cosas. Las asociaciones de aficionadosrealizaron varias actividades de cara al público en general. Es de destacar la partipación en las 100 horas de astronomía llevada a cabo por la Asociación Nicaragüense de AStronomos Aficionados (ANASA), en la que se movilizaron en calles y colegios de tres ciudades del pacífico (Managua, Granada y Jinotepe) y en las que mas de 5000 personas pudieron observar por un telescopio, la gran mayoria por primera vez en sus vidas. Pueden visitar la página oficial de ANASA aqui: http://www.anasa.org.ni/




En el observatorio tuvimos también mucha actividad. principalemente con los colegios de secundaria. Hemos recibido y seguimos recibiendo la visita de miles de alumnos de colegios de varias partes del país, los cuales pueden observar el Sol con el telescopio si el clima lo permite y ademas recibien una charla o ven la proyección de algún documental sobre alguno de los temas ofrecidos a escoger a los profesores. Tambien fué importante un curso orientado a profesores de secundaria (Parte de un proyecto internacional con sede en Sudáfrica) en el que se pretende entrenarles en astronomía general, ya que la mayoría carecen de la formación necesaria para impartir las clases de astronomía que el ministerio de educación ha incluido en la clase de ciencias naturales con la última transformación curricular. Por la realizción de esta actividad incluso se recibieron felicitaciones de los organizadores en Sudáfrica por haber cumplido las metas antes de tiempo. Además, también con el mismo propósito se impartieron cursos en las escuelas normales para preparar a futuros profesores.

En cuanto a investigación, en estos momentos entre otras cosas estamos muy concentrados en aprender fotometría, ya retomamos un estudio de la calidad fotométrica del cielo iniciado hace algunos años por Humberto G.; ahora nos estamos enfocando principalmente en calcular los coeficientes de extinción del cielo de Managua. Esto son unos números que nos dan una medida de que tanta luz proveniente de las estrellas es absorvida por la atmósfera en determinadas longitudes de onda, prerrequisito indispensable para poder realizar fotometría absoluta. Tambien mencionaré que desde hace algún tiempo estamos en contacto con Darin Ragozzine, experta en objetos del cinturón de Kuiper (KBOs) y es muy probable que colaboremos en observaciones de ocultaciones de estrellas por este tipo de objetos. Hablaré de este interesante tema mas adelante.

No olviden revisar regularmente la página oficial del observatorio: http://www.unan.edu.ni/oaunan/oaunan.php

En fin, asi doy comienzo a este blog, ojalá lo disfruten.