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Home I+D+I Astrofísica Observatorio

OBSERVATORIO ASTRONÓMICO


Presentación

La Agencia Espacial del Perú (CONIDA), por medio de la Dirección de Astrofísica el año 2004 realizó un estudio del cielo por medio de imágenes de satélite (http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/),  con la finalidad de encontrar un lugar adecuado en el territorio peruano para instalar un observatorio astronómico profesional.

El primer resultado de esta investigación fue que las  zonas al sur del Perú cumplen con  las condiciones adecuadas para la instalación de un observatorio astronómico (ver Figura 1).

Figura 1. Las zonas más oscuras presentan menor cantidad de nubes contrariamente a las zonas más claras.

La Figura 2  muestra un mapa de elevación del sur del Perú, donde la zona  azulada son  nuestras primeras zonas de interés.

Figura 2. Promedios anuales de la densidad de nubes 1961-1990 (0,5º Latitud X 0,5º Longitud). 

Con esta información se iniciaron las expediciones JANAX que buscaron validar estos resultados con datos tomados in situ.  Estas campañas se iniciaron en mayo del 2006  y las medidas se realizaron con un telescopio Meade LX200R de 14” (ver Figura 3b).

Figura 3. (a)Imagen tomada en la región de la constelación de Orión durante la misión JANAX II. (b)Parte del equipo de la Dirección                        de Astrofísica con el telescopio Meade LX200R de 14”(derecha). 

Las misiones JANAX consideraron buscar lugares que se encuentren por encima de los 4500 msnm y que además se encuentren en zonas de baja nubosidad, así se llegó a la Región de Moquegua, Provincia de Mariscal Nieto, distrito de Carumas, Centro Poblado de Cambrune.

La Agencia Espacial del Perú adquirió un telescopio Ritchey-Chretién de 1 metro de apertura (Figura 5) y una cámara CCD FLI Proline  y un set de filtros SLOAN, todo esto  para ser  instalado en  Moquegua.

El telescopio  puede controlarse remotamente desde cualquier parte, además de poder programarse observaciones sucesivas.

  

Figura 5. Telescopio Ritchey-Chretién adquirido por Conida en la fábrica ubicada en Baden-Baden (Alemania (mayo2017).

Búsqueda de sitios

BUSQUEDA DE SITIOS ASTRONÓMICOS EN TERRITORIO PERUANO

CRITERIOS DE SELECCIÓN

Un lugar con condiciones atmosféricas adecuadas para la observación astronómica debe cumplir una serie de requisitos a fin de que la luz que nos llega de las estrellas esté lo menos distorcinada posible, esto sucede cuando los movimientos de la atmósfera local son de manera laminar. Naturalmente es importante que la luz llegue a nosotros, es por ello que uno de los criterios considerados es que el lugar tenga pocas nubes.
La altitud en los sitios astronómicos es importante porque permite que tengamos acceso a más ventanas atmosféricas, esto es porque a mayor altura menor porcentaje de atmósfera dispersan la radiación.

En general, los criterios considerados para la selección de sitios en territorio peruano fueron:

1.    mínima nubosidad
2.    mínimo contenido de agua en la atmósfera
3.    mínima turbulencia atmosférica
4.    mínima contaminación atmosférica
5.    mínima contaminación lumínica
6.    máxima altitud (mayor a 4500 m.s.n.m.)
7.    máxima distancia a fuentes de ruido radio-eléctrico
8.    cercanía de caminos transitables

METODOLOGÍA

Para conseguir nuestro objetivo se definió una serie de pasos a seguir que van desde el análisis preliminar global del territorio peruano hasta las mediciones in situ de las zonas seleccionadas.

1. Análisis global del territorio utilizando datos meteorológicos satelitales.
2. Selección de zonas de interés.
3. Ubicación de sitios con topografías adecuadas dentro de las zonas de interés.
4. Medición de condiciones meteorológicas y astroclimatológicas locales en los sitios ubicados.

1.    ANÁLISIS GLOBAL DEL TERRITORIO UTILIZANDO DATOS METEOREOLÓGICOS SATELITALES

Análisis a partir de datos del proyecto
Surface Meteorology and Solar Energy (SSE) de la NASA

 

Las variables proporcionadas por la SSE de la NASA que fueron consideradas para el análisis son las siguientes:    

            Cobertura nubosa.
            Altura de la columna de agua precipitable.
            Razón de humedad.
            Temperatura del punto de rocío.
            Velocidad del viento.
            Frecuencia de cielos despejados.
            Frecuencia de cielos parcialmente nublados.
            Frecuencia de cielos casi nublados.
           
cobertura temporal:  10 años (julio 1983 a junio 1993)
cobertura espacial:    todo el territorio peruano
resolución temporal: datos mensuales
resolución espacial:   celdas de 1° de latitud por 1° de longitud
metodología:    la base de datos NASA – SSE recoge datos satelitales de diversas fuentes, los cuales fueron contrastados con datos obtenidos sobre la superficie terrestre, estandarizados, e interpolados sobre una grilla de celdas que cubre todo el globo. Sus autores afirman que reproduce con una buena fidelidad los comportamientos relativos de las variables climáticas, aunque algunas de ellas, en ciertos territorios, pueden diferir de los valores absolutos.

 

 

COBERTURA NUBOSA SEGÚN DATOS NASA – SSE

En este mapa puede verse un indicador de la nubosidad sobre la mitad sur del territorio peruano y el norte de Chile.

Los datos corresponden a un promedio de los valores mensuales durante los 10 años cubiertos por el estudio. Se indica el porcentaje de la superficie de cada celda que permanece cubierto por nubes durante las horas nocturnas (de 19:00 a 04:00 hs.).

Se observa que la nubosidad tiende a disminuir hacia el sur del Perú. Los valores mínimos son similares a los medidos en los sitios donde se encuentran los importantes telescopios del Observatorio Europeo del Sur (ESO) en Cerro Paranal (latitud 24° 40’ Sur, longitud 70° 25’ Oeste) en Chile.

COLUMNA TOTAL DE AGUA PRECIPITABLE SEGÚN DATOS NASA –SSE

Esta variable indica la altura expresada en centímetros que tendría el agua contenida en la atmósfera en un lugar determinado si fuese condensada a la presión atmósferica en el nivel del mar. Esta columna  abarca desde el nivel del mar hasta una altura de 9400 m.s.n.m.

En el mapa está expresada esta variable. Se puede observar que en dirección al sur del Perú la cantidad de agua en la atmósfera tiende a disminuir teniendo un promedio de columna de agua precipitable entre 2.5 y 3.0 cm.

RAZON DE HUMEDAD PROMEDIO SEGÚN DATOS NASA – SSE

En el mapa se visualiza la variación de la razón de humedad en el sur del Perú. Esta variable indica la relación entre la masa de vapor de agua y la masa de aire seco expresadas en kg.

Se puede observar que hacia el sur del Perú, el valor de esta variable es dominante por el valor entre 0.0075 y 0.010 kg/kg, pero en un sector del Departamento de Arequipa y en un pequeño sector del Departamento de Tacna (por la frontera con Chile y Bolivia) se encontraron valores promedio mas bajos que varían entre 0.005 y 0.0075 kg/kg.

TEMPERATURA DEL PUNTO DE ROCIO SEGÚN DATOS NASA – SSE

La temperatura del punto de rocío indica la temperatura (en grados Celsius) a la cual el aire se satura con vapor de agua.

En el mapa se puede observar que esta variable va disminuyendo en dirección al sur del Perú, encontrándose los valores más bajos en zonas de Arequipa, Moquegua y Tacna, donde estos valores promedio varían entre -5 y 5 ºC.

INDICADOR DE HUMEDAD CALCULADO CON DATOS NASA – SSE

A fin de tener un indicador de humedad que abarque las variables anteriores, Columna Total de Agua Precipitable (tcpw), Temperatura del Punto de Rocío (dp) y Razón de Humedad (hr),  se construyó el indicador de humedad (hi), haciendo uso de la siguiente ecuación:

    

donde min(x) y max(x) indican respectivamente el mínimo y el máximo de la variable x una celda determinada del mapa.

Se encuentra que en dirección al sur del Perú el indicador disminuye, teniéndose como lugares menos húmedos (en el Perú) zonas de Arequipa, Moquegua y Tacna, variando entre valores de 40 y 45 en una escala del 1 al 100, refiriéndose a 100 como zonas con mayor humedad y 1 como zonas más secas.

VELOCIDAD DEL VIENTO  SEGÚN DATOS NASA – SSE

 

La velocidad del viento tiene influencia directa con la turbulencia de la atmósfera local, debido a que a mayor velocidad del viento, hay mayor posibilidad de turbulencia. En el mapa se representan las velocidades promedio del viento durante el período del estudio. La zona de la costa, sierra y altiplano peruano presentan valores casi constantes y menores que los del norte de Chile.

INDICADOR METEOROLOGICO DE CALIDAD DE SITIO CALCULADO A PARTIR DE DATOS NASA – SSE

 

Este mapa presenta la información combinada del Indicador de Humedad (hi), Cobertura nubosa (nca) yVelocidad del viento (ws) a 10 m de altitud.

Los valores del mapa corresponden al indicador meteorológico de calidad de sitio mi, calculado por medio de la ecuación: 

 

 

 

donde min(x)y max(x)indican respectivamente el mínimo y el máximo de la variable xen una celda determinada del mapa.

Se observa que en el Sur del Perú, en zonas de los Departamentos  de Ica, Arequipa, Moquegua y Tacna  se encuentran  los mejores valores del indicador meteorologico.

2.         SELECCIÓN DE ZONAS DE INTERÉS

Las zonas con menores valores del indicador meteorológico mi fueron seleccionadas para un estudio más detallado. Estas zonas son las indicadas en la Tabla siguiente:

    

A continuación se detallan los valores del indicador meteorológico de calidad de sitio mi para cada una de estas zonas.

  

Puede notarse que los valores del indicador mi son bastantes similares para las 5 zonas. Los valores mínimos corresponden a las zonas 2 y 5.

EVOLUCIÓN MENSUAL DE LA COBERTURA NUBOSA SEGÚN DATOS NASA – SSE

En la Tabla que sigue se detallan los porcentajes de la superficie de cada celda cubierto por nubes durante horas nocturnas (de 19:00 a 04:00 hs.) promediado por meses durante los 10 meses cubiertos por el estudio.

Las zonas 1 a 5 son las zonas de interés seleccionadas anteriormente. Los Observatorios de Cerro Paranal y La Silla forman parte del Observatorio Europeo del Sur (ESO) ubicado en Chile, mientras que el Observatorio CASLEO se encuentra en Argentina, y Pico dos Dias en Brasil. Para los casos de los observatorios los valores corresponden a la celda dentro de la cual está situado cada observatorio.

  

EVALUACIÓN MENSUAL DEL INDICADOR DE CIELO FAVORABLE

La frecuencia de cielos despejados (cs), la frecuencia de cielo parcialmente nublado (bc) y la frecuencia de cielo casi nublado (no), todas variables de los datos NASA – SSE, fueron utilizadas para construir un indicador de cielo favorable (fs) dado por la ecuación:

Así, el indicador fs representa el porcentaje de tiempo durante el cual la superficie de la celda cubierta por nubes fue menor que el 70%. Este indicador fue evaluado promediando los datos NASA – SSE mensualmente sobre cada zona de interés. También se evaluó para las celdas de otros observatorios importantes de la región.

A continuación puede verse la Tabla de valores obtenidos para el indicador fs y su representación gráfica. Los mejores sitios son los que alcanzan valores más altos.

Nótese que los observatorios de Cerro Paranal y CASLEO son los que tienen los comportamientos más estables, siendo Co. Paranal el mejor de los dos. Las zonas del sur del Perú y Pico dos Dias tienen comportamientos estacionales similares pero el sur peruano presenta siempre mejores valores que Pico dos Dias. Las zonas 4 y 5, entre abril y noviembre superan a CASLEO y las zonas 1, 2, 4 y 5, entre mayo y setiembre superan a CASLEO y Co. Paranal, alcanzando más del 90% del tiempo con cielo favorable. En cuanto al comportamiento anual, las zonas del sur peruano se sitúan todas alrededor del 60% del tiempo con cielo favorable, superando a Pico dos Dias, pero con valores inferiores a CASLEO (73%) y a Co. Paranal (84%).

Análisis a partir de datos del proyecto International Satellite Land-Surface Climatology Project (ISLSCP) de la NASA

variable analizada:         densidad nubosa

cobertura temporal:       30 años (1961 a 1990)

cobertura espacial:        todo el territorio peruano

resolución temporal:      datos mensuales

resolución espacial:       celdas de 0,5° de latitud por 0,5° de longitud

metodología:                 la base de datos NASA – ISLSCP recoge datos satelitales y datos climatológicos de la superficie terrestre, estandarizados, e interpolados sobre una grilla de celdas que cubre todo el globo.

A continuación puede verse un mapa de concentración nubosa sobre el territorio peruano según datos NASA – ISLSCP. Los datos corresponden a un promedio de los valores mensuales durante los 30 años cubiertos por el estudio. Los colores indican los valores relativos de los porcentajes de nubosidad.

 

Se observa que la nubosidad tiende a disminuir hacia el sur del Perú. Esta variable alcanza su mínimo absoluto en el territorio peruano en la celda centrada en 16,5° Sur y 72° Oeste (depto. de Arequipa).

NUBOSIDAD SEGÚN DATOS NASA – ISLSCP EN LAS ZONAS DE INTERÉS

 

En el mapa siguiente se superponen los valores de densidad de nubes según los datos NASA – ISLSCP con un mapa de las zonas de interés 1 y 2 (completas) y 3, 4 y 5 (parciales). El aumento de color rojo indica mayor nubosidad, el color azul disminución.

Los sectores con baja nubosidad en zonas altas se concentran alrededor del punto (17° Sur, 70°30’ Oeste) y también del punto (16°30’ Sur, 71° Oeste).

3.         UBICACIÓN DE SITIOS CON TOPOGRAFÍAS ADECUADAS DENTRO DE LAS ZONAS DE INTERÉS

 

A continuación puede verse una imagen promedio de la concentración de nubes al amanecer en las 5 zonas de interés.

La imagen se obtuvo a partir de un monitoreo diario de las imágenes del satélite GOES-12 en el canal 3 de la banda Infrarroja entre el 1° de junio y el 31 de agosto de 2004. Cada punto (pixel) de la imagen representa un cuadrado de 4 km por 4 km en el terreno.

Referencias:      cruces pequeñas rojas:  cerros de más de 4500 m.s.n.m. cercanos a carreteras

                        aspas grandes rojas:     cerros de mayor interés

                        triángulos rojos:            volcanes activos

 

Las nubes (color blanco) se concentran en las partes más altas del territorio. Existe una sub-zona (comprendida entre las latitudes 16°30’ a 17° Sur y longitudes 70°30’ a 71° Oeste) que se mantiene despejada durante casi todo el período. Esta sub-zona corresponde a la carta 34-u del Instituto Geográfico Nacional (IGN) y contiene varios cerros con alturas superiores a 4500 m.s.n.m.

4.         MEDICIÓN DE CONDICIONES METEOROLÓGICAS Y ASTROCLIMATOLÓGICAS LOCALES EN LOS SITIOS UBICADOS

Expedición JANAX-I

Esta fue la primera de una serie de expediciones destinadas a verificar localmente las predicciones de las etapas anteriores del estudio y a medir algunos indicadores de calidad de cielo (seeing, coeficientes de extinción, variabilidad microtérmica). La expedición JANAX-I fue dirigida a la zona 34-u y realizó verificaciones cualitativas de distribución de aerosoles y mediciones cuantitativas del coeficiente de extinción de primer orden k’b. En un sitio se tomaron 6 imágenes de 15 s de exposición cada una en la noche del 14/9/2004, con una óptica de 35 mm a f/1.4, sobre película Kodak Tmax T400 CN, de un campo de 21° x 33° aproximadamente (ver figura), alrededor de la estrella Altair (aAql). El lugar de observación se hallaba a 4350 m de altitud, con una temperatura promedio durante las observaciones de –1°C, humedad relativa promedio 17% y punto de rocío promedio –16°C. Los negativos se digitalizaron con un scanner de 1200 dpi.

Se realizaron 508 mediciones fotométricas de un conjunto de 179 estrellas no-variables, de acuerdo a la base de datos SIMBAD (10), con magnitudes 0,77 < V< 8,46 e índices de color –0,60 < BV< 2,03 . Utilizando un sub-conjunto de estrellas con –0,10 < BV< 0,10 se obtuvo k’by la constante de punto cero a1siguiendo el método de Harris (11). Luego, con el conjunto total de observaciones se obtuvieron el coeficiente de extinción de 2° orden k”by el coef. de transformación de primer orden a2, considerando la relación:

donde bes la magnitud instrumental.

De este modo se obtuvo: a1  = 13,4 ±0,1; a= -0,15 ±0,13; k’b   =  0,29 ±0,11; k”b  = -0,60 ±0,11 .La correspondencia entre las magnitudes calculadas mediante estos coeficientes, denominadas B34uy las magnitudes Bobtenidas del catálogo está representada en la figura siguiente:

Resultados

1.- A partir de análisis efectuado se concluye que pueden existir sitios astronómicos de buena calidad en el sur del Perú, con condiciones meteorológicas similares a las de los principales observatorios de Sudamérica pero con mayor altitud.

2.- Se han identificado varios sitios posibles en la zona 34-u como los de mejor potencial para observaciones astronómicas en todas las bandas.

3.- El coeficiente de extinción de primer orden en la banda B, k’b   =  0,29 ±0,11, en la zona 34-u en la noche observada está dentro de lo normal para un observatorio. 

El valor obtenido para k’bpodría estar ligado al estado del tiempo en la noche de observación. Resulta imprescindible un estudio más prolongado para poder determinar su valor real. Además, los valores de a2y k”bfueron ajustados utilizando los colores de las estrellas dados por el catálogo SIMBAD (http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/). Un estudio más preciso requeriría la medición de los colores in situ, utilizando los filtros correspondientes.

Última actualización el Jueves, 14 de Septiembre de 2017 19:12