Monitores de seeing DIMM

Introducción

El proyecto consiste en el estudio del seeing y otros parámetros astronómicos relacionados con las principales variables atmosféricas del OSN. Inicialmente fue financiado por la Junta de Andalucía y posteriormente sufragado con fondos propios. Su primer objetivo fue instalar un sistema que nos proporcionara medidas de seeing atmosférico de forma diaria durante tres años, usando estrellas brillantes, con registro simultáneo de datos atmosféricos. Posteriormente y financiado por el proyecto de Excelencia P07-FQM2864 de la Junta de Andalucía, se incorporó un segundo monitor para hacer mediciones de seeing simultáneas dentro de cúpula con el objeto de determinar su incidencia en la calidad de las observaciones.

 

Monitor exterior (2002) Monitor de cúpula (2008)

 

Los monitores de seeing construidos son del tipo DIMM (Differential Image Motion Monitor) para que dieran resultados comparables a los medidos por los observatorios de Calar Alto, Roque de los Muchachos y ESO en Chile que son del mismo tipo. Dichos sistemas deberían validarse con los monitores de seeing de estos observatorios para una correcta interpretación de los datos. Denominados también de la serie RoboDIMM por ser instrumentos que no necesitan prácticamente intervención por parte del operador, el OSN RoboDIMM constituye el prototipo de esta serie de monitores de seeing que actualmente se encuentran operativos en otros observatorios, como el del Observatorio Hispano-Alemán de Calar Alto (CAHA). Desde octubre de 2002 el primer instrumento de medida del seeing atmosférico ha estado funcionando de manera estable hasta la actualidad cumpliendo con creces el objetivo fundamental de caracterización del seeing del OSN. En 2008 se construyó y se incorporó el segundo monitor de seeing de las mismas características para medir la contribución del seeing producido en el interior de cúpula, después de la campaña de calibración junto al monitor que ya existía. Este instrumento lleva midiendo regularmente desde el año 2010. En medidas de seeing se describe cómo se han llevado a cabo la obtención de los datos y sus resultados.

Características de los instrumentos

Elementos principales

Los dos monitores de seeing del OSN, salvo pequeñas diferencias, tienen las mismas características de diseño para facilitar el proceso de medida, ambos constan de:

  • Montura. Montura ecuatorial del tipo alemán (monitor de seeing exterior) y de horquilla americana con configuración ecuatorial (monitor de seeing de cúpula) con columna y base de soporte respectivamente. Estos equipos han sido elegidos porque son capaces de mover cargas de hasta 25 kg y porque se pone fácilmente en estación, a la par de que están motorizados y son controlables por ordenador. Los sistemas se controlan desde dos ordenadores a través de puertos series. Existe software comercial que permite su operación pero para el uso como monitores de seeing se ha implementado un programa especial desarrollado para este fin. La montura también tiene una entrada para el autoguiador con el estándar TTL. La precisión de apuntado nominal es del orden de varios minutos de arco, suficiente para los propósitos del proyecto. En la práctica, la montura ha resultado dar mucha menor precisión de apuntado de lo previsto, por razones que no hemos podido detectar. Por ello, para el autocentrado de las estrellas se introdujeron algunos sistemas adicionales como cámaras de video en buscadores adicionales basados en lentes telefoto.

  • Tubos ópticos. Los tubos son de 20cm de diámetro a f/10, con anteojos buscadores.

  • Anillas de sujeción. Se necesitan anillas de sujeción del tubo óptico a la montura para el monitor exterior.

  • Cuñas ópticas. Se trata de prismas de cuña de unos 6 cm de diámetro, capaces de desviar el haz entrante unos 30-60 seg de arco y colocados en el siguiente elemento.

  • Máscaras con dos sub-aperturas. Una de las máscaras para la cuña óptica y la segunda, con orificio de las mismas dimensiones (6 cm), está separada 14 cm de la anterior.

  • Cámaras CCD de video de alta sensibilidad. El chip de las cámaras CCD es un Interline Transfer Sony Exview HAD CCD de 1/2”. La cámara dispone de un controlador manual/automático de la ganancia y un controlador manual de la velocidad del obturador electrónico entre 1/25 y 1/100000s. Para las tareas del monitoreo de seeing, la velocidad de obturación se mantendrá fija a 1/250s para asegurar que el seeing queda adecuadamente congelado para un buen número de circunstancias atmosféricas. Los controles manuales se han motorizado y son movidos desde el software principal.

  • Óptica intermedia. Óptica intermedia para proporcionar la escala de imagen adecuada para las mediciones. En principio se instaló un Zoom motorizado 8-68 mm al primer monitor que se construyó; pero con la llegada del segundo monitor se optó por oculares de distancia focal fija. En ambos instrumentos, tanto el diseño óptico como los detectores, son idénticos.

 

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Óptica intermedia Cámara de medida

 

  • Ordenadores de control. Cada monitor de seeing tiene un ordenador de control que incluye una tarjeta capturadora con dos puertos serie y dos en paralelo para comunicaciones y control. Ambos pueden controlarse remotamente.

  • Módulos de electrónica de control. Los módulos de electrónica de control funcionan como interfases entre los ordenadores y los diferentes componentes del hardware, como zoom motorizado, ganancia de la cámara, conmutadores de video para las cámaras, control de movimientos de cúpula y fuente de alimentación generales.

Configuración óptica

Las subaperturas del DIMM están separadas 14 cm y tienen 6 cm de diámetro, en una de ellas hay una cuña óptica que desvía el haz entrante unos 30" - 60" para que en el plano focal se formen dos imágenes de una misma estrella.

La escala de imagen es un parámetro importante porque controla el error con que se calcula la posición de los centroides, y por tanto, el error en el cálculo del seeing. El valor ideal de la escala de imagen depende a su vez del seeing. Podemos usar unvalor de compromiso para buenas condiciones de seeing que son las más habituales, adoptando 0,5" como un valor razonable. No obstante, es deseable poder cambiar esta escala de imagen y poder aumentar el campo de visión del instrumento cuando se cambia de estrella (así aseguramos que el objeto entra en el campo) por lo que se ha optó por usar un zoom motorizado en lugar de un ocular fijo. No obstante, tras la inclusión de una cámara en un buscador, esta opción ya no se usa y se incorporaron oculares de distancia focal fija en ambos instrumentos.

Software

La electrónica y el programa de cálculo del seeing en tiempo real para ambos monitores comprenden:

  • Control del hardware. El programa permite mover el telescopio con tres velocidades diferentes, además de ser capaz de controlar el zoom motorizado de la cámara de medida para ajustar el enfoque o cambiar la escala de imagen. El programa también nos da la posibilidad de accionar el conmutador de vídeo para seleccionar la cámara para la búsqueda de estrellas y la cámara de medida, así como de controlar el mando de la ganancia de la cámara de medida para ajustar el flujo de la estrella a medir. El software implementa también un control para mover una cúpula que a su vez se podía convertir en un control para abrir o cerrar otros albergues.
  • Visualización de datos. El software con tiene dos ventanas principales, una para la visualización de la estrella a medir y otra donde se representa gráficamente los datos que el instrumento va midiendo. Existen otras dos en las que figuran las coordenadas y masa de aire del objeto, así como la actividad del instrumento en ese momento.
  • Operación. En cuanto a la operación, el software dispone de varios menús de configuración e inicio de las medidas, un menú con las estrellas más brillantes hasta magnitud 3 con opción para elegir manualmente, o elegir la más cercana al cenit. Una vez que el instrumento está midiendo, el programa dispone de una rutina de autocentrado para asegurar que la estrella permanezca en el campo. De esta forma el instrumento es capaz de tomar hasta 2000 medidas de seeing en una noche completa de duración media.

 

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Mantenimiento

En la actualidad los instrumentos están altamente automatizados y requiere muy poco mantenimiento, no obstante requieren de:

  • Limpieza periódica de los elementos ópticos y mecánicos.
  • Reposición de equipos deteriorados o gastados.
  • Calibración periódica.
  • Comprobación periódica de la puesta en estación.
  • Gestión de la base de datos y otras tareas de índole informática.

Colaboradores y créditos

J. Aceituno 2,3, F.J. Aceituno 1,3, J.L. Ortiz 1, J. Iglesias-Páramo 1, J.L. de la Rosa1, T. Pérez 1, J.A. Ruiz 1, J.A. MirasoI 1, I. Bustamante 1, J.A. Quesada 4, S. Martín-Ruiz 1, V. Costa 1, M.A. Sánchez-Carrasco 1, J. Sánchez del Río 1.

(1) Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

(2) Centro Astronómico Hispano Alemán (CAHA), Observatorio de Calar Alto.

(3) iTEC Astronómica S.L.