Brillo de cielo nocturno

Descripción

El brillo de cielo es la medida habitual de cuánto brilla el cielo nocturno en una noche clara sin luna. Es una medida de la calidad del cielo. Permite identificar fuentes de luz artificiales contaminantes.

El fondo del cielo nocturno (NSB) es la mediana del brillo máximo del cielo nocturno, medido en una noche despejada y sin luna en una latitud galáctica alta, una latitud eclíptica alta y en un período de manchas solares mínimo. Se mide en unidades de mag/arcsec2.

En entornos libres de contaminación lumínica, el principal componente del brillo de cielo proviene de la emisión de átomos y moléculas (02, O, OH, Na) en la alta atmósfera (90 ~ 300 km) por excitación de radiación ultra-violeta (UV). Este fenómeno es conocido como "airglow" y contribuye en un 65% al brillo del cielo nocturno. En el infrarrojo cercano la contribución principal al "airglow" está dominada por las moléculas de OH y emisión térmica de CH4 y H2O

Otras contribuciones al brillo del cielo son la luz zodiacal (luz dispersada por el polvo interplanetario), que contribuye un 27%, y  la dispersión de la luz de las estrellas, que contribuye con un 7%. 

La contaminación lumínica degrada la calidad del cielo, aumentando su brillo.

El fondo de cielo nocturno se define como la mediana del máximo del brillo de cielo nocturno en una noche clara sin luna medido a alta latitud eclíptica y galáctica en época de actividad solar mínima.

Para este tema en particular, ver Benn & Ellison (1998) y Díaz-Castro, F. (1998).

Importancia

La luz artificial produce una degradación del ecosistema. Mientras mayor es la contaminación lumínica, mayor es el brillo de cielo y menos objetos astronómicos pueden ser observados.

En los Observatorios de Canarias la oscuridad del cielo está protegida por la Ley del Cielo (Ley 31/1988). La Oficina Técnica de Protección de la Calidad del Cielo (OTPC) fue creada por la IAC en enero de 1992 para asesorar sobre la aplicación de esta ley que protege a los Observatorios Canarios de la contaminación lumínica, la contaminación radioeléctrica, la contaminación atmosférica y las rutas de aviación. El OTPC realiza mediciones de rutina en el Observatorio del Teide y en el Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM).

El cielo nocturno del ORM es muy oscuro. La contribución de la contaminación lumínica al brillo del cielo es < 0.03 mag en todas las bandas. Este valor está muy por debajo del límite de 0.1 mag recomendado por la IAU para un observatorio con cielos oscuros (Benn & Ellison (2007)).

Técnicas de medición

Las mediciones se realizan con fotómetros ASTMON (ASTMON-OT, ASTMON-ORM) y SQM (ASTMON-OT, ASTMON-ORM).

ASTMON

Es una CCD con rueda de filtros (U, B, V, R, I) y un objetivo ojo de pez (campo de visión 180 grados). Se obtienen medidas de alta resolución espectral. Posee un sistema de control de temperatura y humedad integrado en una caja hermética para poder ser usada en el exterior. Hay que calibrar las imágenes en el postprocesado para poder obtener medidas estándares del brillo del cielo.

SQM

Es un fotómetro (luminacímetro) con un sensor convertidor luz-frecuencia. Mide automáticamente el brillo del cielo en una (o dos a lo sumo) bandas fotométricas de observación. Tiene un campo de visión de 20 grados.

Resultados

FONDO DE CIELO NOCTURNO EN LOS OBSERVATORIOS DE CANARIAS

Se muestra el brillo de cielo nocturno entre 1990 y 2010 en el ORM medido en el filtro V usando fotómetros.

Brillo de fondo de cielo en el ORM
Medidas del brillo de cielo nocturno en el filtro V en el ORM (Díaz-Castro, F. 1998). Se muestra el promedio de 33 noches. El eje vertical muestra el fondo de cielo. El eje horizontal muestra el ázimut.

2. El fondo de cielo se mide de forma continua en el ORM y OT con el monitor ASTMON. Se muestra a continuación las medidas mensuales para el OT relativas al año 2016.

Medidas de fondo de cielo de 2016
Estadística mensual del fondo de cielo medido en las bandas R, V, B y U para el OT durante 2016. Los datos son obtenidos por la OTPC y procesados por el Sky Team-IAC.

COMPARACIÓN DEL BRILLO DE CIELO DEL ORM Y OT CON OTROS OBSERVATORIOS ASTRONÓMICOS

1. VISIBLE

(mag/arcsec2) MAUNA KEAa PARANALb,c LA SILLAd,e TOLOLOe SAN PEDRO MÁRTIRf ORMg OTg
V 20.78 21.61; 21.50 21.80; 21.90 21.80 21.84 21.70 21.20

2. INFRARROJO

(mag/arcsec2) MAUNA KEAa PARANALb ORM @ TNG (NICS)c ORM @ WHT d SOUTH POLEe
J 15.7 16.5 15.6 16.6 16.8-16
H 13.6 14.4 14.0 14.4 15.2-14.2
K 13.0 -- 13.4 12.0 15.8-14.9
Ks -- 13.0 12.8 -- 15.6

Nota sobre el fondo de cielo en IR:

UKIRT en un telescopio optimizado para el IR mientras que el TNG y WHT son telescopios optimizado para el rango óptico. Por esta razón, no es inmediata la comparación entre el fondo de cielo medido con un telescopio/instrumento optimizado para el IR UKIRT wide-field camera) con un telescopio optimizado para el visible (WHT).

Por otro lado hay que tener en cuenta que para la determinación del fondo de cielo en la banda K es necesario tener en cuenta lo siguiente:

1) Si el telescopio está optimizado para el IR.

2) Si el el instrumento está optimizado para el IR.

3) La temperatura del telescopio (que contribuye con un factor 2 por cada 10 °C).

La contribución del cielo en sí misma es irrelevante al menos que la emisividad del telescopio esté por debajo del 2%.

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