sábado, 10 de marzo de 2012

Robotito

La clave de la fotografía astronómica es mantener la cámara apuntando fijo a un punto del cielo. ¿Por qué? Porque el cielo se mueve, y a menos que el objeto sea muy brillante (la Luna, por ejemplo) el tiempo de exposición tiene que ser prolongado. Claro que en ocasiones se puede usar el movimiento del cielo para lograr un efecto dramático, como en este caso. Ésta es una exposición de una hora de duración con la cámara fija en un trípode. Se observan las trazas que las estrellas dejan en su viaje nocturno. ¿Reconocen la Cruz del Sur y el Puntero?

Para apuntar fijo a un objeto del cielo a medida que pasan los minutos de exposición fotográfica un trípode común es insuficiente. Hay que montar la cámara en una plataforma móvil capaz de seguir el movimiento de los astros. Las monturas de los telescopios pueden hacerlo mediante un mecanismo de relojería. Esto es suficiente para fotografiar durante un buen rato con la cámara montada sobre el telescopio, con una lente normal o de gran angular. Es una técnica muy sencilla y satisfactoria que se llama por su nombre en inglés piggyback, o sea "cococho" o "caballito".

La foto salió movida 

Pero ningún mecanismo de relojería, por más sofisticado que sea, es suficiente para fotografiar de esta manera con un teleobjetivo o a través del telescopio. Pequeñas imperfecciones mecánicas o eléctricas, o de orientación de la montura, hacen que aun en una foto de corta exposición las estrellas salgan "movidas". A veces es casi imperceptible, pero es un defecto que se trata de evitar. Esta foto (de prueba, no me la critiquen) de apenas 15 segundos de exposición de la Nebulosa de Carina parece aceptable si uno la mira a una escala pequeña.

Pero en este recorte de la parte central se aprecia que las estrellas están "movidas". Una exposición de varios minutos, para capturar mejor la tenue nebulosidad, quedaría inaceptable.

Breve manual del guiado manual 

La solución es hacer pequeñas correcciones al movimiento del telescopio. Esto se logra controlando una estrella de referencia a través de un ocular que tiene un retículo iluminado, y manteniéndola centrada en el retículo con los controles finos de la montura, que pueden ser tornillos o botones. Para colmo, cuando la cámara está montada en el lugar donde uno habitualmente pone el ojo, ¡no se puede usar el telescopio para controlar la estrella de referencia! Entonces se monta un segundo telescopio paralelo al primero, con el ocular reticulado, y se controla a través de éste mientras se fotografía a través del principal. Esta técnica se llama guiado. Durante un siglo los astrónomos hicieron esto con gran esfuerzo físico, a veces exponiendo sus fotos durante horas en los fríos observatorios de las montañas. Hoy en día las cámaras electrónicas son mucho más sensibles, pero aun así ¿quién quiere pasarse 5 minutos (por toma) retorcido en posiciones impredecibles, sin moverse, chupando frío, mirando fijo una estrellita muchas veces casi invisible, apretando botones sin equivocarse en la oscuridad? ¿Eh? En el siglo XXI tiene que haber una mejor manera de "guiar"...

Bienvenidos al siglo XXI

Efectivamente, todo el proceso puede automatizarse. Desde no hace mucho el autoguiado está inclusive al alcance de los astrónomos aficionados. Muchos telescopios modernos tienen monturas que pueden conversar con una computadora, o que directamente tienen una computadora dentro. Una cámara de video en el telescopio de guía y un programa de guiado automático son todo lo que se necesita para que la computadora controle los movimientos del telescopio manteniendo centradas las estrellas durante una exposición larga.

Mi telescopio principal, un Meade LX10, es de los últimos que vinieron sin computadora ni opciones de autoguiado. La única manera de controlarlo es mediante una botonera que lo mueve (imperceptiblemente) hacia el Norte, el Sur, el Este o el Oeste del cielo. Cansado, de todos modos, de tirar la mitad de las fotos por errores de guiado, e imposibilitado de salir a observar por la presencia de ceniza volcánica desde hace meses, me entretuve implementando un robot capaz de mirar fijo una estrella, controlar sus movimientos, y simular en el control de mi telescopio la presión de los botones para moverlo en la dirección correcta.

La sencilla botonera del LX10 funciona abriendo y cerrando partes del circuito de la montura, o invirtiendo voltajes. Esto se puede lograr con un circuito adecuado que use relés en lugar de los botones. Los programas de computadora para hacer el guiado ya existen, inclusive algunos gratis. Sólo que sus comandos están predefinidos para controlar telescopios que aceptan las instrucciones de autoguiado. Así que necesitaba un "emulador", que tradujera las instrucciones tipo "moverse al Oeste durante 1 segundo" en la presión del botón Oeste durante 1 segundo. Con la ayuda de mi compinche Eduardo Andrés y de un aficionado inglés que quería hacer lo mismo, Gordon Train, hicimos este aparato con un microcontrolador Arduino Uno y una sencilla placa de transistores y relés. El Arduino "escucha" los comandos que el programa de guiado le pasa a través del puerto USB de la computadora, y activa mediante unos transistores los relés adecuados, conectados a la entrada de la montura. Una especie de webcam sin lente, montada en el foco principal del telescopio guía, es el "ojo" del robot, que manda la imagen de una estrella de referencia a la computadora, donde es analizada por el programa de guiado. ¿Y funciona?

¡It's alive!

Hace poco, aprovechando una noche despejada y sin ceniza, hicimos la primera prueba fotográfica en el balcón de casa. Para una prueba el brillo del alumbrado público (¡y de la Luna llena!) no nos molestaban. Tomamos una imagen de referencia de 15 segundos sin guiado (es la que mostré arriba). Encendimos el autoguiado usando el programa gratuito PHD, que calladamente tomó el control de telescopio. En un par de minutos calibró el movimiento de la estrella guía y del telescopio. Cuando estuvo listo hicimos una exposición de 1 minuto. Salió perfecta. ¿Dos minutos? Perfecta. ¿Cinco minutos? Era la prueba de fuego. Guiando a mano nunca hicimos exposiciones de más de 5 minutos, porque es muy cansador. También perfecta, indistinguible de las más cortas. ¡Y bue', dale 20 minutos y vamos a tomar un té! ¡Veinte minutos! Dejamos a Moreira (el robotito se llama Moreira) haciendo su tiqui-tiqui-tiqui y nos fuimos a hacer té. El resultado está aquí abajo. Estrellas perfectamente redondas, un éxito total.


Ahora sólo necesitamos que se apague el volcán, y encontrar un sitio adecuado para ir a fotografiar, ya que el que usábamos el verano pasado está en la peor zona de depósito de cenizas volcánicas...


Gracias a Eduardo, que entiende la electrónica mejor que yo, a Gordon, que escribió las primeras versiones del controlador y del circuito, a Hernán que me prestó su Arduino Uno mientras llegaba el mío, y a Damián que me enseñó a guiar (sin retículo, sin motor y a manopla) a fines del siglo XX.

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5 comentarios:

  1. Bienvenido a la secta! No es broma, el autoguiado te cambia la vida. Cuando conseguimos la sbig en el observatorio de la ULP de golpe pude alcanzar montones de galaxias de magnitud 15 a 17 a las que no me habría atrevido, o lograr por fin una buena toma de la cabeza de caballo. Aún así no he hecho exposiciones de mas de 10 minutos, 20 es una barbaridad!
    Bueno, ahora por fin te vas a poder preocupar por los rayos cósmicos ;)
    Saludos

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  2. Chule, como se que sos un perfeccionista, no apenas del autoguiado, te digo que falta un verbo en la oración que empieza en la tercera línea del segundo párrafo. Un abrazo
    Roberto

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  3. buenos dias, Mi nombre es Esteban Suaza una persona aficionada en la astronomia, me parece muy interesante la idea de poder guiar con un arduino, en mi caso tengo uno y el arreglo de reles lo podria hacer, pero no tengo mucho conocimiento (apenas estoy incursionando en esto), en los programas para hacer el guiado, me gustaria si puedes y aun tienes la informacion de que me brindaras el codigo del arduino para saber como recive la informacion serial y saber que programa de computacion usaste para tal fin.
    De antemano muchas gracias saludos desde Colombia

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    Respuestas
    1. Claro, Esteba. Escribime por email, así no pongo todo acá. Escribí a g.abramson(at)gmail.com.

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  4. Me llamo Dante Morales, al igual que Esteban Sauza me interesaría conocer el código y circuito de tu Arduino. Y de ser posible, los pasos que debe seguirse en el programa PHD para configurar el sistema. Poseo un telescopio Reflector de 6 pulgadas de diámetro. Llevo un buen tiempo buscando esa combinación de Astros y computación para seguimiento estelar.
    Doy gracias por la atención que sirva prestarme.

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