Fotometría ambiente
Análisis fotométrico de la luminosidad ambiental
Análisis de los datos obtenidos en la colina de Gyugy Hát
Evolución de la luminosidad ambiental durante el eclipse total de sol del 11 de agosto de 1.999
Por Aniceto Porcel Rosales, Antonio Jesús Torres Gil y Cristóbal Marín Molina
En este apartado se muestran los resultados obtenidos a partir de la toma de datos fotométricos de la luminosidad ambiental durante el eclipse total de sol. Las curvas de luz obtenidas son un claro indicativo de cuanto y en que forma queda afectada esta durante la evolución del eclipse. Es de resaltar la ligera asimetría de la curva durante la fase total. El instrumental para este experimento estuvo situado en el campo de observación destinado a la climatología y la toma de datos fue realizada por A. Molina Morillas. El escrito que viene a continuación es parte del artículo del estudio de las variaciones del microclima de la región del lago Balaton durante el eclipse total de sol.
Imagen del ambiente durante la fase total (Javier Pérez -TOTAL '99)
LUMINOSIDAD AMBIENTAL
Un eclipse total de sol es un fenómeno que implica una profunda bajada de luminosidad ambiental, hasta extremos similares a las últimas horas de la tarde e incluso de la noche. Dentro del programa de la expedición TOTAL '99 se contempló un experimento destinado a medir esta, así como las características de este descenso. Desconocíamos hasta que profundidad llega la luminosidad ambiental durante la fase total de un eclipse de sol, sabíamos, no obstante, que esta depende de las propiedades geométricas del eclipse en cuestión, y en menor medida, de factores ambientales específicos. Durante la fase de preparación especulamos sobre diversas posibilidades en función de algunas referencias de otros observadores, pero en ningún caso dispusimos de estimaciones cuantitativas que nos pudieran orientar, y un factor crucial estaba ligado a la sensibilidad del instrumental a niveles muy reducidos de luz.
De manera cualitativa se puede describir que la luminosidad ambiente durante este eclipse significó el paso de los valores habituales, durante una mañana veraniega, hasta un profundo oscurecimiento similar al de los últimos minutos del crepúsculo vespertino. La oscuridad era máxima en las zonas altas de la bóveda celeste y decrecía progresivamente hasta el horizonte. Un dato importante es que durante la fase total no era posible la lectura de las marcas del instrumental sin el auxilio de linternas, y esta situación comenzó a ser crítica desde unos 3 o 4 minutos antes del comienzo de la totalidad. En realidad, unos diez minutos antes el oscurecimiento ambiental fue notable, y la luz ambiente adquirió un tono gris con una perceptible bajada cromática. A partir de este momento el ritmo de descenso de la luminosidad fue muy rápido, y culminó en la totalidad, momento a partir del cual todo el proceso se invirtió.
En este apartado se analiza la evolución de la luminosidad ambiente a lo largo del eclipse, para ello se ha caracterizado la curva que la describe esta en función del tiempo. Los magnitud de la luminosidad en un momento dado corresponde a valores de flujo eléctrico y no a unidades propias de flujo luminoso.
INSTRUMENTAL
Ver instrumental
Las células fotovoltaicas son dispositivos que utilizan la energía de los fotones que absorben para liberar electrones, o lo que es lo mismo, producen energía eléctrica a partir de la luz. Obviamente la cuantía de la energía producida es proporcional al numero de fotones absorbidos. Solo basta con medir el voltaje en un momento dado para poder saber el valor de la luminosidad procedente del Sol.
Para este experimento se dispusieron tres pequeños paneles solares independientes acoplados a un instrumento adecuado para medir el valor de la corriente eléctrica generada. Cada célula estaba revestida de un conjunto de pequeñas lentes que se corresponden con las celdas fotovoltaicas, de esta forma se incrementa la eficiencia del proceso de conversión al aumentar el poder capturador de fotones.
El rendimiento de este instrumental se probó de forma previa a lo largo de numerosos atardeceres. Con ello se vio la idoneidad del sistema para registrar un proceso de bajada de la luminosidad ambiental.
CURVA DE LUZ DE LA LUMINOSIDAD AMBIENTE DURANTE EL ECLIPSE
La primera característica a destacar de la curva obtenida es que muestra un descenso progresivo y proporcional al avance del eclipse a lo largo del tiempo. Solo al principio de la mañana, de las 8:36 UT a 9:26 UT, se notan algunas discontinuidades con una clara tendencia a la bajada. Estas se corresponden temporalmente con el aumento de la nubosidad de las primeras horas, por lo que la relación causa efecto es evidente.
A partir de las 9:26 UT, que es la hora de comienzo de la primera fase del eclipse, la correspondencia con la evolución de este es significativa, con un descenso leve hasta las 10:26 UT, donde hay un evidente incremento de la pendiente. A las 10:42, a solo 7 minutos de la fase total, se hace obvio que los valores caen muy deprisa hacia la fase más oscura del eclipse, y a 1 minuto de la totalidad (10:48 UT) la curva es casi perpendicular, con una caída de luz ambiental vertiginosa. El comienzo de la totalidad a las 10:49 UT y el fin de esta a las 10:51 UT se corresponde perfectamente con los mínimos valores medidos. Si analizamos más en detalle esta fase vemos que los valores oscilan entre 4,1 mv a 5,7 mv, con un mínimo de 3,2 mv entre la 10:49:45 UT a las 10:50:15 UT. Esto denota una ligera asimetría con un desplazamiento de la mínima luminosidad hacia la primera parte de la totalidad.
La salida de la totalidad hacia la 2 fase parcial y la prolongación de esta hasta el final del eclipse muestra un comportamiento similar al de la entrada, con una subida significativa de la luminosidad de las 10:51:30 UT a las 10:57:00 UT. A partir de aquí el régimen de ascenso de los valores se ralentiza progresivamente hasta el final del eclipse.
Evolución y comportamiento de la Luminosidad ambiental (en mágenes)
A continuación podemos ver de forma gráfica el comportamiento de la luminosidad ambiental en la secuencia de fotografías que el equipo de TOTAL ´99 obtuvo. Estas son muy descriptivas de la modificación de los valores fotométricos ambientales. También veremos imágenes y secuencias de esta naturaleza registradas por otros grupos de observación del eclipse total de sol del 11 de agosto de 1999. Las animaciones son ficheros construidos a partir de imágenes estáticas unidas para mostrar de forma más didáctica los cambios de luz ambiental.
En otro orden de cosas, pero también interesantes, veremos una imagen del fenómeno óptico "pinhole" y el póster de un excelente trabajo que muestra diversos aspectos de la observación del eclipse entre los que destacan las imágenes espectrográficas de la corona solar.
Equipo TOTAL´99 - Gyugy Hát (Hungría)
La toma de fotografías que registraran la bajada de luminosidad ambiente no fue un objetivo prioritario dentro del programa de actividades de la expedición TOTAL ´99, aunque en los estudios previos si que se contemplo esta posibilidad que quedo aparcada por falta de personal que pudiera dedicarse al asunto de forma plena. Sin embargo, cuando revisamos la ingente cantidad de fotografías de los distintos miembros de la expedición comprobamos que de alguna manera disponíamos de documentos gráficos que mostraban como la luz ambiente fue descendiendo progresivamente a medida que la Luna iba ocultando el disco solar. Evidentemente las fotos más adecuadas eran las tomadas en el campo de observación dedicado a la climatología y fotometría ambiente, ya que este era un lugar despejado y con amplios horizontes situado en una pequeña colina de 311 m. de altura en la ciudad de Gyugy Hát.
Dado el carácter "improvisado" de las fotografías, existe cierta irregularidad de unas tomas a otras, y muy importante, no se ha controlado los tiempos de exposición (TE) de estas pues han sido realizadas con exposición automática. Así y todo, pensamos que muestran claramente como la luz decrecía a lo largo de la mañana en sincronía con el eclipse. Los autores de las imágenes seleccionadas son Javier Pérez Sánchez, Loren Madrid Villar y Antonio Jesús Torres Gil.
Si observamos la imágenes veremos que la bajada de luminosidad se traduce en un endurecimiento de las zonas oscuras y cierta pérdida cromática. Hacia la segunda mitad de la fase parcial antes de la totalidad las zonas en sombra se vuelven difíciles de distinguir. Unos diez minutos antes de la totalidad es significativa la pérdida de contraste, y los colores como el verde de la vegetación del suelo lo denotan claramente. Unos 3 ó 4 minutos antes de la totalidad todo el proceso se acelera vertiginosamente alcanzándose un nivel de luminosidad tan bajo que hace casi imposible poder leer un documento. Todo esto culmina con la totalidad. En ella el cielo se oscurece fuertemente en el cenit, con un aumento del gradiente de luminosidad hacia los horizontes, donde es posible percibir nubes y formaciones lejanas del paisaje, aunque con una luminosidad no equiparable a un amanecer o atardecer.
1 - Antes del comienzo del eclipse
2 - En la primera mitad de la fase parcial
3 - En el centro de la fase parcial
4 - Aprox. 15 minutos de la totalidad
5 - Aprox. 10 minutos de la totalidad
6 - Aprox. 5 minutos de la totalidad
7 - A 1 minuto antes de la totalidad
8 - Unos segundos antes de la totalidad
9 - Durante la totalidad
En el gráfico de descenso de la luminosidad (1ª fase parcial) se muestra la evolución de la luminosidad ambiente durante la primera fase parcial y la totalidad del eclipse. Los puntos marcados como A, B y C se corresponden respectivamente con el inicio del eclipse, el inicio de la totalidad y el fin de esta. Los puntos marcados con los números del 1 al 9 indican el momento en que fueron obtenidas las fotografías, permitiéndonos compararlas con los valores medidos de luminosidad ambiente. Hemos de tener en cuenta el factor de ambigüedad derivado de la falta de control de los TE, a pesar de que la imágenes han sido sometidas a una homogeneización y ecualización digital posterior. No obstante, el resultado comparativo con los valores fotométricos ambientales nos da una buena descripción del comportamiento de la luminosidad ambiental durante el eclipse. Es claro que la luminosidad cae de forma vertiginosa unos diez minutos antes de la totalidad. Las fotografías correspondientes a este instante ofrecen un contraste muy pobre y una casi falta de detalles en las zona oscuras. A un minuto de la totalidad es casi imposible distinguir detalles en el suelo y debajo del horizonte, la situación a este respecto es casi similar a la de la totalidad, sin embargo el cielo aun es relativamente brillante respecto de la totalidad en la que la luminosidad de este cae a la situación descrita.