Trabajo de colaboración Observatorio - JPL, para la misión Deep Impact

 

 

Imagen cortesía NASA-ESA

 

Colaboración con la misión NASA

"Deep Impact"

Determinación del método de medida astrométrica

"The moment method", también llamado Crtl+Clik, utilizado para  la astrometría del Tempel/1

Autores: Sensi Pastor y José Antonio de los Reyes (Observatorio Municipal de Murcia – La Murta. Código MPC J76)

 

 

    En diciembre de 2004, tuvimos la fortuna de organizar, en Murcia, las XVI Jornadas Estatales de Astronomía. En esta reunión de aficionados contamos con la participación de profesionales destacados y entre ellos con la presencia del Dr. Mark Kidger, con la conferencia: "¡Aficionados españoles al espacio! Observaciones de apoyo a las misiones cometarias"

 

    ¿Premonición o información privilegiada? En cualquier caso nos quedamos esperando el momento de que se materializara este hecho.

 

 

Diego Rodríguez (MPC 458), Mark Kidger, Julio Castellano (MPC 939) y Ramón Naves (MPC 213)

 

    En el observatorio de la Murta se vienen desarrollando distintos programas de observación, entre los que destacan:

        - Observación fotométrica de variables cataclísmicas del tipo SW Sextantis

        - Fotometría y astrometría de Neos

        - Fotometría y astrometría de Cometas

 

    Diariamente, el MPC recibe las medidas remitidas por los observatorios con código MPC, actualmente son unos 1.150. Muchos de ellos no están activos y otros muchos no suelen mandar medidas astrométricas de cometas. En la última circular figuran aproximadamente 25 observatorios que han enviado sus medidas.

 

    Steve Chesley (en la fotografía), autoridad mundial en la determinación de órbitas (JPL-NASA), acumula una gran experiencia y participó en las anteriores misiones que visitaron cometas (cometa Borrelly y cometa Wild 2). El JPL (Jet Propulsion Laboratory) es el lider mundial en la exploración robótica del Sistema Solar.

    Resulta un procedimiento habitual tomar medidas publicadas en el MPC para la determinación de los elementos orbitales de cuerpos menores (neos, cometas...) Fruto de este trabajo y de su trabajo en la misión Deep Impact. Seleccionó un pequeño grupo de observatorios MPC que regularmente enviaban medias del cometa 9P Tempel 1 con residuos (error respecto a la posición esperada según las efemérides) menores que 0.5 segundos de arco.

 

NOTA IMPORTANTE: Esto no supone que los observadores deban replantearse la calidad de sus medidas, se trata de una exigencia de una misión que pretende impactar en un cuerpo de pocos Km. de diámetro. En general, programas como Neodys que se dedican a la determinación de órbitas de asteroides potencialmente peligrosos utilizan medidas (obtenidas del MPC) con residuales inferiores a un segundo de arco, este mismo criterio es seguido por el propio MPC, nunca afinan más que esto al considerar las medidas. Cualquier medida que cumpla el criterio de un segundo de arco de residual es una buena medida y será considerada por cualquier programa interesado en ella.

 

    De entre estos observatorios, el Observatorio Municipal de Murcia – "La Murta" con código Minor Planet Center J76 resultó el más adecuado a los criterios buscados para intentar mejorar la calidad astrométrica de las observaciones del cometa Tempel 1.

 

    Steve Chesley consultó con el creador de Astrometrica –Herbert Raab (en la fotografía)- sobre las posibilidades del programa para determinar la posición del núcleo del cometa. El programa Astrometrica es el utilizado por el Observatorio Municipal de Murcia, después de haber contrastado sus resultado con los de los demás programas disponibles. Además, las medidas astrométricas obtenidas en el Observatorio son sistemáticamente revisadas para contrastar su calidad, únicamente después de este proceso de revisión son remitidas a la Unión Astronómica Internacional - Minor Planet Center.

 

    En nuestro caso, Chesley decidió re-medir más de cien observaciones del cometa realizadas a lo largo de once noches entre el 5 y el 25 de abril, según cuatro métodos distintos.

- PSF_Fit con 3 píxeles de radio

- PSF_Fit con 2 píxeles de radio

- Centro del píxel más brillante.

- Moment method (Crtl+Clik)

    Explicamos brevemente los métodos ensayados utilizando el programa Astrometrica de Herbert Raab.

   - Los PSF_fit serían las típicas gaussianas que todos los programas utilizan para determinar el centroide, considerando círculos de mayor o menor diámetro (en píxeles), normalmente se suele utilizar un radio de 4 píxeles aunque nuestra experiencia anterior ya nos había llevado a tener configurado un radio de 3 píxeles.

    - El centro del píxel más brillante se obtiene pulsando Alt+Crtl sobre este píxel, no se realiza ningún calculo suplementario, únicamente se dan las coordenadas del centro del píxel según las referencias astrométricas del catálogo utilizado. Este método presenta una gran dispersión, pues no podemos saber en que lugar del píxel está el núcleo.

    - El Moment Method será desarrollado a continuación:

 

 

Análisis comparativo de los residuales de los cuatro métodos utilizados

Autor: Steve Chesley – JPL-NASA

 

 

Análisis comparativo de los residuales de La Murta (circulos rojos), y el resto de observaciones (puntos negros)

Autor: Steve Chesley – JPL-NASA

 

    Los resultados medios del "moment method" son consistentemente mejores, aunque con mayor dispersión. Los métodos de 2 y 3 píxeles de radio presentan residuos ligeramente superiores de media, pero con barras de error inferiores, dado que el cálculo es más preciso a la hora de calcular la posición del centroide mediante la gaussiana.

 

    Dado que las medidas de  los cometas presentan una tendencia a desviarse hacia la posición de la cola, pues es más brillante que el núcleo (en las proximidades de este) es el "moment method" el que consigue un mejor "apuntado" hacia el núcleo, pues desprecia en mayor medida la contribución luminosa de la cola, pero el coste del método es que requiere un cierto número de medidas, dada la mayor dispersión de datos.

 

    Una vez finalizado su análisis Steve Chesley solicitó del grupo de observadores de cometas la colaboración mediante el seguimiento astrométrico del cometa Tempel 1 utilizando el "moment method" o alternativamente el de 2 píxeles de radio. Actualmente los observatorios están surtiendo a la NASA de medidas astrométricas en apoyo a la misión Deep Impact utilizando este metodo.

 

The moment method

    Pasamos a presentar una breve descripción el método. El método se basa de una utilidad del programa Astrometrica que es conocida por algunos observadores y que no suele ser utilizada.

    En primer lugar procederemos al  tratamiento de las imágenes mediante dark y flat, este no es el objeto de este comentario y quien esté interesado puede encontrar referencias en la revista Astronomía del mes de marzo.

    Después seleccionaremos el catálogo UCAC-2, siempre que esto sea posible, en caso de no ser así utilizaremos USNO A2.0. Normalmente, el catálogo UCAC-2 seleccionará pocas estrellas, pero estas tendrán errores muy bajos, al contrario, USNO A2.0 seleccionará casi todas las estrellas pero con mayores errores. Si también deseamos obtener fotometría, deberemos procesar dos veces las imágenes, primero con UCAC-2 y después con USNO A2.0 y utilizar el magnífico programa de Julio Castellano FOCAS (FOtometría Con AStrometrica) que respeta la astrometría de UCAC-2 pero realizando una fotometría correcta.

Abrimos grupos de imágenes y procedemos a ajustar el histograma.

 

Enseguida conseguiremos lo que buscamos, visualizar unos pocos píxeles brillantes

 

 

    Cuando vemos unos pocos píxeles, marcamos "Apply all images" y OK.

    Abrimos la lupa y situamos el cursor próximo al núcleo del cometa. Podemos facilitarnos mucho el trabajo moviendo el cursor con las flechas del teclado y clicando con la tecla INTRO.

    Ahora el programa calcula un centro de masas alrededor del píxel seleccionado mediante una selección de píxeles como sigue

00100

01110

11111

01110

00100

    Prácticamente similar a la utilizada para obtener la PSF_fit con radio 2 píxeles.

    En este momento sólo nos falta pulsar de nuevo intro, el programa selecciona 9P Tempel 1, otra vez intro y "Accept". Así para cada una de las imágenes.

    En todo momento hemos partido de unos supuestos básicos, tales como que Astrometrica está bien configurado. Un error frecuente es no tener correctamente indicada a longitud focal del telescopio, en este caso el programa suele seleccionar algunas estrellas en el campo y es posible procesar la imagen, pero los resultados suelen presentar residuales de varios segundos. Si no sabemos si tenemos este dato correctamente configurado podemos cambiarlo intencionadamente, al procesar una imagen con no demasiadas estrellas nos pedirá que seleccionemos manualmente, mostrando una ventana con una cruz en el centro y círculos rojos para las estrellas del catalogo. Entonces vamos modificando la distancia focal hasta hacer coincidir las estrellas con los círculos y tendremos que copiar la distancia obtenida en la configuración de Astrometrica y guardarla.

    El otro error que debemos evitar es no tener la hora correcta en el ordenador, se puede actualizar, para Windows XP desde Internet en las opciones de fecha/hora. O bien con cualquier señal horaria digna de confianza, esta cosa tan simple puede producir medidas erróneas si no se tiene en cuenta. Es suficiente una precisión de un segundo.

    Finalmente, nunca está de más un poco de autocensura, y tener algún criterio para contrastar la calidad de las medidas.

 

 

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