Capturando una ocultación y una instantánea de la atmósfera de Plutón

HEAT SHIELD   Capas de bruma en la atmósfera de Plutón, que se muestran aquí en una imagen de la nave espacial New Horizons. SWRI / JHUAPL / NASA. 

El martes 14 de Agosto por la noche, un gran número de astrónomos aficionados y profesionales ubicados en México, Estados Unidos y Canadá aprovecharon una oportunidad única y emocionante: observar una estrella parpadeante mientras Plutón la ocultaba. En el sur de California, el Instituto SETI, el Observatoire de Paris, Unistellar y Oceanside Photo and Telescope (OPT), uno de los vendedores de telescopios más grandes del mundo, colaboraron para observar este raro evento y recopilar los valiosos datos que necesitamos para comprender  el  ambiente y clima de Plutón. Aquí está nuestra historia.

Como la mayoría de los eventos en el mundo de la astronomía moderna, este comenzó con un correo electrónico. En Febrero de 2018, envié un mensaje a mis colegas del Observatorio de París para informarles que el eVscope estaba listo y era capaz de observar ocultaciones. Para entonces ya habíamos observado nuestra primera ocultación , por el asteroide del Cinturón Principal 175 Andrómaca, en el sur de Francia y quería recibir la opinión de Bruno Sicardy y Josselin Desmars sobre la calidad de la curva de luz que generamos esa noche. Bruno, quien respondió unos días después, mencionó la existencia de una próxima ocultación muy favorable que involucra al planeta enano Plutón. Inmediatamente me intrigó, porque este tipo de observación es a la vez más desafiante y más interesante que la mayoría de las ocultaciones. El desafío proviene del hecho de que la estrella oculta es más débil que las involucradas en las ocultaciones de asteroides del Cinturón Principal (GMag = 13, por lo que casi  de 3 magnitudes más débil que en las ocultaciones previas observadas con el eVscope). La recompensa proviene del hecho de que estas ocultaciones son la única manera de monitorear la atmósfera del planeta enano Plutón, incluyendo su perfil de densidad, presión y temperatura.

 

Fotografía de Plutón en el rango visible  tomada con la cámara de New Horizons que muestra a Norgay Montes (primer plano a la izquierda); Hillary Montes (horizonte); Sputnik Planitia (derecha) en la superficie de Plutón. Esta vista cercana a la puesta de Sol incluye varias capas de neblina atmosférica. Crédito: Por NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute – http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA19948.jpg, Public Domain.

Estaba aún más interesado por el contexto que Bruno le dio a esta predicha ocultación. Debido a que Plutón se está alejando de la Vía Láctea, este tipo de eventos se estaban volviendo más raros, especialmente con una estrella tan brillante (Gaia magnitud G ~ 13). Y, como motivación adcional, la última ocultación, observada en 2016, sugirió que la atmósfera de Plutón podría haber comenzado a reducirse. Además, los modelos climáticos complejos sugieren que el nitrógeno en la atmósfera proviene de un gran depósito de nitrógeno helado llamado Sputnik Planitia, una zona muy brillante de Plutón, que ahora se está enfriando debido a la orientación del planeta con respecto al Sol. En resumen, al combinar imágenes de alta resolución de la nave espacial New Horizons con estudios anteriores de la atmósfera de Plutón, los astrónomos meteorológicos creen que están empezando a comprender el clima de un mundo helado exótico ubicado a 7.500 millones de kilómetros de nosotros. Esta ocultación podría ser la clave que necesitamos para validar uno de sus modelos y predecir la evolución de la atmósfera de Plutón y su clima a largo plazo.

El proyecto Lucky Star , cuyo objetivo es estudiar el Sistema Solar más allá de Neptuno con ocultaciones estelares, desrrolló una página web que incluía todos los detalles sobre esta ocultación.

Este proyecto está financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y gestionado por la Université Paris Sorbonne y el Observatoire de Paris. A partir de Abril de 2018, cuando visité al equipo en el Observatorio, sabíamos que el evento sería visible desde un área que se extendía desde México hasta los EE. UU. y parte de Canadá, pero los límites de la ocultación eran bastante confusos. Esta predicción preliminar fue dramáticamente refinada cuando la misión Gaia ESA lanzó en Abril de 2018 su segundo catálogo (DR2), que, entre las coordenadas de 1.3 billones de estrellas contiene una posición precisa de la estrella oculta 6772629170525258240. Usando esta nueva posición y un modelo orbital del sistema binario Plutón-Charon, el equipo refinó el camino de la ocultación con una incertidumbre de ~ 60 km, y un tiempo de menos de 10 s.

Ruta de la ocultación por Plutón del 15 de Agosto de 2018  derivada del nuevo catálogo de GAIA DR2 y la órbita mutua del sistema Plutón-Charon. (Crédito: Lucky Star).

Acordamos que era hora de movilizar a las tropas y comenzamos a contactar astrónomos profesionales y aficionados que han trabajado juntos en campañas de observación. Debido a que nuestro objetivo era tener una instantánea precisa de la atmósfera de Plutón, sabíamos que necesitábamos mediciones con varios telescopios de estaciones ubicadas a lo largo de todo el camino de la ocultación. Además, las estaciones ubicadas cerca del centro de ocultación, que se extendía a lo largo de una línea desde Cabo San Lucas en Baja California a Nueva Orleans en Louisiana y hasta Atlantic City en Nueva Jersey, también podían detectar el destello central causado por la flexión de la luz de la estrella por la atmósfera de Plutón. Este flash es una mina de oro para los astrónomos porque nos puede informar sobre la existencia de vientos y neblinas a baja altura y la distorsión de la atmósfera de Plutón.

Varios astrónomos aficionados y profesionales en California, Arizona, Texas, Louisiana, Indiana y Carolina del Norte se comprometieron a participar en la campaña utilizando sus propios instrumentos, y el Observatoire de Paris envió algunos  kits de ocultación que incluían una computadora, un GPS y una cámara, así como su propia tripulación de observadores, incluidos Stefan Renner y Jossellin Desmars en California.

Unos días antes de la ocultación nos reunimos en San Francisco para inspeccionar y aprender a usar uno de los kits de ocultación proporcionados por el Observatorio de París (crédito F. Marchis).

Para mis observaciones, decidí escapar del maravilloso pero a menudo frustrante “Karl The Fog” de San Francisco, que cubre nuestra hermosa ciudad con aire acondicionado natural pero también oculta las estrellas, y viajamos al sur a San Diego para maximizar nuestra oportunidad de recopilar datos con nuestro prototipo eVscope y para conocer a un gran equipo de astrónomos Pro-Am (profesionales y aficionados).

A principios de este año, conocí a Chris Hendren, Director de Educación de OPT, en el stand de Unistellar en Consume Electronics Show (CES). Discutimos nuestro interés en la educación y las muchas formas en que los ProAm y eVscope podrían colaborar en el futuro. Naturalmente, me puse en contacto con Chris y su equipo para sugerirle que formáramos una estación con uno de sus telescopios y un eVscope para observar la ocultación simultáneamente. Chris confirmó que OPT estaba interesado en trabajar con nosotros y que proporcionaría un gran telescopio, mientras que el Observatoire de Paris contribuyó con una cámara EMCCD, un instrumento altamente sensible.

Nos encontramos en Lake Henshaw Overlook, un pintoresco lugar famoso por sus hermosas vistas y cielos nocturnos oscuros. Un equipo diverso, compuesto por los empleados de OPT (Chris HENDREN, Ian Lauer, Blake Estes, Rod Gallardy), un estudiante de doctorado del Observatorio de París (Joana Oliveira Marques), un reportero del Planetario Radio (Mat Kaplan),  El asistente de laboratorio del Instituto SETI (Martin Costa) y yo nos encontramos en el mirador el 14 de Agosto a las 7 p.m. Instalamos rápidamente nuestras estaciones, con el poderoso prototipo eVscope de Unistellar operado por Martin y yo por un lado y un Celestron C14 equipado con una cámara EMCCD administrada por Joana y el equipo OPT por el otro. Esta fue realmente una colaboración ProAm que incluyó a trabajadores calificados del mundo de la investigación académica y compañías con fines de lucro.

Nuestra estación en Lake Henshaw Overlook con un prototipo eVscope y un gran C14. De izquierda a derecha: Martin Costa, Franck Marchis, Joana Oliveira Marques y Mat Kaplan (crédito: Chris Hendren).

 

Nuestra estación en Lake Henshaw Overlook con un prototipo eVscope y un gran C14 con el equipo OPT de izquierda a derecha Blake Estes, Chris Hendren, Ian Lauer (detrás del monte), Rod Gallardy (crédito: Franck Marchis).

La noche era cálida y el cielo estaba perfectamente despejado. Tuvimos tiempo suficiente para verificar y volver a revisar nuestros instrumentos para asegurarnos de que todo estuviera funcionando en el momento de la ocultación. El equipo de Unistellar usó la Detección de campo automática de eVscope para apuntar hacia el campo de visión de la estrella y realizó algunas pruebas. Unos minutos antes del tiempo previsto de ocultación, ambos equipos estaban listos y comenzamos a grabar el evento.

Pasó el tiempo … Estábamos mirando la pantalla de la cámara EMCCD cada vez más temerosos de que algo hubiera salido mal porque no era obvio que la estrella estaba desapareciendo como se esperaba. De hecho, como muestra el video del eVscope, sucedió que habíamos subestimado el hecho de que Plutón tiene una magnitud de ~ 1.5 menos que la estrella, por lo que aún era visible con la potente cámara EMCCD.

 

Con una sensación de alivio, dejamos de preocuparnos y disfrutamos el momento. Tuvimos éxito en capturar este evento y posiblemente contribuir a la comprensión científica de un mundo muy distante. Algunos de nosotros viajamos desde muy lejos para presenciar este pequeño parpadeo de una estrella, por lo que era hora de hacer una pausa y disfrutar de la sensación de una noche exitosa bajo las estrellas.

Debido a que todos estamos conectados en nuestro mundo moderno, este momento de éxito se amplificó rápidamente. Poco después del evento, mi teléfono comenzó a sonar mientras recibía notificaciones de otras estaciones que también habían capturado el evento. Algunos incluso informaron sobre la detección del flash central, mientras que otros no tuvieron la misma suerte debido a problemas técnicos o al mal clima.

 

El equipo de Unistellar en Francia procesó rápidamente los datos del eVscope y confirmó que efectivamente habíamos capturado la ocultación. La curva de luz preliminar muestra la presencia de la atmósfera debido a la desaparición gradual y la reaparición de la estrella y confirma que el momento de la ocultación estaba dentro de la precisión de 10s. El equipo de astrónomos que trabajaron juntos esa noche combinarán todas sus curvas de luz para sacar conclusiones sobre el estado actual de la atmósfera de Plutón. Pero ya sabemos que la noche fue un éxito para Unistellar ya que validamos el potencial de nuestro poderoso prototipo para observar eventos astronómicos. Nuestro objetivo es democratizar la Astronomía y permitir que todos los usuarios participen en el futuro en tales eventos científicos.

En una nota personal, siempre siento la emoción de hacer algo único y mágico cuando participo en este tipo de evento. La preparación, el viaje a un lugar desconocido, el estrés de la instalación de equipos es probablemente parte de eso. Como astrónomo, esto es una parte de mi trabajo que amo. Como ser humano, me recuerda que tengo la suerte de tener la oportunidad de ser parte de algo inimaginablemente más grande que yo … todo el Universo.

Fuente del artículo: SETI Institute.

Artículo original: “

Capturing an Occultation and a Snapshot of Pluto’s Atmosphere. ” Franck Marchis. Aug. 21, 2018.

 

Material relacionado:

Toda la información sobre Unistellar y el eVscope, la encuentra en los siguientes artículos:

Otros trabajos realizados con el eVscope:

Sobre la técnica de la ocultación para estudiar la atmósfera de Plutón:

El Dr. Bruno Sicardy del Observatoire de Paris/Univ. Pierre et Marie Curie, mencionado en el artículo,  junto a un equipo formado por varios observatorios, realizó un estudio de la atmósfera de Plutón aprovechando los datos de varias ocultaciones, lo que le permitió trazar  la evolución de ella en el período de tiempo transcurrido entre la primera y la última ocultaciones consideradas. Recomendamos al lector leer el resumen (abstract) del mismo:

 

Algunos descubrimientos notables utilizando ocultaciones:

 

_Sobre el asteroide Cariclo (Chariklo en Inglés):

Un resultado notable obtenido estudiando una ocultación , es el del asteroide Cariclo, que permitió detectar la existencia de dos anillos entorno a él, convirtiéndolo en el quinto cuerpo del Sistema Solar, aparte de los cuatro  planetas gaseosos, en poseerlos. Los siguientes artículos lo detallan:

Una  campaña de observación organizada por la LIADA de una ocultación para observar Cariclo en Mayo de 2015 sobre una franja del territorio Argentino, Uruguay y el Sur de Brasil con buenos resultados:

 

_Fijando  nuevo destino para New Horizons, el  Objeto del Cinturón de Kuiper 2014MU69:

Luego de su histórico pasaje por Plutón y tras un proceso de selección de un nuevo destino a visitar, la nave espacial New Horizon tomó rumbo hacia un peculiar objeto del Citurón de Kuiper, el 2014 MU69, cuya caracterización se hizo a través de sucesivas campañas de observación de ocultaciones una de las cuales tuvo lugar en Comodoro Rivadavia, Argentina, a mediados del año pasado, con la participación de experimentados aficionados. Uno de los resultados notables de esas campañas es que 2014MU69, o bien está formado por dos lóbulos  como esel caso del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, o se trata de dos objetos orbitando entre sí muy juntos, como es el caso de Plutón y su luna Caronte. Los detalles  y toda la información al respecto de estas campañas, los encuentra en:

 

_Sobre el  planeta enano HAUMEA:

Una gran campaña de observación en Enero de 2017, a escala europea, de una ocultación por el planeta enano Haumea, coordinada por el Dr. José Luis Ortiz, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), aparte de obtener su forma, medidas,  reflectividad  y determinar que es menos denso de lo que se pensaba, también  descubrió que dicho cuerpo posee un anillo:

 

Sitios con toda la información sobre Ocultaciones conteniendo además links a otros sitios:

Libros:

Videos:

Conferencias y Charlas Públicas:

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