Observaciones con la Cámara Schmidt del Eclipse Lunar 2025 para la Creación del Conocimiento

Parámetros fotográficos (ISO y tiempo de exposición) empleados durante las fases del eclipse lunar total (13-14 de Marzo de 2025), observado desde Mérida, Venezuela.

La coloración rojizo-marrón a rojizo-anaranjada observada en la Luna durante la totalidad del eclipse se debe al fenómeno de refracción de la luz solar a través de la atmósfera terrestre, tal como se describe en Fotografiar el cielo, Aupí (1999): “Si la Tierra fuese un planeta sin atmósfera la Luna no enrojecería; pero la capa de aire que rodea al globo refracta una pequeña parte de los rayos solares que llegan a la Luna y la colorean” (p. 138).

Este proceso de refracción hace que las longitudes de onda más largas del espectro visible, principalmente el rojo, se curven con mayor eficacia hacia la Luna. La Figura 4 evidencia una clara predominancia de los canales rojos, lo que confirma este efecto óptico. Por otro lado, las longitudes de onda más cortas, como el azul y el violeta, se dispersan en mayor medida dentro de la atmósfera terrestre, lo que da lugar a la característica coloración rojiza que adquiere la Luna durante la fase total de un eclipse lunar. Esta tonalidad queda respaldada por la distribución de color observada en nuestro histograma.

Boukhayma (2018) en su investigación la idea central es que, al buscar disminuir el ruido en los sistemas de lectura de los sensores de imagen CMOS (CIS), se ha determinado que el ruido electrónico inherente a la lectura es la causa más significativa. La necesidad de imágenes de calibración como bias, darks y flats debe evaluarse en función de la duración de las exposiciones y los objetivos de calidad de imagen.

Con el fin de corregir el ruido electrónico inherente al proceso de lectura del sensor, se capturó una serie de cuadros de bias utilizando el tiempo de exposición más breve posible con el obturador cerrado (1/16000s). Siguiendo las mejores prácticas recomendadas, estos cuadros sirvieron como base para la calibración de los cuadros de luz, dark y flat, asegurando una correcta sustracción del offset electrónico presente en todas las imágenes.

La corrección del ruido térmico en imágenes CMOS con tiempos de exposición cortos requiere un tratamiento cuidadoso, especialmente en lo que respecta a la corriente oscura y los píxeles defectuosos. Aunque el ruido térmico se acumula principalmente en exposiciones prolongadas, incluso tomas de varios segundos pueden verse afectadas si el sensor no cuenta con un sistema de enfriamiento activo eficiente. En este estudio, se capturaron series de cuadros dark con la misma duración y temperatura ambiente que las imágenes de luz correspondientes a cada fase del eclipse, ya que la cámara no dispone de enfriamiento activo. El propósito de este proceso fue mitigar cualquier impacto del ruido térmico y de los píxeles calientes, evitando que afectaran la calidad de las imágenes apiladas, conforme a las recomendaciones generales para la astrofotografía de precisión.

La corrección de las no uniformidades en la sensibilidad del sensor y el viñeteado inherente al sistema óptico, conjuntamente con la mitigación de artefactos producidos por partículas de polvo, se efectuó mediante la adquisición de imágenes flats de pantalla. La obtención de estos patrones de calibración resulta fundamental, con independencia de la tipología del sensor o la duración de la exposición de las imágenes, para asegurar una respuesta lumínica homogénea a través del campo de visión. Los flats de pantalla en este trabajo, fueron capturados a través de una fuente de iluminación uniforme dispuesta frontalmente a la apertura del telescopio Cámara Schmidt, empleando tiempos de exposición calibrados para proporcionar un nivel de brillo óptimo en las cuentas ADU (Analog-to-Digital Units) del sensor.

Las cuentas ADU de una imagen representan los valores numéricos de luminancia registrados por cada elemento sensible del sensor de la cámara bajo una iluminación, constituyendo la medida de la intensidad lumínica capturada por el detector. En este trabajo, se adquirieron series independientes de flats para cada uno de los valores ISO empleados durante las distintas fases de la observación del eclipse. Siguiendo la metodología de (Craig y Chambers, 2023; Mejía y Navas, 2024) el pre-procesamiento de las imágenes del eclipse lunar comenzó con la creación de imágenes maestras de calibración para cada tipo de cuadro (bias, dark y flat), se promediaron diez fotogramas individuales para reducir el ruido aleatorio y se le aplicaron a cada una de las imágenes del eclipse.

La ecuación (1) se empleó para obtener las imágenes calibradas del eclipse. Es pertinente destacar el uso de MaxIm DL (Cyanogen Imaging MaxIm DL), como herramienta fundamental en la fase inicial de pre-procesamiento de las imágenes. Este software integra funciones optimizadas para aplicaciones astronómicas, demostrando su eficacia en la creación de las imágenes maestras de calibración (bias, dark y flat) que garantizan la precisión de este estudio (MaxIm DL User Manual). MaxIm DL, es un producto comercial para Windows, diseñado para aficionados y profesionales, el cual ofrece documentación exhaustiva y soporte técnico, facilitando su uso.

La astrofotografía de un eclipse lunar requiere una alineación precisa de las múltiples imágenes tomadas para visualizar la dinámica en su variación de brillo y color. El software Sequator, mediante su funcionalidad de Región del Cielo Parcial, permite seleccionar cualquier área discernible dentro del campo de observación (píxel (x, y)) como referencia para la alineación. En este caso, se alineó respecto al punto central (x,y) de la Luna para lograr una superposición precisa de los fotogramas, compensando los efectos de movimientos y distorsión atmosférica. Posteriormente, se apilaron las imágenes alineadas para mejorar significativamente la relación señal-ruido (SNR), permitiendo resaltar las delicadas variaciones lumínicas y cromáticas inherentes al eclipse. Al combinar la señal de cada fotograma, se potencia la información real del objeto, mientras que el ruido aleatorio tiende a promediarse, optimizando así la calidad de las imágenes finales y proporcionando datos más fiables para el análisis astrofotográfico detallado de este evento.

Para lograr una calibración de color fotométrica precisa en las imágenes del eclipse lunar total, se recurrió a la herramienta Photometric Color Calibration (PCC) integrada en el software PixInsight. PCC opera resolviendo astrométricamente la imagen al identificar estrellas y vincular sus posiciones a catálogos de alta precisión como Gaia DR3 o Tycho-2. Posteriormente, realiza una fotometría de apertura para medir el flujo de luz de estas estrellas, permitiendo la calibración precisa del color basándose en el brillo y color de referencia de los astros (Pleiades Astrophoto S.L., 2024). Estos catálogos proporcionan las coordenadas celestes exactas (ascensión recta y declinación) necesarias para determinar la orientación y la escala de la imagen, como se muestra en la ecuación (2).

Donde F es la función de transformación astrométrica. Pmodelo, es el parámetro del modelo de proyección. Ccatálogo, el catálogo estelar de referencia (RA, Dec).

Una vez establecida la solución astrométrica, PCC emplea la información fotométrica de estos mismos catálogos o de catálogos complementarios como APASS o SDSS (Pleiades Astrophoto S.L., 2024). Estos proporcionan las magnitudes de las estrellas en diversas bandas de color (por ejemplo, B, V, R, I o g’, r’, i’). Al comparar las mediciones de brillo instrumental de las estrellas identificadas en la imagen con sus magnitudes de catálogo en diferentes filtros, PCC calcula los coeficientes de transformación necesarios para calibrar los colores de la imagen a un sistema fotométrico estándar (Ecuación 3). Este proceso asegura que la representación cromática de la Luna, y potencialmente de las estrellas presentes en el campo de visión, sea consistente con los estándares astronómicos, lo que permite un análisis colorimétrico con mayor rigor científico.

Donde m es la magnitud aparente, F el flujo luminoso del objeto y F0 el flujo luminoso de referencia.

La aplicación de la Calibración de Color Fotométrica (PCC) generó una transformación cromática, cuya representación gráfica se presenta en la Figura 5. Este diagrama establece una correlación cuantitativa entre nuestro índice de color instrumental R-G y el índice de referencia Sloan r’ - V, revelando parámetros de ajuste lineal con una pendiente de -0.058 y una ordenada al origen de 0.33 para nuestro índice instrumental. La dispersión de los datos alrededor de esta relación lineal, cuantificada mediante una desviación estándar de 0.27, proporciona una métrica de la precisión alcanzada en la calibración cromática. Esta transformación, rigurosamente derivada del análisis fotométrico de las estrellas de campo empleadas por PCC, se aplicó subsecuentemente al conjunto de imágenes del eclipse lunar, con el objetivo de obtener una representación cromática calibrada del evento astronómico, posibilitando así un análisis espectrofotométrico más preciso y detallado de las variaciones cromáticas observadas durante las distintas fases del eclipse.

La Figura 6 exhibe la imagen de la Luna Llena capturada previamente al inicio del eclipse, obtenida a través de un proceso que incluyó la alineación precisa de múltiples exposiciones para minimizar el desenfoque atmosférico, el apilamiento coherente de los fotogramas para una significativa reducción del ruido inherente al detector y un consecuente aumento de la relación señal-ruido, y la aplicación rigurosa de la calibración fotométrica del color detallada en la metodología.

El objetivo fundamental de este procesamiento, que involucró técnicas avanzadas de reducción de ruido y calibración espectral, fue generar una imagen de referencia con una elevada relación señal-ruido y una representación cromática intrínsecamente fiel a los estándares fotométricos astronómicos. Esta imagen de referencia serviría como una base de comparación objetiva y cuantitativa para el análisis de las sutiles variaciones cromáticas observadas en las imágenes tomadas durante las diferentes fases del eclipse.

Las Figuras 7 y 8 ilustran el paso de la Luna llena a través de la penumbra y la umbra, mediante una secuencia de imágenes tomadas en distintos momentos durante el eclipse, según la hora local de Venezuela (HLV). Esta documentación visual nos permite asociar los instantes observados con las características distintivas de cada fase del eclipse. Se puede notar que durante la totalidad (zona de la umbra) la Luna exhibe sus característicos tonos rojizos, ofreciendo una visión directa de las condiciones lumínicas y atmosféricas para ese momento.

Se evidencia la progresión cromática lunar desde una tonalidad tenue y rojiza oscura (L=2) hasta un color rojo ladrillo (L=3), demostrando la aplicación de la Escala de Danjon para cuantificar el incremento en luminosidad y la mejora en la nitidez de los detalles lunares. Las fases documentadas comprenden el inicio y el fin de la penumbra, la parcialidad, la totalidad y la salida de la umbra, además de la correlación directa entre la representación visual en ambas figuras y su precisa cronología temporal venezolana facilita un análisis exhaustivo de la evolución del fenómeno celeste.

El registro detallado de los parámetros temporales y los aspectos morfológicos inherentes a cada fase, tal como se presenta en estas figuras, resulta fundamental para la validación y el ajuste de modelos astronómicos que describen la dinámica celeste, contribuyendo significativamente al perfeccionamiento de las predicciones de futuros eventos astronómicos.

La documentación exhaustiva del eclipse lunar total del 13-14 de marzo de 2025, registrada desde el Observatorio Astronómico Nacional Llano del Hato, Mérida-Venezuela, mediante una estrategia de ajuste dinámico de la sensibilidad ISO en un sensor CMOS, demostró ser una metodología efectiva para capturar la amplia gama de luminosidades y las sutiles variaciones de color inherentes a este fenómeno astronómico. La capacidad del sensor CMOS para adaptarse a las cambiantes condiciones lumínicas, optimizada para cada fase del eclipse, permitió obtener una rica colección de bellas imágenes que detallan la progresión del evento astronómico, desde la Luna Llena hasta su máximo eclipse y su posterior salida de la sombra terrestre, este registro visual constituye un hito inédito, trabajado con el propósito de divulgar las ciencias astronómicas desde el CIDA. En el marco de este proyecto de astrofotografía, se busca fomentar el conocimiento sobre nuestro universo y acercar la belleza de estos eventos celestes a un público más amplio.

El pre-procesamiento riguroso de los datos, incluyendo la calibración con bias, darks y flats utilizando MaxIm DL, y el apilamiento con Sequator, fue fundamental para minimizar el ruido y realzar la señal, revelando detalles finos en la superficie lunar y las delicadas tonalidades cromáticas que caracterizaron la totalidad del eclipse. La aplicación de la Calibración Fotométrica del Color (PCC) en PixInsight, basada en catálogos estelares de referencia, aseguró que la representación de los colores en las imágenes finales se ajustara a los estándares astronómicos, proporcionando una base sólida para el análisis científico. La presentación de los resultados en secuencias temporales y visuales ofrece una visión clara y detallada de la cronología y la evolución estética del eclipse visto desde Venezuela. La asociación de las fases de la Luna observada, con la Hora Local de Venezuela, facilitó la contextualización temporal del evento para los observadores locales y la comunidad científica en general.

La coloración rojizo-marrón a rojizo-anaranjada observada durante la totalidad, y corroborada por el análisis del histograma se alinea con la explicación teórica de la refracción de la luz solar a través de la atmósfera terrestre (Aupí, 1999). La variación en la intensidad y tonalidad del rojo durante la totalidad (Escala de Danjon L=2 a L=3) sugiere la influencia de las condiciones atmosféricas terrestres en el momento del eclipse. Finalmente la combinación de una planificación observacional meticulosa, el uso estratégico de la sensibilidad ISO de un sensor CMOS, y un procesamiento de datos riguroso con software especializado como Sequator y PixInsight, permitió documentar de manera exhaustiva y precisa el eclipse lunar total de marzo de 2025.

Los resultados obtenidos en esta investigación proporcionan una valiosa crónica visual y un conjunto de datos fotométricamente calibrados, los cuales pueden significativamente contribuir a una mejor comprensión de la compleja dinámica inherente a estos eventos astronómicos y la intrincada interacción entre la luz solar, la atmósfera terrestre y la superficie lunar. Esta documentación detallada, obtenida desde una ubicación geográfica privilegiada en Venezuela, permite un análisis comparativo con observaciones realizadas en otros puntos del planeta, enriqueciendo así la comprensión global de los eclipses lunares y de nuestro universo.

En el futuro, investigaciones posteriores podrían enfocarse en el análisis cuantitativo exhaustivo de las sutiles variaciones de color observadas a lo largo de las distintas fases del eclipse, utilizando los datos espectrales calibrados obtenidos desde Venezuela para extraer información detallada sobre los procesos físicos y ópticos involucrados. Además, se podría explorar la correlación entre las condiciones atmosféricas locales en Mérida durante el evento y las particularidades cromáticas registradas, aportando nuevas perspectivas sobre la influencia atmosférica terrestre en la apariencia del eclipse.

La observación de este eclipse lunar representa un avance fundamental en la divulgación de la astronomía en Venezuela, al contribuir significativamente a la generación de conocimiento. La recopilación de un valioso conjunto de datos cronológicos y visuales de la Luna, obtenidos en el país, permite validar con precisión las predicciones del fenómeno, incluyendo su duración y visibilidad desde nuestro territorio. Este tipo de estudios no solo sirve como base para un análisis más profundo de la frecuencia y ocurrencia de los eclipses, sino que también abre nuevas líneas de investigación y motiva a futuras generaciones de científicos venezolanos a explorar el cosmos con mayor rigor.