Contaminación Lumínica y Columna de Agua Atmosférica.

En el año 2007, gracias a la  iniciativa internacional Starlight, la UNESCO declara el Cielo Nocturno como Patrimonio Científico, Cultural y Medioambiental de la Humanidad. 

Gracias al trabajo y tesón de los expertos, y también de algunos aficionados a la Astronomía, la sociedad va comprendiendo la  necesidad de conservar la calidad del cielo nocturno. 
En los últimos años, bien para colaborar en el control de la contaminación (Celfosc, NIXNOX), o simplemente para saber como es nuestro lugar de observación,  se hacen medidas  con medidores de mano SQM. Pero cualquier observador del cielo sabe que no todos los días despejados son iguales. Hay días más "azules" que otros, como noches mas "limpias" que otras. 

Por mi parte, en varios años observando las curvas de brillo generadas por la estación meteorológica EMA veo sin mucho esfuerzo que esas curvas oscilan a lo largo de la noche y entre unas noches y otras.  Se supone que las medidas en noches despejadas sin Luna deberían ser iguales, suponiendo que el alumbrado publico no ha cambiado. 

La variación en estas medidas pone números a lo dicho anteriormente, que no todas las noches son iguales. O sea, que las medidas de contaminación lumínica se ven afectadas por otros parámetros que no tenemos: aerosoles atmosfericos, humedad etc. 

Sería interesante conocer esos parámetros a fin de mejorar y comprender las medidas de contaminación lumínica.

La verdad, no tenía la menor idea de por donde empezar. Había un parámetro atmosférico del que había oído hablar y del que apenas sabía nada, y menos de como medirlo: la columna de vapor de agua. Sabía que la usan en algunos observatorios, por lo que tenía cierta curiosidad.

Mapa mundial de columna de agua según el satelite Aqua/MODIS para los últimos días de Mayo de 2014.

Buscando información al respecto, encontré hace dos semanas un articulo de David R. Brooks y otros, publicado por la American Meteorological Society en 2011:

Measuring Total Column Water Vapor by pointing an infrared thermometer at de Sky.

En él se analiza el uso de termometros IR de mano para medir la columna de agua atmósferica, pero lo bueno es que habla de la relación entre columna de agua y transparencia atmosférica.

Ya conocía a Brooks por usar diodos led como sensores monocromáticos en la fabricación de instrumentos de medida atmosféricos baratos para el programa GLOBE. De hecho Brooks ya había fabricado un fotometro con leds para medir la columna de agua y el espesor de los aerosoles. Lo bueno es que para  la columna de agua es mucho más sencillo con termometro IR que con leds. 

Y la buena noticia por mi parte, es que casualmente hace ya un año, añadí  un termometro IR a la estación EMA con el propósito de redundar su sensor de nubes basado en peltier. Pero además, resulta que he instalado ese mismo termómetro en el TESS (Telescope Encoder & Sky Sensor), que ya va estando en posesión de algunos aficionados.

Resumiendo, creo que un simple termómetro de infrarojos puede complementar y mejorar las medidas de contaminación lumínica. Por mi parte, el programa EMA empezará a guardar las lecturas de temperatura aparente del cielo para una posterior calibración. Una vez calibrado el sensor IR, se podrá estudiar la relación entre el agua en la atmósfera y las medida de brillo que toma la estación.

Como me ha parecido muy interesante, pongo un resumen de resultados del articulo:
Midiendo la Columna Total de Vapor de Agua 
apuntando un termometro de infrarojos al cielo.
por Forrest M. Mims III , Lin Hartung Chambers, and David R. Brooks

Se llama columna de vapor o agua precipitable al espesor de agua que resultaría de condensar todo el vapor de agua contenido en una columna vertical de atmósfera.

Se mide con fotómetros solares, que comparan la luz recibida en dos bandas de luz, una que es atenuada por el agua y otra que no. También se calcula analizando las señales de satélites GPS cuya propagación se ve afectada por la cantidad total de agua que atraviesan.

La cantidad de agua contenida en la atmósfera es de gran importancia para la meteorología, pero también es de interés en la observación astronómica, ya que incluso en días completamente despejados, la cantidad de agua contenida en la atmósfera, mezclada con los aerosoles atmosmféricos higroscópicos, influye en la transparencia del cielo.

Dos años comparando la temperatura aparente del cielo en el zenith tomada con termómetro IR y el agua precipitable ( precipitable water, PW, a la dercha) medida con un instrumento de referencia. Lugar del experimento situado a 27ºN y 97ºW

A continuación vemos los resultados obtenidos en los dos años que dura el estudio en base a dos termómetros IR comparando con un fotómetro Microtops II de una estación próxima.  La curva roja representa el ajuste a una exponencial. Se observa como cada uno requiere su propia calibración.

Termometro de mano modelo OS540.

Termómetro de mano modelo IRT0421.

En la siguiente tabla aparece la comparativa completa de cinco termómetros. En las líneas inferiores hay dos intrumentos de referencia, un fotómetro y uno basado en GPS. Ambas referencias estaban situados a 30 Km de distancia. Entre los dos intrumentos de referencia también se observan diferencias.

En resumen, la columna total de agua precipitable en la atmósfera puede medirse razonablemente bien con un simple termómetro IR calibrado adecuadamente.
En el articulo, la referencia de calibración era una estación próxima de la NOAA, la agencia americana de meteorológia, que ofrece el histórico de medidas online.