Medir la oscuridad en lugares remotos

Completamente autónomo, no invasivo y low cost. Así es el nuevo fotómetro SG-WAS (SkyGlow Wireless Autonomous Sensor) que ayudará a conocer el impacto de la luz artificial nocturna sobre las áreas naturales protegidas de la Macaronesia.

Hace poco menos de un mes, la revista Sensors dio a conocer a la comunidad científica un nuevo dispositivo de bajo coste para medir el brillo del cielo nocturno. El fotómetro SG-WAS ha sido desarrollado por la empresa canaria de I+D+i SIELTEC Canarias, para el proyecto Interreg EELabs (Energy Efficiency Laboratories), que coordina el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Se trata del primer sensor inalámbrico, alimentado por energía solar, capaz de comunicarse a través de tecnologías LoRa, WiFi o LTE-M. Esto permite su instalación en lugares de muy difícil acceso, en los cuáles todavía no han podido medirse, sobre el terreno, los niveles de contaminación lumínica durante un periodo continuado.

Entre sus características técnicas destaca su rápida capacidad de carga. Puede alcanzar el voltaje máximo en solo 4 horas, tras una noche completa de funcionamiento. Pensando en su uso en lugares donde la irradiación solar es muy variable a lo largo del año, se ha trabajado en la capacidad de permanecer hasta 20 días sin cargarse, mientras realiza sus mediciones cada noche. Y, si después de ese tiempo continuase sin recibir luz solar suficiente, adopta un estado de hibernación del que puede recuperarse una vez vuelvan a recibir radiación directa del Sol.

Durante más de un año, se ha probado su resistencia frente a condiciones meteorológicas extremas y la estabilidad de sus mediciones se ha demostrado en pruebas de campo. Actualmente hay desplegados más de 50 dispositivos SG-WAS dentro de las redes de fotómetros del proyecto EELabs, en las islas de Corvo (Azores), Madeira, La Palma, Gran Canaria y Tenerife, que realizan mediciones de la oscuridad cenital de la noche cada 5 minutos de forma continua y los envían a la base de datos pública de EELabs.

Fig 1. (a) Ciclo normal de carga-descarga de tres fotómetros SG-WAS versiones LoRa (verde), LTE-M (marrón) y WiFi (azul) ubicados en el Observatorio del Teide (OT, Islas Canarias, España). La irradiación solar, medida por la estación meteorológica de los telescopios Stella, se muestra en la parte inferior; (b) curva de descarga de un SG-WAS WiFi cuando no está expuesto a la luz solar directa (el fotómetro se encontraba dentro de una cúpula de un telescopio nocturno). Tarda más de 20 días en dejar de tomar medidas de forma ininterrumpida hasta alcanzar el estado de hibernación; (c) curva de carga de un SG-WAS una vez que recibe luz solar directa desde el estado de hibernación; (d) curva de voltaje del dispositivo 1∗53 colocado en el Valle de Tejeda (Gran Canaria, España), que deja de estar expuesto a la luz solar directa a mediados de noviembre, permanece en hibernación durante 4 meses y vuelve a funcionar al recibir radiación solar de nuevo en marzo.

Innovación basada en la experiencia

Su diseño óptico es muy similar al de los fotómetros TESS-W, del proyecto STARS4ALL -en el que también participó el IAC-. “Está diseñado para medir la oscuridad en un área circular de unos 19 grados de diámetro en torno al cénit. Cubre prácticamente todo el rango visible, entre los 400 y 720 nm y tiene una transmitancia ligeramente superior a sus predecesores” detalla Miguel R. Alarcón, investigador del IAC y primer autor del artículo. Y añade: “esto ha permitido diseñar un algoritmo de promedios, que permite reducir el error instrumental hasta las milésimas de magnitud y conocer instantáneamente la presencia de nubes”.

Con el objetivo de extremar su precisión, “se ha diseñado un nuevo método de calibración de fotómetros que utiliza la Esfera Integrante del Cielo (SIS, del inglés Sky Integrating Sphere), pudiendo alcanzar precisiones de calibración por debajo de 0.02 mag/arcsec2”, explica Miquel Serra-Ricart, coordinador del proyecto EELabs y coautor del artículo.

Este trabajo es un ejemplo de la transferencia tecnológica entre el Instituto de Astrofísica de Canarias y el tejido industrial local, que favorecen los proyectos del programa Interreg MAC.

EELabs (eelabs.eu) es un proyecto financiado por el Programa INTERREG V-A MAC 2014-2020, cofinanciado por el FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional) de la Unión Europea, bajo el contrato número MAC2/4.6d/238. En EELabs trabajan 5 centros de la Macaronesia (IAC, ITER, UPGC, SPEA-Azores, SPEA-Madeira). El objetivo de EELabs es crear Laboratorios para medir la Eficiencia Energética de la Luz Artificial Nocturna en áreas naturales protegidas de la Macaronesia (Canarias, Madeira y Azores). STARS4ALL fue un proyecto financiado por la Unión Europea H2020-ICT-2015-688135.

Artículo: M. R. Alarcon, M. Puig-Subirà, M. Serra-Ricart, S. Lemes-Perera, M. Mallorquin, C. López (2021) SG-WAS: A New Wireless Autonomous Night Sky Brightness Sensor. Sensors 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/s21165590

Enlaces de interés:

EELabs: www.eelabs.eu