Medir a escuridão em locais remotos

Completamente autónomo, não invasivo e de baixo custo. Este é o novo fotómetro SG-WAS (SkyGlow Wireless Autonomous Sensor) que ajudará a compreender o impacto da luz artificial durante a noite nas áreas naturais protegidas da Macaronésia.

Há pouco menos de um mês, a revista Sensors revelou à comunidade científica um novo dispositivo de baixo custo para medir a luminosidade do céu nocturno. O fotómetro SG-WAS foi desenvolvido pela empresa de I+D+i das Ilhas Canárias SIELTEC Canarias, para o projecto Interreg EELabs (Laboratórios de Eficiência Energética), coordenado pelo Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Este é o primeiro sensor sem fios, alimentado por energia solar, capaz de comunicar via LoRa, WiFi ou tecnologias LTE-M. Isto permite a sua instalação em locais de muito difícil acesso, onde ainda não foi possível medir os níveis de poluição luminosa no campo durante um período de tempo contínuo.

Entre as suas características técnicas, destaca-se a sua capacidade de carga rápida. Pode atingir a voltagem máxima em apenas 4 horas, após uma noite completa de funcionamento. Pensando na sua utilização em locais onde a irradiação solar é altamente variável ao longo do ano, foi concebida para permanecer sem carga até 20 dias, ao mesmo tempo que se efectuam medições todas as noites. E, se após esse tempo continuar a receber luz solar insuficiente, adopta um estado de hibernação do qual pode recuperar uma vez que volte a receber luz solar directa.

Durante mais de um ano, a sua resistência a condições meteorológicas extremas foi testada e a estabilidade das suas medições foi demonstrada em testes de campo. Mais de 50 dispositivos SG-WAS estão actualmente instalados nas redes de fotómetros EELabs nas ilhas do Corvo (Açores), Madeira, La Palma, Gran Canaria e Tenerife, fazendo medições da escuridão zenital à noite de 5 em 5 minutos continuamente e enviando-os para a base de dados pública EELabs.

Fig 1. (a) Ciclo normal de carga-descarga de três fotómetros SG-WAS LoRa (verde), LTE-M (castanho) e WiFi (azul), localizados no Observatório de Teide (OT, Ilhas Canárias, Espanha). A irradiação solar, medida pela estação meteorológica dos telescópios Stella, é mostrada na parte inferior; (b) curva de descarga de um SG-WAS WiFi quando não exposto à luz solar directa (o fotómetro estava dentro de uma cúpula de um telescópio nocturno). Demora mais de 20 dias a parar de fazer medições ininterruptamente até atingir o estado de hibernação; (c) curva de carga de um SG-WAS assim que recebe luz solar directa do estado de hibernação; (d) curva de tensão do dispositivo 1∗53 colocado no Vale de Tejeda (Gran Canaria, Espanha), que deixa de estar exposto à luz solar directa em meados de Novembro, permanece em hibernação durante 4 meses e volta a funcionar quando volta a receber radiação solar em Março.

Inovação baseada na experiência

O seu desenho óptico é muito semelhante ao dos fotómetros TESS-W do projecto STARS4ALL, no qual a IAC também participou. “Foi concebido para medir a escuridão numa área circular de cerca de 19 graus de diâmetro em torno do zénite. Cobre praticamente toda a gama visível, entre 400 e 720 nm, e tem uma transmitância ligeiramente superior aos seus predecessores”, explica Miguel R. Alarcón, investigador da IAC e primeiro autor do artigo. E acrescenta: “isto permitiu-nos conceber um algoritmo de cálculo da média, que nos permite reduzir o erro instrumental a milésimos de magnitude e conhecer instantaneamente a presença de nuvens”.

Com o objectivo de aumentar a sua precisão, “foi concebido um novo método de calibração de fotómetros que utiliza a Esfera Integradora do Céu (SIS), que pode atingir uma precisão de calibração inferior a 0,02 mag/arcsec2”, explica Miquel Serra-Ricart, coordenador do projecto EELabs e co-autor do artigo.

Este trabalho é um exemplo da transferência de tecnologia entre o Instituto de Astrofísica de Canarias e o tecido industrial local, que os projectos do programa Interreg MAC favorecem.

EELabs (eelabs.eu) é um projecto financiado pelo Programa INTERREG V-A MAC 2014-2020, co-financiado pelo FEDER (Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional) da União Europeia, sob o número de contrato MAC2/4.6d/238. EELabs envolve 5 centros macaronésios (IAC, ITER, UPGC, SPEA-Azores, SPEA-Madeira). O objectivo da EELabs é criar Laboratórios para medir a Eficiência Energética da Luz Nocturna Artificial em áreas naturais protegidas da Macaronésia (Ilhas Canárias, Madeira e Açores). STARS4ALL foi um projecto financiado pela União Europeia H2020-ICT-2015-688135.

Artigo: M. R. Alarcon, M. Puig-Subirà, M. Serra-Ricart, S. Lemes-Perera, M. Mallorquin, C. López (2021) SG-WAS: Um Novo Sensor de Brilho do Céu Nocturno Autónomo sem fios. Sensores 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/s21165590

Ligações úteis:

EELabs: www.eelabs.eu