Simulação do eclipse de 14/12/2020 com o Stellarium contrastada por fotos!

18 de dezembro, 2020 às 21:41 | Postado em Astronomia, Forma da Terra

Professor

Achei muito boa aquela contrastação de uma foto do eclipse de 14/12/2020 com a imagem obtida do Stellarium. Bem que poderia haver mais cotejos para evidenciar que de fato o Stellarium prediz com precisão o comportamento dos corpos celestes.  Agradeço antecipadamente.

Nesta postagem serão apresentadas fotografias do eclipse solar ocorrido em 14 de dezembro de 2020 observado a partir da região metropolitana de Santiago no Chile. Será apresentado uma simulação do eclipse com programa Stellarium além de discutir como essa ferramenta pode ser usada para planejar observações e astrofotografias. Adicionalmente será feita a comparação dos resultados da simulação com as fotos reais do eclipse solar parcial.

O aplicativo Stellarium é muito popular entre os adeptos de astronomia amadora e astrofotografia. Devido a sua versatilidade e facilidade de uso, associada a sua portabilidade em praticamente todos os sistemas operacionais (também conta com uma versão web), é possível utilizá-lo no Windows, Linux, MacOs além das versões móveis para celular.

Basicamente o Stellarium é um projeto open source (de código aberto) portanto gratuito e colaborativo. Conta com um catálogo com milhões de objetos celestes: inclui planetas, estrelas, galáxias, nebulosas, cometas além de objetos artificiais como satélites e até mesmo a estação espacial internacional (ISS).

Como o Stellarium é um simulador do céu noturno/diurno, ele permite que seja possível prever a posição de um determinado astro no céu em relação a um observador em qualquer lugar do mundo ou até mesmo em outro planeta! Além disso ele tem uma série de outras funcionalidades como por exemplo:

• Visualizar eclipses;
• Visualizar efeitos da atmosfera terrestre e cintilamento de estrelas;
• Prever e simular passagem de satélites artificiais;
• Prever e simular chuvas de meteoros;
• Prever data, hora minuto e segundo em que um astro estará em determinada posição do céu;
• Luminosidade (magnitude) de um astro, prevendo assim quão visível estará;
• Posicionamento exato de objetos com precisão de arcos de segundo;
• Simular performances de telescópios, lunetas binóculos e etc;

dentre outras características e funcionalidades avançadas.

Com todas essas possibilidades oferecidas pelo programa, torna-se muito prático e interessante planejar observações e astrofotografia seja de objetos específicos, seja de eventos astronômicos. Para o eclipse solar ocorrido em 14/12/2020, o Stellarium inicialmente foi utilizado para prever:

• Data, hora, minuto e segundo em que se iniciaria o eclipse para um observador em Santiago, Chile (Figura 3);
• Data, hora minuto e segundo em que terminaria o eclipse para um observador em Santiago, Chile (Figura 4);
• Posição (azimute e elevação) no início e fim do eclipse.

De posse dessas informações, foi possível fazer um planejamento adequado para realizar fotografias do evento astronômico prevendo possíveis obstáculos uma vez que as fotos foram feitas em ambiente urbano, cercado de árvores e edifícios. Com isso verificou-se que o lugar inicialmente escolhido para realizar as fotografias estaria inadequado para fotografar o início do eclipse (algumas árvores obstruiriam parte do evento por pelo menos 15 minutos).

Em outras palavras, no azimute e elevação previstas para o posicionamento do Sol no local para a hora do início do eclipse, existiam obstáculos que impediriam a visualização e por consequência a fotografia. Assim sendo, outro local foi providenciado na região metropolitana de Santiago do Chile. Segundo as simulações com o programa, para um observador nas coordenadas latitude 33° 27’ 24.98’’ S longitude 70° 38’ 77’’ W, os horários de início e fim do eclipse podem ser vistos na Tabela 1.

Uma vez resolvida a questão dos obstáculos visuais, procedeu-se com a preparação do equipamento fotográfico para registrar o evento. Foi utilizada uma câmera Panasonic Lumix DMC FZ-100 com uma adaptação da lente utilizando um filtro UV e um filme solar polimérico (detalhes na Figura 2).

Os detalhes técnicos do filme polimérico utilizado podem ser consultados no link:

http://thousandoaksoptical.com/shop/solar-filters/bulk-rolls/

Foram realizadas uma série de fotografias do evento em intervalos de tempo que variam entre 5 e 20 minutos, com a finalidade de capturar diferentes fases do eclipse.

As fotos foram tomadas sem nenhuma base de apoio ou tripé, utilizando como referência o horizonte visual do observador na direção do azimute em que o Sol se encontrava em cada um dos horários em que foi fotografado.

Obviamente ocorreram desvios de eixo ou “tilts” fazendo com que as imagens tenham um pequeno giro em relação ao eixo ortogonal ao plano da foto. Tal efeito pode ser visualizado na Figura 5.

Quando não se utiliza um tripé nivelado ou uma montagem equatorial que acompanha o movimento do Sol na linha da eclíptica, é muito comum que o fotógrafo incline a câmera. Dessa maneira, para as comparações que serão feitas em relação às previsões do Stellarium, corrigiremos a inclinação da câmera ajustando a imagem com o programa GIMP.

Para realizar esse comparativo entre realidade (fotos) e simulação, a seguinte metodologia foi empregada:

1. Foram fotografados diferentes momentos do eclipse, com intervalos que variam aproximadamente de 5 a 20 minutos, sendo a maioria deles próximo de 10 minutos.
2. A câmera foi ajustada para exposição manual com os seguintes parâmetros utilizados para todas as fotos da sequência: ISO 100, f/8.0, 1/125, zoom 24x. Tais detalhes podem ser visualizados nos EXIF’s das fotografias originais.
3. Finalizada a série de fotografias, foram simulados no Stellarium os mesmos momentos das fotos para o local onde as fotos foram realizadas.
4. As imagens reais foram alinhadas com as do Stellarium para corrigir a inclinação da câmera. Durante a simulação se manteve fixo o nível de zoom, com campo visual de 2,7°.
5. A comparação final é feita em relação ao percentual do Sol ocultado pela Lua em cada um dos momentos do eclipse.
6. Para calcular o percentual de ocultação, utilizou-se uma ferramenta gráfica do GIMP que conta a quantidade de pixels da área exposta do disco solar. O percentual ocultado é então calculado por

onde

Pixels_Visiveis : número de pixels da área não oculta;

Pixels_Totais :  número total de pixels do disco solar antes do eclipse.

7. Este cálculo foi feito tanto para as imagens reais bem como para a simulação.

Na Figura 6 é possível visualizar o esquema do método empregado para comparar as fases do eclipse real e da simulação. A vantagem em se empregar esse método é que ele não depende da escala da fotografia bem como da simulação desde que as imagens tenham boa resolução.

Durante a simulação, foram extraídas capturas de tela dos momentos de cada fase do eclipse de modo que coincidam com o selo de tempo das fotografias. Na Tabela 2 temos o resultado comparativo de um total de 16 imagens e 16 capturas de tela da simulação.

Na Figura 7 vemos um detalhe da correção de escala das fotos e inclinação da câmera para fins de comparação visual entre os registros fotográficos e os registros simulados no Stellarium.

Ainda com a intenção de demonstrar a coerência observada na comparação entre realidade e simulação, foi gerado o Gráfico 1. Nele, é possível observar a evolução da zona escura ou percentual de ocultação do Sol: a curva em azul representa o que se observou com as fotografias e em vermelho é representado o que se observa através da simulação no Stellarium.

Verifica-se que o ápice do eclipse ocorre próximo as 13:00 para um observador em Santiago, Chile, com um percentual de ocultação do Sol de aproximadamente 78%.

 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Após analisar os resultados quantitativos (percentuais de ocultação do Sol) bem como os qualitativos (comparação visual) de cada fase do eclipse solar parcial de 14/12/2020 utilizando esse método empírico e auxiliado por ferramentas computacionais livres, pode-se dizer que o Stellarium é de grande utilidade para estudiosos e adeptos da astronomia e astrofotografia.

Este trabalho não teve o objetivo de avaliar a acurácia do programa para observação de eventos que demandam alta precisão em escala de tempo e posicionamento de astros na escala dos arcos de segundo. Apesar de que o programa apresenta precisão nesse nível, isso não foi avaliado aqui.

A própria metodologia proposta para a contagem dos pixels que representam as áreas iluminadas do Sol pode gerar resultados diferentes dependendo da sensibilidade ou threshold na ferramenta gráfica que for empregada para esse fim. Dessa maneira sugere-se o cuidado de eleger o mesmo ajuste para a seleção dos pixels em todas as imagens. Neste trabalho usamos threshold=100 para as fotografias e threshold=75 para a simulação.

Outro ponto importante é tirar todas as fotos com o mesmo ajuste manual de exposição e principalmente a mesma quantidade de Zoom. Isso é mandatório se quisermos utilizar a simplificação de que o número de pixels de referência seja o da primeira foto do disco solar antes do início do eclipse.

Ainda com relação ao método proposto, pode-se considerar como melhorias:

1. Utilizar uma montagem equatorial para que as fotografias sigam a linha da eclíptica como referência. Fazer o mesmo ajuste no Stellarium que possibilita inclusive simular o que o observador veria de acordo com o equipamento utilizado (telescópio, binóculos, etc). Isso dispensaria as correções de inclinação da câmera e dependendo do zoom simulado, poderia inclusive dispensar a correção de escala da foto.
2. Converter as fotos para preto & branco ou outra paleta que reduza a gama de cores para homogeneizar os pixels das fotografias. Isto faria com que a seleção da área iluminada fosse mais precisa.

Para finalizar, pode-se considerar que o Stellarium é confiável para fazer previsões astronômicas bem como recomendar o seu uso como ferramenta de apoio para observações e astrofotografia.