¿Por qué titilan las estrellas y qué hacen los telescopios para esquivar ese titileo?

El titileo no sale de la estrella: lo produce el aire que atraviesa su luz

La respuesta corta: las estrellas parecen titilar porque el aire desvía su luz de distintas maneras, y como el aire cambia sin parar, también cambia la luz que nos llega. En su camino por la atmósfera, la luz de una estrella se va encontrando regiones de aire con distintos índices de refracción (es decir, que desvían la luz de forma distinta), y la turbulencia atmosférica hace que esos índices cambien sin parar[1].

Una explicación de la Universidad de Osaka lo cuenta así: la luz sigue en línea recta mientras el material que atraviesa sea uniforme, pero se curva si el índice de refracción cambia de un lugar a otro. La forma en que el aire desvía la luz depende de la presión, la temperatura y la humedad. Como esas condiciones cambian, también cambia la dirección de la luz[2]. Las masas de aire más densas y menos densas, que aparecen y desaparecen, hacen un poco de lentes: concentran la luz en unos puntos y la dispersan en otros. Para quien mira desde el suelo, el resultado es un brillo que sube y baja muchas veces por segundo[2].

Es un efecto del aire, no de la estrella. Los astrónomos lo llaman centelleo (scintillation en inglés) cuando se refieren al cambio de brillo, y seeing cuando se trata del cambio de posición de la imagen[3]. Y el mismo mecanismo hace que las luces lejanas de una ciudad parezcan temblar en una noche con viento o cuando suben corrientes de aire caliente de los edificios[2].

Los planetas titilan menos que las estrellas porque no son un punto

Una estrella está tan lejos que su luz llega como la de un punto. Cualquier pequeña variación del aire por el que pasa basta para cambiar la cantidad de luz que entra en el ojo[2].

Un planeta como Venus se ve algo más grande: su imagen equivale a muchos puntos juntos. Cada uno de ellos «tirita» a su manera, pero las variaciones se mezclan y se compensan, de modo que el brillo total apenas se nota inestable[2]. Es una pista útil, pero no una regla infalible: no dice que los planetas nunca titilen, sino que lo hacen de forma menos llamativa.

Otro factor es la altura sobre el horizonte. Una estrella cercana al horizonte atraviesa más aire que una que está sobre nuestra cabeza, y por eso titila más[2]. Cuando el aire está tranquilo, el titileo también se reduce[2].

También hay estrellas que cambian de brillo de verdad, las llamadas variables. Eso es otra cosa: ocurre en la estrella, no en el aire[2].

Newton ya pensaba que había que subir a las montañas para escapar del temblor del aire

Isaac Newton escribió sobre el problema en su Opticks. En el capítulo sobre cómo acortar los telescopios señala que el aire a través del cual miramos las estrellas «está en perpetuo temblor», algo que se ve en el movimiento de las sombras que proyectan las torres altas y en el titileo de las estrellas fijas. Añade que esas estrellas no titilan cuando se miran con telescopios de gran abertura, y que el único remedio es un aire muy sereno y tranquilo, como el que quizá exista en la cima de las montañas más altas, por encima de las nubes más densas[4].

Esa idea tardó más de un siglo en ponerse a prueba. Según una reseña de la Sociedad Astronómica de Edimburgo, en 1856 el astrónomo Charles Piazzi Smyth consiguió dinero del Almirantazgo británico y viajó a Tenerife, en las islas Canarias. Observó primero a unos 8 900 pies de altura (alrededor de 2 700 m) en Guajara y después a 10 700 pies (unos 3 260 m) en Alta Vista, sobre todo estrellas dobles, para ver cuánto mejoraban las imágenes en altura[5]. La reseña es un texto divulgativo y no dice las cifras de la mejora; sirve para ubicar la expedición, no para medir el resultado.

Desde entonces, la idea de Newton se ha vuelto costumbre: muchos telescopios grandes se construyen en cumbres de aire fino y estable. Hay un detalle práctico que cuenta la Universidad de Osaka: en esos observatorios se evita incluso encender estufas, porque el calor produce corrientes de aire que empeoran la imagen[2].

Ni en la cima de una montaña desaparece el temblor, y por eso se corrige con espejos y láseres

El telescopio Subaru, de 8,2 metros de diámetro, está a unos 4 200 m de altura en el monte Mauna Kea, en Hawái, donde el aire es fino y estable. Aun así, la atmósfera sigue ensanchando las imágenes de las estrellas hasta unos 0,5 segundos de arco, bastante más de lo que el telescopio lograría por sí solo (más abajo van las cifras de 2006)[7]. Un segundo de arco es la 3600.ª parte de un grado: una medida muy pequeña, pero que a los astrónomos les importa mucho.

En 2006, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón precisó las cifras: a la longitud de onda de 2 micrómetros (infrarrojo cercano), el telescopio podría distinguir detalles de 0,06 segundos de arco, pero la resolución real en Mauna Kea era en promedio de unos 0,6[6].

La solución se llama óptica adaptativa. Un sensor mide cómo ha deformado el aire la luz de una estrella guía cercana, y un espejo deformable cambia de forma a gran velocidad para cancelar esa deformación. Así se consiguen imágenes casi tan nítidas como las de un telescopio espacial[7]. En 2006, el sistema de 188 elementos del Subaru recuperó la resolución teórica, unas diez veces mejor[6].

Pero hace falta una estrella brillante muy cerca del objeto que se quiere observar, y eso casi nunca ocurre: en 2006, solo alrededor del 1 % del cielo tenía una estrella guía natural adecuada. La solución fue fabricar una estrella artificial. En la mesosfera, a unos 90–100 km de altura, hay una capa de átomos de sodio; un láser de 589 nanómetros los hace brillar, y ese punto luminoso sirve de guía[7]. Con el láser, la óptica adaptativa pasó a poder usarse en más de la mitad del cielo[6].

La otra salida, claro, es salir de la atmósfera: los telescopios espaciales no tienen este problema[2].

Unos estudiantes de secundaria superior en Japón midieron el titileo de la Polar con una cámara

En 2014, tres estudiantes de un instituto de la prefectura de Tochigi, en Japón, quisieron saber si el tiempo meteorológico cambia el titileo. Conectaron una cámara CCD enfriada a un telescopio refractor de 15 cm, filmaron durante 60 segundos los valores de brillo de la Estrella Polar (que casi no cambia de posición en el cielo) y calcularon la desviación estándar de esos valores: cuanto mayor, más titileo. Hicieron lo mismo con una bombilla situada a 899 m del telescopio[8].

Vieron que en invierno, con viento fuerte, el titileo aumentaba, y que entre las mediciones de verano e invierno, más humedad coincidía con menos titileo. El titileo de la Polar y el de la bombilla siguieron tendencias parecidas el 5 de diciembre, con un coeficiente de correlación de 0,64, lo que sugiere que el aire cercano al suelo también influye[8].

Hay que leerlo con prudencia: es el resumen de un cartel escolar, con datos de un solo lugar y de pocos días. No demuestra que el viento «cause» el titileo ni sirve para predecir el tiempo[8]. Lo valioso es el método: convertir algo que se mira a ojo en un número.

Cómo comprobarlo tú: compara cómo titilan las luces lejanas en noches distintas

Con una persona adulta, y desde dentro de casa, mira por una ventana una luz lejana (una farola o la ventana de un edificio). Anota la fecha, si titila mucho o poco y cómo está el viento (con el dato de una aplicación del tiempo basta). Si lo repites varias noches, puedes ver si el viento y las corrientes de aire cambian el parpadeo. Tus datos serán pocos, como los de los estudiantes, y no te permitirá predecir el tiempo.

Si hay un planeta brillante visible, compáralo con una estrella cercana en el cielo: lo esperable, por lo visto, es que el planeta se vea más firme[2]. No lo des por seguro, porque eso también depende de la noche. Y queda una pregunta abierta: por qué, a veces, hasta el color de una estrella parece cambiar cuando titila. Este artículo no ha encontrado una fuente que lo explique.

Fuentes consultadas

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