Material astronómico. El filtro solar.

Un eclipse total de sol es probablemente el fenómeno astronómico más espectacular que la gente puede experimentar. En 1998 y 1999 el mundo asistirá a los eclipses solares que podrán ser bien observados por millones de personas. Además, el Sol está avanzando en su ciclo de 11 años hacia el máximo solar, esperado en el 2001, que tentará a observadores de todos los calibres a observar nuestra estrella más cercana.

En las semanas y días previos a un eclipse, los anuncios en los medios de comunicación describen lo que sucederá y cómo observar el evento con seguridad. Por desgracia, a pesar de las buenas intenciones, a menudo se da una información inexacta sobre las técnicas de observación seguras. Esto es especialmente cierto cuando las recomendaciones se refieren a los filtros protectores para observar directamente el Sol.

Publiqué por primera vez datos sobre filtros solares en Sky & Telescope en el número de Agosto de 1981 (página 119) pero desde entonces han aparecido en el mercado varios filtros nuevos tanto para visión como para fotografía. En Junio de 1996 participé en un encuentro patrocinado por la OTAN sobre astronomía de los eclipses solares. Esto me indujo a realizar medidas espectro-fotométricas de una serie de materiales a valorar, si proporcionaban una protección adecuada a los ojos. Estos incluían materiales tan raros como el disco magnético interno de un disquete de 3'5 pulgadas, láminas múltiples de "recubrimiento espacial" (un tipo muy fino de Mylar aluminizado), discos compactos (CD´s) y envolturas de alimentos de Mylar metalizado.

Cómo se daña el ojo
La radiación solar que alcanza la superficie de la Tierra va desde la luz ultravioleta con longitudes de onda superiores a 2900 angstroms hasta ondas de radio de escala métrica. La exposición ambiental a niveles altos de radiación ultravioleta solar contribuye ampliamente a acelerar el envejecimiento de las capas externas del ojo y de la piel y al desarrollo de cataratas. Pero el daño a corto plazo tiene lugar al observar directamente el Sol con una protección ocular inadecuada.

El ojo transmitirá la mayor parte de la radiación entre 3.800 y 14.000 angstroms hasta la retina sensible a la luz, lo que hace que ésta, se queme.

Exponer la retina a luz visible de alta intensidad desencadena una serie de reacciones químicas complejas dentro de las células en forma de conos y bastones sensibles a la luz. Los productos de estas reacciones anulan la capacidad de las células, de responder a la luz y en casos extremos pueden destruirlas en breves segundos de exposición. Dependiendo de la gravedad del daño un observador afectado experimenta una pérdida temporal o permanente de la función visual. Esta herida fotoquímica aparece principalmente cuando la retina es expuesta a la luz azul o verde.

Cuando las longitudes de onda más grandes de la luz visible y de la radiación infrarroja cercana pasan al ojo, son absorbidas por el pigmento oscuro del epitelio inferior de la retina. La energía se convierte en calor que puede cocer literalmente el tejido expuesto. La fotocoagulación destruye los bastones y conos, dejando un área permanentemente ciega en la retina. Este daño térmico también aparece durante una exposición larga a la luz azul y verde. Tanto las heridas fotoquímicas como las retinales ocurren sin que el afectado se entere, ya que no hay receptores de dolor en la retina y los efectos visuales no aparecen al menos hasta unas horas después de que el daño esté hecho.

Para cada longitud de onda de radiación óptica, la retina tiene un umbral de exposición correspondiente, bajo el cual se produce el daño. ¿ Cómo se conocen estos umbrales?. Se puede calcular la transmisión máxima del filtro que protegerá los ojos. La razón entre el umbral de lesión y la radiación espectral solar en cada longitud de onda (suponiendo que el Sol esté en el cenit en un cielo despejado) es un buen punto de partida. Para un margen extra de seguridad, sin embargo, se calcula entonces la transmisión tolerable entre un 1 y un 0'1 por ciento de esta razón.

Para la banda de onda entre 3.800 y 14.000 angstroms (luz azul a infrarrojo cercano), encontramos que un filtro con una transmisión de 0'0032 por ciento, que corresponde a un numero de sombra de 12, proporciona una adecuada protección retinal durante 1a observación del Sol. Sin embargo, esto no tiene en cuenta la comodidad visual, en cuyo caso a menudo es preferible un filtro más oscuro que tenga una transmisión del 0'0003 par ciento (número de sombra 14).

Medición de la transmisión del filtro
Los distintos materiales probados para este artículo están listados en la Tabla 1. La película fotográfica se obtuvo de un minorista (tienda de fotografía), expuesta a luz solar máxima y llevada a la máxima densidad de acuerdo con las instrucciones del fabricante. El filtro de vidrio ahumado se fabricó depositando hollín de una vela sobre un portaobjetos de microscopio. Los otros materiales fueron obtenidos por una selección aleatoria de las existencias de minoristas. Se comprobaron los disquetes tras retirar la carcasa externa de plástico.

Hay numerosos filtros solares en el mercado que no se evaluaron aquí por su similitud con otros productos analizados. El propósito de este esfuerzo era determinar los tipos generales de materiales que hacen seguros a los filtros, no comparar diseños similares de distintos fabricantes.

Se llevaron a cabo las medidas de transmisión usando un espectrofotómetro a intervalos de 50 angstroms entre 2.000 y 25.000 angstroms. Un atenuador redujo la cantidad de ruido de la señal pero se mantuvo una notable fluctuación de señal en las medidas del infrarrojo y del ultravioleta. Esto es un problema corriente cuando se está determinando la transmisión de materiales filtrantes de alta densidad. Se utilizó un software desarrollado en el Ophtalmic Standards Laboratory de la Escuela de Optometría de la Universidad de Waterloo para calcular el número de sombra de cada filtro y los niveles de transmisión de las distintas bandas de longitud de onda.

Relativa seguridad de los materiales para filtros
 
Se encontró una amplia disparidad en la atenuación de la luz visible por estos materiales, incluso entre los filtros "seguros". Por ejemplo, las diferencias en los métodos de procesamiento daban unas densidades ópticas variables, lo que daba por resultado números de sombra que iban del 11 al 16.

También se encontró un rango amplio de densidades ópticas entre los compact disks de audio y de datos, a causa de las variaciones en los procesos de fabricación. Algunos Cds tienen películas de aluminio que son tan delgadas que parecen semitransparentes con niveles de iluminación de una habitación normal. Estos no son apropiados para usarlos como filtros solares. Otros Cds, sin embargo, son apropiados si el recubrimiento de aluminio es lo bastante denso para que el filamento incandescente de una bombilla apenas se vea a su través.

Los disquetes sólo tienen una transmisión de infrarrojo apenas segura y dan imágenes de calidad pobre del disco solar. Los soportes magnéticos dispersan la luz visible hasta el extremo de que se ve un débil disco rojo rodeado por un halo ancho de luz roja. Recomendaría no usar este material para filtro solar.

El Mylar y los filtros de vidrio dan el resultado más consistente. La mayoría de los productos diseñados específicamente para la protección ocular reúnen fácilmente todos los criterios de transmisión de los filtros seguros. Evitaría el Mylar aluminizado en los envases de productos alimenticios y en las postales por su calidad óptica inconsistente.

Los filtros inseguros incluyen películas de color procesadas en negro, cualquier emulsión fotográfica que lleve una imagen, películas de blanco y negro cromadas (sin plata), filtros ópticos fotográficos de densidad neutra y filtros polarizadores. (Aquí sólo se comprobó la película de color). Aunque estos materiales tienen niveles de transmisión de luz visibles muy bajos, transmiten un nivel inaceptablemente alto de radiación de infrarrojo cercano. La película de color negra es un buen ejemplo, tiene un número de sombra de 15 para la luz visible, pero ¡¡transmite casi el 50% de la radiación infrarroja!!.

Los niveles de transmisión de infrarrojo mostrados en la Tabla 1 deben considerarse como el límite superior para la banda de longitudes de 7.800 a 14.000 angstroms. La relación señal/ruido para las medidas a estas longitudes de onda es extremadamente baja y así y estos datos son menos fiables que los de longitudes de onda más cortas. Por ejemplo, incluso algunos filtros de vidrio con historiales de seguridad muy buenos, presentaban niveles de transmisión de infrarrojo del 0'4%.

Los cristales ahumados tienen muy buenas prestaciones en cuanto a la transmisión de la radiación. Sin embargo, es un material para filtros peligroso por dos razones. Primero, es muy difícil lograr un recubrimiento espeso y uniforme de hollín sobre el vidrio. Segundo, el recubrimiento es frágil. Es muy fácil destruir el filtro al manipularlo.

 
Los filtros solares aceptables para observaciones visuales directas incluyen Mylar aluminizado específicamente diseñado para ver el Sol, filtros de soldadura de sombra 12 a 14, filtros negros de polímeros y dos capas de negativo en blanco y negro con plata, una completamente expuesta y la otra revelada.

Para la fotografía y la visión asistida, particularmente con binoculares o telescopios, los filtros aceptables incluyen los de Mylar aluminizado diseñado específicamente para esta función y los filtros de vidrio de los tipos T1 y T2. El filtro Thousand Oaks T3 debe usarse con cuidado extremo sólo para fotografía. Bajo ninguna circunstancia debe usarse un filtro en el ocular de unos prismáticos o de un telescopio; deben fijarse en las bocas de los tubos en los telescopios reflectores y en el objetivo principal de los refractores.

No se recomiendan el Mylar metalizado no preparado específicamente para la observación solar, el vidrio ahumado, los disquetes, la película de transparencias (diapositivas) de color negro y los discos compactos (por la pésima calidad del recubrimiento metálico).

FILTROS CASEROS DE MYLAR
Uno se puede fabricar sus propios filtros solares seguros y baratos. Los principales componentes son el Mylar aluminizado y las tapas o cobertores que vienen con los prismáticos, las lentes fotográficas o los telescopios.

Salvo raras excepciones en el estado español no encontramos en las tiendas fotográficas el Mylar. Sí venden estos filtros especiales determinados distribuidores repartidos por la Península, ya montados para las distintas aberturas de los objetivos. Varias publicaciones estatales anuncian sus direcciones. Al final de este apartado se incluyen tres direcciones postales norteamericanas donde se pueden realizar los pedidos de Mylar.

Normalmente los prismáticos y telescopios vienen con unas cómodas tapas o cubiertas hechas de plástico blando. Si se quiere sacrificarlos o si se tienen de repuesto, estas tapas constituyen un excelente armazón para filtros solares. Con una navaja o un cuchillo afilado, se corta casi toda la superficie plana de la tapa de plástico, dejando 5 mm en torno al extremo.

Se ajusta el Mylar en círculo de tal manera que queden de 5 a 6 mm por todo el perímetro cuando se ponga la tapa boca abajo sobre él. Se hacen pequeños cortes cada 4 ó 5 mm aproximadamente en todo el perímetro sobrante del Mylar, cortando hacia el centro del filtro. Hay que asegurarse que los cortes vayan próximos, pero no por debajo, a los lados de la tapa. A continuación se dobla el Mylar hacia arriba alrededor de la parte exterior de la tapa, lo brillante hacia fuera, y asegurarlo con cinta adhesiva. La superficie del material del filtro no tiene por qué quedar perfectamente plana. No hay que estirar el material, porque esto puede dañar el recubrimiento y reducir la eficacia del filtro. Se deben reforzar los lados del filtro con una tira de cinta aislante negra muy apretada en torno al borde exterior.

Antes de probar los nuevos filtros al Sol, manténlos frente a los ojos mientras miras a una bombilla potente. Cualquier picadura, agujero o defecto deberá recubrirse con trozos de Mylar o, si no, cambiar todo el material. Después se hace una comprobación en el exterior con los aparatos ópticos, asegurándonos primero de que los filtros no se pueden caer con facilidad -manténlos en su lugar con cinta, si es necesario. Usa los prismáticos o el telescopio para proyectar la imagen del Sol sobre un trozo de papel blanco. Una imagen brillante o clara es otra señal de un defecto. Finalmente, cuando de verdad se mira por el instrumento con los filtros colocados, la imagen del Sol debería ser uniforme. Cualquier brillo indica un defecto en el sistema.

Para los objetivos de cámaras fotográficas se pueden construir unos filtros solares utilizando anillos portafiltros que se venden en las tiendas de fotografía. Estos se usan para adaptar filtros de diferentes diámetros. Se necesitará un anillo de paso que admita filtros de unos 6 mm más anchos de lo que el objetivo a utilizar permita. Usando cinta encolada por ambos lados se asegura un trozo circular de Mylar en el interior del anillo, la parte más brillante hacia fuera. Cuando el filtro esté colocado en la cámara, sigue los mismos pasos de comprobación mencionados arriba.

Cuando se exponen totalmente y se revelan al máximo, se pueden usar dos láminas de película en blanco y negro con plata para la observación solar segura mientras que la película en color es inútil. Las distintas marcas de películas en blanco y negro comprobadas presentaban ligeras variaciones en los niveles de transmisión, aunque todas se consideraron seguras. El polímero negro y el Mylar son los materiales más corrientes utilizados en las conocidas gafas para eclipses. Los filtros solares más baratos y útiles se usan como gafas. Todos los datos gráficos de este artículo son del autor. Los filtros de soldador de sombras 12 a 14 son unos filtros solares populares y seguros que se consiguen fácilmente en los distribuidores de materiales de soldadura.

Los filtros de soldador de sombra 12 a 14 y los filtros de vidrio metalizado son filtros solares populares y seguros. El vidrio metalizado es el material de filtro más popular para observar el Sol con prismáticos o telescopios.

Durante generaciones se propuso el vidrio ahumado (vidrio con una capa de hollín de la llama de una vela) como filtro solar, pero el propio hollín lo hace inseguro. Sólo recientemente se han considerado los envoltorios de alimentos con Mylar, los CDs, y los disquetes (cuando se ha quitado la carcasa de plástico) pero también son problemáticos.

Términos traducidos
Transmitance (percent) = Transmisión (Porcentaje)
Wavelength(angstroms) = Longitud de onda (angstroms)
Safety line = Nivel de seguridad
Lithographic film = Película litográfica
Color film = Película en color.
Mylar (visual grade) = Mylar (grado visual)
Mylar (optical grade) = Mylar (grado óptico)
Black polymer = polímero negro.
Shade 12 welder's filter = Filtro de soldador sombra 12.
Shade 14 weler's filter = Filtro de soldador sombra 14.

 

Observación:

Lo primero, aunque seguro que ya lo habrás leído mil veces, es lo peligroso que puede resultar mirar al sol sin las debidas precauciones. Si es deslumbrante mirarlo a simple vista, observar el sol a través de prismáticos o telescopios sin colocar un filtro puede dejarnos ciegos en una milésima de segundo. Por tanto lo único imprescindible si quieres realizar observación directa a través de telescopio o prismáticos es proveerte de un filtro o lámina mylar o bien de un helioscopio. Si no dispones de ninguno de los dos sólo puedes realizar observación mediante proyección. El buscador del telescopio debe estar siempre tapado para evitar riesgos y posibles daños.




            1.- MÉTODOS DE OBSERVACIÓN.-




            1.1.- Proyección De La Imagen.-

Este método es el más económico y se utiliza si no se dispone de filtro para realizar observación directa. Algunos refractores vienen provistos ya de una pantalla solar pero si el tuyo no la tiene nada más fácil que colocar una cartulina blanca detrás del ocular a una distancia de 20 ó 30 cm dependiendo del ocular utilizado (preferiblemente de poco aumento y campo ancho para poder ver completamente el disco solar) y del tamaño que se quiera que tenga la imagen. Si el telescopio es un refractor agujerea una segunda cartulina y colócala transversalmente en el tubo como parasol para disponer así de un campo de sombra. Para orientar el telescopio al sol nos guiaremos por la sombra que proyecta (jamás mirando a través del buscador o del ocular), sólo hay que dirigir el telescopio al sol y moverlo hasta que su sombra sea circular.

Una vez que tienes el telescopio apuntando al sol y las cartulinas colocadas podrás ver un pequeño círculo brillante, sólo tienes que enfocar para poder distinguir las manchas, coloca la plantilla de dibujo y ya puedes dibujar.

Es aconsejable desviar el telescopio del sol cada cierto tiempo para evitar un calentamiento excesivo tanto del ocular como de la óptica del telescopio.

Este método puedes utilizarlo si sólo quieres observar el sol muy esporádicamente sin pretender hacer un estudio más detallado de la evolución de manchas, número wolf .... ya que no podrás ver detalles de las manchas ni poros pequeños.




            1.2.- Helioscopio.-  

También llamado prisma solar o prisma de Herschel. Prisma en forma de cuña que desvía una parte de los rayos solares (el 80 ó 90%), también es necesario utilizar un filtro solar en el ocular (los llamados sun). El helioscopio es difícil de encontrar y algo caro por lo que puedes construirlo con un prisma cenital, desmontándolo y armándolo al revés de modo que los rayos solares incidan sobre la cara hipotenusa.




            1.3.- Filtro Solar.-  

Es lo más aconsejable si se observa regularmente el sol. Los filtros más apropiados son los que se colocan delante del objetivo del telescopio ya sean de vidrio o de papel mylar. Los que se colocan en el ocular (los llamados sun) no se aconsejan ya que pueden estallar con el calor si la observación se prolonga más de un minuto.

Los mejores son los de vidrio por su calidad aunque su precio es muy elevado. Los mylar son bastante más baratos pero más delicados, con el uso van deteriorándose y para evitar posibles daños en la vista y una mala calidad de imagen hay que reemplazarlos; aún así son la mejor opción.

Si dispones de un telescopio de gran abertura utiliza láminas de mylar.




            1.4.- Superficie No Metalizada.-  

Este método sólo puede ser empleado con telescopios reflectores y consiste en no aluminizar el espejo-objetivo, el secundario o ambos. Es un método muy seguro pero dejará el telescopio inservible para cualquier otro tipo de observación por lo que sólo es aconsejable si únicamente quieres dedicarte a observacion solar o dispones de algún otro telescopio para el resto de observaciones.




            2.- ORIENTACIÓN DEL SOL.-

La orientación del sol varía dependiendo si las observaciones se realizan mediante proyección o son directas.

Mirando a simple vista la orientación del sol es: Norte arriba, Sur abajo, Este a la izquierda y Oeste a la derecha.

Proyectando la imagen : Norte arriba, Sur abajo, Oeste a la izquierda y Este a la derecha.

En la Observación directa a través de telescopio: Norte abajo, Sur arriba, Oeste a la izquierda y Este a la derecha.

Si la observación es directa pero con prisma cenital o con helioscopio la orientacion es la misma que en la proyección: Norte arriba, Sur abajo, Oeste a la izquierda y Este a la derecha.

Construcción:

Os pongo la información de las láminas solares, yo las uso y van de coña y mucho más barato que un filtro de fábrica e igual de eficaz.

En DIN-A4 sale a unas 5000 pelas de las de antes y de una salen bastantes filtros.



The new BAADER AstroSolar™ Safety Film
(neutral density=5)

 
Baader Planetarium is proud to present a new safety film for solar observation. It is made for the construction of high-quality objective-filters for observing the sun with telescopes, binoculars, camera or video-lenses. This foil is CE-tested and reduces the intensity of sunlight by 99.999%.
Technical Description /Certifications

Baader Planetariums AstroSolarTM safety film is a specially manufactured streak- and blisterfree foil. It attains the optical performance of planeparallel glass filters. The base material is not "Mylar"!. The basic development of this film was made in laboratories for nuclear- and particle physics.

High density coatings on both sides of the foil ensures a highly uniform filtering, while neutralizing the occasional miscroscopic holes in the coating. The image of the sun is extremely contrasty and of almost neutral colour.
 
The coating of the foil is subject to constant quality control. Its reflective property of over 99.999% has been tested by a German Republic bureau of standards and conformity with EU norm 89/686 is certified with the CE-symbol. We deliver AstroSolarTM safety film in sheets of 20x29.5 cm. For larger requirements, such as instruments with larger aperture or high-volume orders, it may be obtained in rolled sheets of 100 x 50 cm (approx. 4 Sq.Ft).

Making an inexpensive filter cell for BAADER AstroSolar TM Safety Film  
 
The film must be mounted flat and free of any tension - Only this will provide first class Solar images. The quality of this patent pending material is so high that any wrinkles or strain on the film will lead to a very noticeable deterioriation of optical quality.  
When mounted carefully, AstroSolar TM Film can reach the quality levels of truly precision polished glass plates (not to compare with several glass filters made of ordinary window glass w/o ever having seen a polishing machine).

 
The "Cylinder"
At first you have to produce a cylinder of cardboard, to exactly match the outer circumference of your Telescope tube or dew cap. In order to achieve this, cut a whole number of cardboard layers, approx. 5 -6cm (2 inches) wide. Wrap one piece of cardboard around your dew cap or lens cell and glue one end onto the other.  



Fasten a second and third a.s.f. layer of cardboard in the same manner, until you have manufactured a stiff roll of cardboard, approx. 4 - 5mm thick. Watch out that the finished "cylinder" will slide snuggly over the tube and that it will be easy to slide it on and off the telescope.  
Hint: For telescopes with smaller aperture one could try to find an appropriate "poster tube" and cut off a piece of approx. 5 - 6cm length. Variations in diameter could be egalized by using adhesive felt liner or by gluing Kork pads into the paper tube.

 
The "Filter Cell"
Cut out two rings of cardboard (each having 1 - 2mm thickness). The outer diameter of the ring - shaped cardboard should match the outer diameter of your fabricated "cylinder". The inner diameter should correspond to the actual aperture of the instrument (some mm less may improve on image quality, due to hiding sunken edges on imported objective lenses).  
After having prepared two such rings, both should be equipped on adjacent sides with a large number of small cutouts of double tape along the outer circumference of both rings. Now comes the tricky part - how to get the Solar film onto the taped ring w/o wrinkles or ripples. The film must not be scratched - so put one sheet only of Kleenex (or other soft tissue) onto a flat table. Tape the Kleenex onto the table so that this part is streched out evently and cannot move on you. Only now put a square piece of film - (precut to the size of the cardboard-rings) onto the piece of soft tissue. Do not tape the film and do not strech it! Just let it rest relaxed and flat on the Kleenex.
 


Now take the first cardboard ring and lower it straight down onto the film until every double tape clipping made contact with the film. Turn this package around, tape the other ring onto the opposite side and cut away the overleaf. Now your AstroSolar TM film should be mounted free from strain and wrinkles between the two cardboard rings. Finally glue this "filter holder" onto the prefabricated "Cylinder". Now your "Do it Yourself" filter is ready. Enjoy it - you just saved about US$ 100 - for the filter cell alone



When covering a larger Newtonian or Schmidt-Cassegrain Telescope for Solar Observation, then "Less may be More"! Do not try to make a filter as large as the the telescope aperture itselve. The bigger aperture will greately be compromized by air turbulence and secondary mirror obstruction. Rather produce an "off axis filter cell", to observe the sun with a smaller (but much improved) telescope, wereby an ordinary reflecting telescope may be raised in sharpness and definition to the level of a good refractor.



Está en inglés pero con los dibujos se hace intuitivo.

De todas formas si alguien se los va a fabricar que me lo diga y le echo una mano.

Saludos.

Necesito un poco de ayuda para contruir uno...



Siete

Lo que viene a decir es que hay que construir en cartulina un aro de diámetro interior igual al exterior del objetivo, lo más grueso posible, el filtro de encaja en dos aros y despues se pega al aro anterior, como una tapa de un prismático.

Ahhhhhhhhh