Estudio de la contaminación lumínica en Castellón de la Plana
En este estudio se analiza el espectro del fondo de cielo obtenido durante una sesión dedicada a la observación espectroscópica del centro de la galaxia M101 en abril de 2026. El objetivo principal no era estudiar el cielo, sino la propia galaxia; sin embargo, el espectro resultante permite extraer información valiosa sobre la contaminación lumínica presente en el entorno urbano de Castellón de la Plana.
Las observaciones consisten en un apilado de tres exposiciones calibradas de 300 segundos, tomadas con una QHY294 a ganancia 3045 y offset 5 acoplada a un espectrógrafo DADOS con una red de 200 líneas por milímetro. La dispersión con la configuración empleada es de 1,7 Ångstroms por pixel y una resolución de 220 a los 6116 Ångstroms de longitud de onda.
El espectro de interés para el análisis de contaminación lumínica se ha obtenido a partir de los exteriores de la banda principal correspondiente al núcleo de M101 (líneas verdes de referencia en las imágenes). Aunque estos exteriores podrían contener trazas del espectro de la galaxia, en la práctica el bajo cociente señal‑ruido (SNR) de la señal galáctica en estas regiones hace que su contribución sea despreciable. Por tanto, el espectro extraído puede considerarse representativo del fondo de cielo local.
Indicar que este fondo de cielo incluye tanto la contribución de la contaminación lumínica (principalmente lámparas de sodio, mercurio y led) como otras fuentes: airglow, presencia de oxígeno y agua en la atmósfera y fluctuaciones cuánticas de la propia cámara que no van a ser consideradas.
Morfología de espectro obtenido con contaminación lumínica
El espectro bidimensional resultante presenta la estructura típica de una adquisición con espectrógrafo de rendija, mostrando una clara separación entre la señal procedente del objeto astronómico y la contribución del fondo de cielo. La banda principal, correspondiente al núcleo de M101, aparece como una franja horizontal estrecha y de intensidad moderada situada en la zona central de la imagen. Debido al bajo cociente señal‑ruido alcanzado en estas condiciones, la estructura interna del espectro galáctico es tenue y no se aprecian rasgos propios de la galaxia más allá de su traza general.
En los exteriores de esta banda principal, donde la contribución de M101 es despreciable, domina la señal del fondo de cielo urbano. Estas regiones muestran un patrón continuo sobre el que se superponen diversas líneas y bandas verticales, correspondientes a emisiones y absorciones de origen atmosférico y antropogénico. Las líneas más intensas se manifiestan como trazos verticales bien definidos, mientras que las bandas y estructuras más amplias aparecen como zonas difusas de mayor o menor brillo distribuidas a lo largo del eje de dispersión.
En el lado izquierdo del espectro se observa una estructura vertical intensa que no corresponde a saturación del sensor, sino al perfil característico de la emisión de los LED presentes en el alumbrado urbano. Esta firma espectral se manifiesta no solo como una columna brillante, sino también como una banda más ancha inmediatamente a su derecha, donde el continuo asociado a la emisión LED se extiende de forma apreciable junto al patrón más fragmentado de líneas de sodio y mercurio.
El resto del campo presenta una morfología homogénea, sin artefactos instrumentales significativos ni gradientes que dificulten la lectura de las líneas del fondo de cielo. La separación entre la banda de M101 y las regiones laterales permite extraer con claridad el espectro del cielo urbano, que constituye la base del análisis de contaminación lumínica desarrollado en este trabajo.
Calibración del espectro en longitud de onda
La calibración en longitud de onda se realizó utilizando una lámpara de baja potencia (bombilla doméstica de bajo consumo), cuyo espectro presenta un conjunto de líneas de emisión bien definidas que pueden emplearse como referencias. Este tipo de lámparas contiene pequeñas cantidades de mercurio y otros elementos que producen líneas intensas y fácilmente identificables en el rango visible, lo que las convierte en una herramienta práctica para la calibración cuando no se dispone de una lámpara de comparación específica.
El espectro de la lámpara se obtuvo durante la misma sesión observacional, situando la fuente luminosa directamente frente al telescopio y registrando una exposición corta con la misma configuración instrumental utilizada para la galaxia. De este modo, se garantiza que la relación entre píxel y longitud de onda es idéntica en ambos casos.
En el espectro de la lámpara se identificaron varias líneas intensas del mercurio:
Además de estas líneas principales de mercurio, también aparecen otras emisiones asociadas a elementos presentes en el recubrimiento fosforescente de la lámpara, como terbio y europio, que proporcionan picos adicionales útiles para mejorar el ajuste.
A partir de las posiciones en píxeles de estas líneas se construye una solución de calibración polinómica cuadrática, ajustando la relación:
donde es la posición en píxeles a lo largo del eje de dispersión. El ajuste lo realiza el software minimizando los residuos entre las longitudes de onda teóricas y las medidas, obteniéndose un error típico inferior a unas pocas décimas de Ångstrom.
La solución obtenida se aplicó posteriormente al espectro de M101 y a las regiones laterales utilizadas para extraer el fondo de cielo. Gracias a esta calibración, las líneas de emisión presentes en el espectro urbano pueden identificarse con precisión y compararse con datos de referencia.
Espectro del cielo calibrado. Identificación de líneas y bandas
Una vez obtenida la solución de calibración en longitud de onda a partir del espectro de la lámpara de referencia, se aplica dicha solución al espectro bidimensional del fondo de cielo extraído de los laterales de la traza de M101. El resultado es un espectro calibrado en unidades físicas de longitud de onda, donde cada píxel del eje de dispersión queda asociado a su valor correspondiente en Ångstroms.
El espectro calibrado revela con claridad la estructura característica del cielo urbano de Castellón, dominado por la contribución del alumbrado LED y, en menor medida, por emisiones residuales de sodio y mercurio. La forma general del espectro muestra:
- un pico intenso en la región azul, asociado al máximo de emisión del fósforo de los LED blancos;
- una bóveda amplia y continua que se extiende desde la zona verde hasta el rojo, típica del espectro LED modulado por la respuesta del sensor y por la dispersión instrumental;
- superposición de líneas y bandas verticales que corresponden a emisiones discretas de otras lámparas habituales en el alumbrado urbano con elementos como el Hg, Na, Tb y Eu en su composición.
La comparación con espectros comerciales de LED (fuente: manual Street Spectra) confirma la correspondencia morfológica: el perfil azul dominante y la meseta verde‑amarilla‑roja coinciden con la firma espectral de los LED de iluminación vial. Este mismo patrón es visible también en el espectro 2D, donde la emisión LED se manifiesta como una banda ancha y brillante en el extremo izquierdo y como un continuo elevado a lo largo de buena parte del rango visible.
Este patrón también es identificable en las bandas marcadas en el espectro 2D:
Además de la banda LED, el espectro del fondo de cielo muestra un conjunto de líneas estrechas asociadas a tecnologías de iluminación anteriores a los LED, principalmente vapor de mercurio y halogenuros metálicos. Ambas tecnologías comparten parte de su firma espectral, ya que los halogenuros metálicos contienen mercurio en su interior y además incorporan sales de tierras raras (Eu, Tb, Er) que generan líneas adicionales.
Las líneas más fácilmente identificables corresponden precisamente a Hg, Tb y Eu. Tanto en la gráfica del espectro como en la imagen 2D se reconocen sin dificultad estas emisiones. En varios casos existe blending, es decir, superposición de líneas de distintos elementos en la misma región espectral. Debido a la resolución disponible, las líneas marcadas se identifican utilizando las longitudes de onda más representativas, ya que el desdoblamiento fino no es posible con este conjunto de datos.
Por último, tenemos evidencias de presencia de lámparas de vapor de sodio de alta presión. El sodio es uno de los contaminantes lumínicos más característicos del alumbrado urbano tradicional. En el espectro aparecen varias líneas asociadas a esta tecnología, en combinación con elementos de halogenuros metálicos (Eu, Tb). La presencia de estas líneas confirma que, además de LED y mercurio, aún existen luminarias basadas en sodio en el entorno.
Mención especial merece las características jorobas del sodio en los 5895,9 Ångstroms. Esto ocurre porque el gas de sodio dentro de la lámpara es absorbente en su propia línea de emisión por lo que la emisión central del sodio es autoabsorbida por el propio vapor de sodio. El resultado es un perfil con dos lóbulos de emisión a ambos lados y un valle central donde la luz es absorbida.
Conclusión
El análisis del fondo de cielo obtenido durante la observación espectroscópica del núcleo de M101 ha permitido caracterizar con precisión la contaminación lumínica presente en el entorno urbano de Castellón de la Plana. A partir de un apilado de tres exposiciones calibradas de 300 segundos, y tras aplicar una calibración en longitud de onda basada en líneas de referencia de una lámpara de bajo consumo, se ha obtenido un espectro fiable en el que es posible identificar de forma robusta las principales fuentes de emisión artificial.
El espectro calibrado revela que la iluminación LED constituye la contribución dominante al continuo, con su característico pico en la región azul y la amplia bóveda que se extiende hacia el verde, amarillo y rojo. Sobre este continuo se superponen numerosas líneas estrechas que permiten identificar tecnologías de iluminación más antiguas aún presentes en la ciudad. Entre ellas destacan las líneas de vapor de mercurio, claramente visibles en 4041, 4358, 4980, 5350, 5461, 5577, y 6312 Å, así como las emisiones asociadas a halogenuros metálicos, reconocibles por la presencia de europio y terbio en varias regiones del espectro.
El sodio de alta presión también está presente, tanto en la línea de 5683 Å como en el doblete D alrededor de 5890–5896 Å. Este último muestra un perfil con doble abultamiento y depresión central, resultado de la autoabsorción del propio vapor de sodio dentro de la lámpara, un comportamiento característico de esta tecnología.
La combinación de estas características espectrales demuestra que el cielo urbano de Castellón presenta una mezcla de tecnologías de iluminación: LED como fuente principal, pero con contribuciones significativas de vapor de mercurio, halogenuros metálicos y sodio de alta presión. Esta coexistencia explica la existencia de las líneas observadas y la estructura del espectro resultante.