Instrumentación Avanzada
(Curso Académico 2020 - 2021)

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• CE1 - Comprender los esquemas conceptuales básicos de la Astrofísica
• CE10 - Utilizar la instrumentación científica actual (tanto la basada en Tierra como en el Espacio) y conocer sus tecnologías innovadoras.

• CG1 - Conocer las técnicas matemáticas y numéricas avanzadas que permitan la aplicación de la Física y de la Astrofísica a la solución de problemas complejos mediante modelos sencillos
• CG2 - Comprender las tecnologías asociadas a la observación en Astrofísica y al diseño de instrumentación

• CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
• CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios
• CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
• CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

• CX9 - Comprender la instrumentación astrofísica avanzada incluyendo telescopios y detectores de vanguardia y las técnicas de óptica adaptativa

- Temas (epígrafes):

1. Conceptos generales (de formación de imagen e interferencia).
* Elementos de un sistema óptico: pupilas y diafragmas; aberraciones: concepto y corrección
* Bases de la teoría de formación de la imagen: función pupila y función de transmisión
* Interferencia: modulación en amplitud y frecuencia
* Cuerpo negro

2. La atmósfera en la medida de la señal.
* Emisión y absorción atmosféricas
* Difusión (scattering)
* Modelos de dispersión atmosférica
* Seeing: características; modelado: parámetro de Fried

3. Formación de imagen a través de un medio turbulento
* Frente de onda; error de frente de onda; polinomios de Zernike
* La atmósfera como medio turbulento: turbulencias en aire claro; número de Reynolds; teoría de Kolmogorov: longitud de escala

4. Interferometría.
* Principios de la interferometría. Resolución espacial. Selección de ldo.
* Filtros interferenciales
* Etalones
* Ejemplos instrumentales

5. Corrección de img: óptica adaptativa (AO) y métodos post-facto
* Principios de la OA
* AO y MCAO
* Ejemplos instrumentales
* Métodos post-facto: fotometría speckle, lucky imaging

6. Espectroscopía de campo integral y multiobjeto
* Concepto y desarrollo
* Ejemplos instrumentales

7. Polarimetría.
* Concepto
* Aplicaciones científicas y limitaciones observacionales
* Ejemplos instrumentales
8. Criogenia.

* Por qué enfriar los instrumentos
* Criostato
* Aislamiento
* Escudo de radiación
* Tipos de enfriadores (ciclo cerrado, nitrógeno líquido, helio, dióxido de carbono, etc.)
* Optomecánica

9. Detectores.
* Placas fotográfcas
* Fotomultiplicadores
* Efecto fotoeléctrico: materiales
* Amplificadores de integración
* CCDs
* Mosaicos detectores en IR
* Bolómetros. STJ
* Relación señal a ruido: concepto y determinación

10. Radioastronomía.
* Ventajas y aplicaciones de la radioastronomía. Temperatura de brillo. Transporte radiativo
* Tipos de sistemas receptores
* Antena simple. Parámetros fundamentales: área, eficiencia de apertura, patrón de recepción
* Radio-interferometría. Principios de la radio-interferometría. Redes de antenas. Principios de la reducción de datos. Síntesis de apertura

11. Proyectos instrumentales
* Generalidades
* Requisitos de usuario y especificaciones: óptica, mecánica, electrónica y software
* Proyectos científicos directores
* Esquema de gestión

Entre 3 y 4 temas de los que componen el temario se impartirán en inglés. Los trabajos prácticos que se propongan a los alumnos para su realización y entrega podrán, asimismo, redactarse en inglés. Algunos seminarios se impartirán en inglés, bien durante el desarrollo de la asignatura o se incluirán en el programa los que puedan resultar apropiados de los organizados regularmente en el IAC.

El objetivo de esta asignatura es presentar a los alumnos las técnicas de instrumentación avanzadas detallando su aplicación a la astronomía. Se pretende que los alumnos adquieran conocimientos de los distintos aspectos que involucra el desarrollo instrumental en general, y en astronomía en particular. La formación se tratará siempre desde el punto de vista científico, incidiendo en la importancia que para la investigación astrofísica tiene el desarrollo de instrumentación novedosa y la necesidad de contar con un liderazgo científico en su desarrollo.

Desde esta perspectiva, la asignatura se organiza en clases impartidas por el profesor que cubren los aspectos que se describen en el temario. Las clases serán tanto de carácter teórico como de planteamiento y resolución de problemas. Se plantean además una o dos visitas guiadas a los laboratorios de instrumentación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) para conocer en detalle el desarrollo de instrumentación. Asimismo, se organizarán seminarios en los que se describirán proyectos instrumentales actualmente en marcha. Estos seminarios serán impartidos mayormente por personal del IAC, aunque se procurará incluir algunos de invitados que visiten el centro y los observatorios de Canarias. Finalmente, durante la asignatura se propondrá una serie de trabajos a ser realizados de forma semiautónoma por los estudiantes.

Las clases se impartirán de forma presencial por turnos diarios en el horario oficial establecido. Los turnos se establecerán mediante la confección de grupos utilizando el aula virtual de la asignatura de acuerdo a las capacidades del aula y a las directrices sanitarias en vigor. Si es necesario, las clases presenciales se transmitirán simultáneamente de forma audiovisual. De esta manera, los alumnos a los que no les toque asistir ese día, o bien decidan no hacerlo, podrán seguir las clases de forma remota. Dichas clases no se grabarán.

Dependiendo de la evolución de la situación global de la pandemia y de las disposiciones de seguridad sanitaria en vigor, algunos temas de la asignatura ––que está previsto se impartan por un profesor invitado externo (Dr. Peter Hammersley, European Southern Observatory)–– podrían llevarse a cabo de forma virtual.

De todo lo anterior cabe deducir que la asignatura necesitará de una dedicación del estudiante fuera del horario lectivo, similar a la duración de este.

Actividades formativas	Horas presenciales	Horas de trabajo autónomo	Total horas	Relación con competencias
Clases teóricas	39,00	0,00	39,0	[CX9], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]
Clases prácticas (aula / sala de demostraciones / prácticas laboratorio)	12,00	0,00	12,0	[CG2], [CG1], [CE10]
Realización de seminarios u otras actividades complementarias	5,00	0,00	5,0	[CX9], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]
Estudio/preparación de clases teóricas	0,00	45,00	45,0	[CX9], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]
Estudio/preparación de clases prácticas	0,00	45,00	45,0	[CX9], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]
Asistencia a tutorías	4,00	0,00	4,0	[CX9], [CB10], [CG2], [CG1], [CE1]
Total horas
Total ECTS

   
•    Electronic Imaging in Astronomy. Detectors and Instrumentation\". Ian S. McLean. Wiley. 1997
.
    •    Astronomical Optics, Daniel J. Schroeder, Academic Press, 1999
    •    Astrophysical Techniques, C. R. Kitchin, CRC Press, 2008
Atmospheric transmission, emission, and scattering, T. G. Kyle

  •    "Infrared Astronomy with Arrays: The Next Generation". Ian S. McLean (ed.). Kluwer, ASSL v. 190. 1994.
  •    "Infrared Detectors and Systems". Dereniak & Boreman. Wiley. 1996.
  •    Turner, D.B. (1994). Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling
  •    U. Frisch. Turbulence: The Legacy of A. N. Kolmogorov. Cambridge University Press
  •    Hardy, Johw W. (1998). Adaptive optics for astronomical telescopes
  •    Diffraction-Limited Imaging with Very Large Telescopes, eds. D.M. Alloin, Jean-Marie Mariotti
  •    Adaptive optics for astronomy, eds. D.M. Alloin, Jean-Marie Mariotti
  •    "Instrumentation for Large Telescopes". J.M. Rodríguez–Espinosa, A. Herrero, F. Sánchez (eds.). Cambridge. 1997.
  •    "Infrared Astronomy with ISO". Encrenaz & Kessler (eds.). Nova. 1992.
  •    "The Infrared Handbook". IRIA, US. Navy. 1985.
  •    Signal Processing, Modulation and Noise, A. Betts
  •    Principles of Optics, M. Born & E. Wolf
  •    Adaptive optics for astronomical telescopes. Hardy, Johw W. (1998).

El sistema de evaluación se basa en tres aspectos: realización con éxito de exámenes tipo cuestionario, entrega de trabajos y prácticas, y exposición en clase y posterior debate de un tema propuesto por el profesor. Las ponderaciones de cada uno de los aspectos anteriores se detallan en la estrategia evaluativa. Para aprobar la asignatura será necesario obtener al menos una califiación de 4 sobre 10 en el cuestionario y en la exposición en clase. Esta distribución durará un curso completo, pasado el cual sólo se evaluará el cuestionario, que pasará a tener ponderación del 100%.
La exposición en clase es imprescindible para aprobar la asignatura y debe hacerse en el periodo establecido para ello.

Tipo de prueba	Competencias	Criterios	Ponderación
Pruebas de respuesta corta	[CX9], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]	Se realizará al menos un cuestionario largo sobre los temas tratados en clase.	60,00 %
Pruebas de desarrollo	[CX9], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]	Se trata de exposiciones de clase y posterior debate corto. Claridad en la exposición. Selección de los conceptos más relevantes del tema propuesto. Corrección en el debate.	20,00 %
Trabajos y proyectos	[CX9], [CB10], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]	Adecuación al nivel de la asignatura. Originalidad. Si la programación de la asignatura en el curso no permite realizar estos trabajos, su ponderación se sumará a la de las pruebas de respuesta.	10,00 %
Informes memorias de prácticas	[CX9], [CB10], [CG2], [CG1], [CE10], [CE1]	Comprensión de la práctica. Corrección en la ejecución. Resultados.	10,00 %

La asignatura está organizada en temas, según se describe en la sección 6. Por tanto, la misma estructura temática de la asignatura dicta su calendario lectivo. Los temás se han diseñado de forma que sean bastante equilibrados en cuanto al esfuerzo que exigen al estudiante.

Semana	Temas	Actividades de enseñanza aprendizaje	Horas de trabajo presencial	Horas de trabajo autónomo	Total
Semana 1:	1	Clases de teoría	2.00	3.00	5.00
Semana 2:	1 y 2	Clases de teoría	4.00	5.00	9.00
Semana 3:	2 y 3	Clases de teoría	4.00	5.00	9.00
Semana 4:	3	Clases de teoría	4.00	5.00	9.00
Semana 5:	4	Clases de teoría	4.00	6.00	10.00
Semana 6:	4 y 5	Clases de teoría	4.00	6.00	10.00
Semana 7:	5	Clases de teoría	4.00	6.00	10.00
Semana 8:	6	Clases de teoría	4.00	6.00	10.00
Semana 9:	7	Clases de teoría y seminario	4.00	6.00	10.00
Semana 10:	8	Clases de teoría y seminario	4.00	7.00	11.00
Semana 11:	8 y 9	Clases de teoría y seminario	4.00	7.00	11.00
Semana 12:	9 y 11	Clases de teoría y visita a laboratorios IAC	5.00	7.00	12.00
Semana 13:	11	Clases de teoría y seminario	4.00	8.00	12.00
Semana 14:	10	Clases de teoría y visita a laboratorios IAC	5.00	8.00	13.00
Semana 15 a 17:		Presentación de trabajos de los estudiantes	4.00	5.00	9.00
Total			60.00	90.00	150.00