Direct Imaging and Gradient-Based Analysis of the 12 August 2026 Partial Solar Eclipse from a Freely Rotating High-Altitude Balloon

Resumen Técnico: Imagen Directa y Análisis Basado en Gradientes del Eclipse Solar Parcial del 12 de agosto de 2026 desde un Globo de Gran Altitud de Rotación Libre

Planteamiento del Problema
Los globos de gran altitud ofrecen una plataforma económica para observaciones atmosféricas y astronómicas, incluyendo eclipses solares. Sin embargo, la obtención de imágenes solares directas desde una carga útil de globo es un desafío debido a la rotación rápida y no controlada del gondolero. Las misiones anteriores han dependido de sistemas dedicados de apuntamiento solar activo o estabilización (p. ej., Peters [2]; Bowman et al. [3]) para mantener un rumbo solar. Este estudio aborda si se puede recuperar información cuantitativa de un eclipse mediante un sistema mecánicamente simple y pasivo que carece de estabilización activa o apuntamiento solar, utilizando la rotación y oscilación natural de una carga útil suspendida libremente para escanear el cielo.

Metodología
El experimento se llevó a cabo el 12 de agosto de 2026, lanzándose desde Oldenburg, Alemania (53.126° N, 8.231° E). La carga útil consistió en una caja de sonda de poliestireno expandido de Stratoflights que albergaba dos cámaras Insta360 ONE RS equipadas con lentes de gran angular de 4K Boost (equivalente a 16 mm en formato completo, f/2.4).

• Filtrado: Ambas cámaras fueron cubiertas con material de filtro obtenido de gafas de observación de eclipses BRESSER (conforme a la norma EN ISO 12312-2:2015).
• Adquisición: El sistema operó en modo de fotografía de intervalo (ISO 800, 1/1000 s, intervalo de 10 s) sin apuntamiento activo. Se capturaron aproximadamente 1,300 imágenes durante el ascenso, alcanzando una altitud de ráfaga de ~35 km.
• Selección de Imágenes: Se identificaron solo 21 fotogramas que contenían una imagen solar visible. Estos fotogramas abarcaron desde las 19:19:15 hasta las 20:38:21 CEST, cubriendo tanto las fases parciales creciente como decreciente, con el fotograma más cercano al máximo a las 20:05:07 CEST.
• Análisis: Para extraer datos cuantitativos, se analizaron recortes de 200 × 200 píxeles centrados en la imagen solar. No se aplicó nitidez, interpolación ni reconstrucción sintética. Se empleó un análisis de borde solar basado en gradientes bidimensionales:
  1. Las imágenes se convirtieron a escala de grises y se suavizaron mediante un filtro Gaussiano.
  2. Se calculó la magnitud del gradiente de intensidad $G(x,y)$ para localizar el borde solar (región de la transición de intensidad más fuerte).
  3. El área solar visible ($A_i$) se determinó delineando la región conectada más grande en el gradiente máximo.
  4. La obscuración derivada de la imagen ($O_i^{img}$) se calculó normalizando $A_i$ respecto al primer fotograma ($A_1$), al cual se le asignó una obscuración geométrica conocida ($O_1^{geo} = 2.71\%$).
• Verdad de Terreno (Ground Truth): La obscuración geométrica se calculó topocéntricamente para la ubicación del lanzamiento, resultando en un máximo local de 86.32% a las 20:08:53 CEST.

Resultados Clave
El estudio recuperó con éxito la progresión del eclipse a partir de imágenes no estabilizadas:

• Correlación: La obscuración derivada de la imagen mostró una fuerte correlación con la obscuración geométrica calculada independientemente (Pearson $r = 0.959$).
• Métricas de Error: La diferencia absoluta media fue de 9.5 puntos porcentuales, y el error cuadrático medio (RMSE) fue de 11.5 puntos porcentuales.
• Acuerdo Específico: Varios fotogramas mostraron un acuerdo cercano (ej., 19:29:14: 15.49% geométrica vs. 16.48% derivada de la imagen; 20:05:07: 83.95% vs. 80.03%).
• Desviaciones Sistemáticas: El método tendió a subestimar la obscuración, particularmente en la secuencia final. Los autores atribuyen estas desviaciones a factores no corregidos, incluyendo la función de dispersión de punto de la cámara, la respuesta de la lente dependiente del campo (viñeteado/aberraciones), la geometría del filtro, las diferencias entre cámaras y la dispersión atmosférica en elevaciones solares bajas.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo posiciona este trabajo estrictamente como una prueba de concepto.

• Viabilidad Pasiva: Demuestra que la rotación pasiva de la carga útil, combinada con imágenes de gran campo y fotografía de intervalo frecuente, puede proporcionar observaciones directas del eclipse tanto visualmente útiles como semicuantitativas sin la complejidad de un apuntamiento solar activo.
• Simplicidad Metodológica: El análisis de bordes basado en gradientes proporciona un método robusto para estimar las áreas cambiantes del creciente solar sin requerir fotometría absoluta o referencias solares no ocultas calibradas.
• Calibración Futura: Los autores declaran explícitamente que los errores sistemáticos actuales impiden que el método se utilice como metrología calibrada del limbo solar. En su lugar, los resultados definen una estrategia de calibración para futuros experimentos, que debería incluir la caracterización en tierra del viñeteado de la lente y las funciones de dispersión de punto, la calibración cruzada simultánea de las cámaras y el uso de datos RAW y sensores de actitud inercial.
• Contexto: El estudio complementa otras campañas de globos de 2026 (p. ej., en España) al proporcionar datos desde una ubicación fuera de la trayectoria de la totalidad (86.3% de obscuración) utilizando hardware de bajo costo y comercialmente disponible, accesible para estudiantes y el público.

En conclusión, los autores sostienen que, si bien los datos actuales contienen incertidumbres sistemáticas sustanciales, el enfoque valida con éxito la extracción de información cuantitativa del eclipse a partir de imágenes de globos mecánicamente simples y no estabilizados, sentando las bases para un método de medición de campo amplio, pasivo y calibrado en misiones futuras.