Поиск мест для астрономических обсерваторий в тропиках Северной Южной Америки долго упирался в отсутствие метеоданных: горный рельеф Анд создаёт микроклиматы, а сеть наземных станций редка. Рядом уже работали методы оценки облачности по спутникам: например, Каваццани и Цителли использовали месячные пороги яркости для пяти обсерваторий, а Хидаят с коллегами анализировали 15 лет снимков GOES над Индонезией. Данная работа стоит в этом же русле, но переносит акцент на тропические Анды Колумбии, Венесуэлы и Эквадора, где раньше систематической карты ясного неба не было.
Авторы взяли ночные снимки GOES-12 и GOES-13 в каналах 6,7 мкм (верхняя тропосфера, 8–10 км) и 10,7 мкм (средняя тропосфера, около 4 км) за пять лет. Для каждого пикселя вычисляли яркостную температуру, затем переводили её в фактическую по калибровочным коэффициентам. Пороговые температуры для средних облаков получили из долговременных записей 63 метеостанций IDEAM: брали среднемесячную температуру минус три стандартных отклонения и вводили поправку на ночные наблюдения. Затем построили линейную зависимость порога от высоты местности для каждого месяца. Высоты в районах без станций восстанавливали кригингом — геостатистической интерполяцией, которая учитывает, что близкие точки похожи. Для верхней тропосферы пороги вычисляли по данным радиозондов из Боготы и с Карибского побережья: дважды в сутки измеряли температуру на высотах 8, 9 и 10 км и брали среднемесячное значение минус три сигмы. Ночь считали спектроскопической, если небо было ясно более трети времени, и фотометрической — если более двух третей.
За пять лет выделились двенадцать мест, где в сухой сезон доля ясных спектроскопических ночей превышает 30%. Абсолютный рекордсмен — точка в венесуэльских Андах (70°28′48″ з.д., 9°5′60″ с.ш.) на высоте 3480 метров: 67,0 ± 10,7% ясных ночей в сухой сезон и 53,5 ± 12,2% во влажный, что даёт 220 ± 42 спектроскопические ночи в год. Для сравнения, действующая обсерватория Льяно-дель-Ато показывает лишь 132 ± 25 такие ночи. В Колумбии лучшие районы — Сьерра-Невада-де-Санта-Марта (126 ± 34 ночи) и Серрания-дель-Периха (111 ± 27 ночей). В Восточных Кордильерах найдены места со 107 ± 23 и 94 ± 13 ночами. На экваторе, в Нудо-де-лос-Пастос, две точки дают 105 ± 36 и 101 ± 42 ночи, причём сезонные различия там минимальны — всего 1–4%. Анализ по годам выявил провал ясных ночей во влажные сезоны 2010 и 2011 годов, что совпадает с положительными значениями Южного осцилляционного индекса, то есть с Ла-Нинья.
Работа отличается от соседних методов тем, что пороги облачности привязаны не к атмосферной модели, а к прямым многолетним измерениям температуры у поверхности и в верхней тропосфере. Это даёт более точную картину для горной местности, где стандартные модели часто промахиваются. Впервые для северных Анд получена сплошная карта ясного неба с разрешением 28 × 18 км, что позволяет сравнивать удалённые вершины без дорогостоящих экспедиций. Метод легко переносится на другие тропические регионы с похожим климатом и рельефом.
Выбранные площадки требуют наземной проверки: нужно измерить астроклимат — турбулентность, влажность, скорость ветра, яркость фона. Авторы планируют наблюдательную кампанию для характеризации этих мест. Дальнейшее уточнение возможно за счёт более длинных рядов спутниковых данных и привлечения снимков с других геостационарных аппаратов, например GOES-16 с каналом 1,6 мкм для детекции тонких перистых облаков.
Результаты напрямую повлияют на выбор мест для будущих оптических и инфракрасных обсерваторий в Колумбии, Венесуэле и Эквадоре, где университеты планируют строить телескопы. Метод также полезен для оценки пригодности площадок под солнечные электростанции и для климатических исследований облачности в Андах.
Провести годичные наземные измерения seeing (дрожания изображения), влажности и ветра на трёх-четырёх лучших площадках. Сравнить полученные спутниковые карты с данными автоматических метеостанций, установленных непосредственно на вершинах.
Для астрономии остаётся открытым вопрос: как предсказывать долю ясного неба на десятилетия вперёд в условиях меняющегося климата и явлений Эль-Ниньо. Работа показывает, что даже пятилетний ряд выявляет связь с Южной осцилляцией, но для надёжного прогноза нужны более длинные наблюдения и учёт локальных эффектов рельефа.
Пороговая температура для облаков на высоте 4000 метров в Андах может опускаться до 0–2 °C, а в долине реки Магдалены превышает 20 °C. Это значит, что одно и то же инфракрасное пятно на спутниковом снимке означает облако над вершиной, но чистое небо над низиной.