AKADEMIA PEDAGOGICZNA im. KEN w KRAKOWIE
INSTYTUT FIZYKI
KATEDRA ASTRONOMII
Praca Magisterska
Ocena przydatności kamery internetowej do obserwacji gwiazd zmiennych krótkookresowych.
Mateusz Bielski
Praca napisana pod kierunkiem
dr Waldemara Ogłozy
KRAKÓW 2005
Spis treści
1. Wstęp 5
1.1 Obserwacje z powierzchni Ziemi 6
1.1.1 Zanieczyszczenie nieba rozproszonym światłem 6
1.1.2 Seeing 7
1.1.3 Ekstynkcja atmosferyczna 7
1.1.4 Refrakcja atmosferyczna 8
1.2 Detektory światła 8
1.2.1 Oko 8
1.2.2 Klisza fotograficzna 11
1.2.3 Fotopowielacz 14
1.2.4 Płytka mikrokanalikowa MCP 15
1.3 Moduł o sprzężeniu ładunkowym. Charge Coupled Devices (CCD) 16
1.3.1 Matryca CCD 16
1.3.2 Zasada działania pojedynczego piksela 17
1.3.3 Odczyt 18
1.3.3.1 Skanowanie postępujące (progressive-scan CCD) 19
1.3.3.2 Transfer całego obrazka (frame-transfer CCD) 19
1.3.3.3 Transfer poprzez interlinię (interline-transfer CCD) 19
1.3.3.4 Odczyt w czasie ekspozycji 20
1.3.4 Wydajność kwantowa 20
1.3.5 Liniowość 20
1.3.6 Zdolność rozdzielcza 21
1.3.7 Niepożądane zjawiska związane z budowa i zasadą działania CCD i metody ich redukcji 22
1.3.7.1 Prąd ciemny, ciemna klatka (darkframe) 22
1.3.7.2 Gorący róg 23
1.3.7.3 Blooming 24
1.3.7.4 Readout Noise i Bias Frame 26
1.3.7.5 Różnica w czułości poszczególnych pikseli, Flatfield 27
1.3.7.6 Gorące i martwe piksele 28
1.4 Fotometria CCD 29
1.4.1 Metoda aperturowa 29
1.4.2 Metoda profilowa 30
1.4.2.1. Kryterium Rayleigha 32
1.4.3 Metoda odejmowania obrazków 33
1.4.4 Pomiary absolutne i różnicowe 35
1.4.5 Krzywa zmian jasności i minima 36
1.4.6 Wielkość gwiazdowa 37
1.4.7 Dni juliańskie (JD – Julian Day) 37
1.4.8 Poprawka heliocentryczna i heliocentryczny dzień juliański (HJD) 38
1.5 Gwiazdy zmienne 38
1.5.1 Gwiazdy zmienne z przyczyn fizycznych 39
1.5.1.1 Gwiazdy pulsujące 39
1.5.1.2 Gwiazdy wybuchowe 40
1.5.2 Gwiazdy zmienne z przyczyn geometrycznych 42
1.5.2.1 Model Roche’a 43
1.5.2.2 Układ rozdzielony 43
1.5.2.3 Układ półrozdzielony 44
1.5.2.4 Układ kontaktowy 44
1.5.2.5 Gwiazdy typu Algola 45
1.5.2.6 Gwiazdy typu b Lyrae 46
1.5.2.9 Gwiazdy typu W Ursae Maioris 46
1.5.2.10 Gwiazdy elipsoidalne 47
2. Obserwacje gwiazd krótkookresowych kamerą internetową 48
2.1 Zestaw obserwacyjny 49
2.2 Kamera internetowa 50
2.2.1 Liniowość kamery Philips Vest Pro PCVC680K 52
2.2.2 Szum kamery Philips Vesta Pro 53
2.2.3 Dynamika kamery Philips Vesta Pro 55
2.3 Oprogramowanie 56
2.3.1 Gcvs2cat 56
2.3.1.1 Plik *.cat 57
2.3.2 Freshcat 57
2.3.3 Mebs 58
2.3.3.1 Plik *.mbs 59
2.3.4 CLR Script 60
2.3.5 AstroVideo 62
2.3.5.1 Pliki w formacie FITS (Flexible Image Transport System) 66
2.3.6 Ptelcat 68
2.3.7 SAOImage DS9 (Deep Space 9) 69
2.3.8 AIP4WIN (Astronomical Image Processing) 70
2.3.9 AVE 70
2.3.9.1 Plik *.dat 71
2.3.10 OC7 72
2.4 Proces obserwacji i redukcji. 72
2.5 Redukcja i fotometria w programie AIP4WIN 75
2.5.1 Redukcja danych 76
2.5.2 Fotometria 77
3. Otrzymane wyniki 81
3.1 Kryterium doboru gwiazd 81
3.2 Gwiazdy 81
3.3 Krzywe zmian jasności 81
3.3 Wyznaczone minima 88
3.3.1 U Cep 88
3.3.2 RZ Cas 89
4. Fotografia za pomocą kamery internetowej 90
4.1 Otrzymywanie barwnych zdjęć 90
5. Ocena kamery i wnioski 95
Bibliografia 98
Załączniki 99
Celem niniejszej pracy jest pomoc przyszłemu obserwatorowi gwiazd zmiennych w opanowaniu techniki fotometrii przy użyciu kamery internetowej wyposażonej w detektor CCD oraz popularyzacja tej metody w kręgach szkolnych i uczelnianych. Jest ona podsumowaniem obserwacji autora prowadzonych właśnie tego typu sprzętem i kończy się oceną zarówno sprzętu, jak i metody. Fotometria przy pomocy kamery internetowej jest identycznym procesem jaki odbywa się przy fotometrii profesjonalnym sprzętem CCD, zatem praca stwarza możliwość poznania metodologii badań naukowych prowadzonych we współczesnej astronomii.
Obserwacje nieba były już prowadzone przez ludzi w czasach antycznych. Obserwowano gwiazdy, Księżyc, Słońce i zastanawiano się nad zjawiskami zachodzącymi na niebie. Jeśli chodzi o gwiazdy zmienne to wszystko zaczęło się w 1596 roku kiedy to David Fabricius odkrył pierwszą gwiazdę zmienną Mira Ceti. Po niej przyszedł czas na kolejne gwiazdy zmienne, których po wprowadzeniu do użytku teleskopów, odkrywano coraz więcej. Od tego momentu pojęcie gwiazdy zmiennej na stałe zadomowiło się w astronomii, a same gwiazdy zmienne stały się źródłem badań i pasji nie tylko profesjonalnych badaczy, ale i amatorów astronomii. Gwiazdy obserwowano najpierw za pomocą nieuzbrojonego oka, potem przy pomocy lunety, lornetek, teleskopów, aż do chwili kiedy do użytku weszły detektory elektroniczne tj. fotopowielacze i w końcu matryca CCD. Jeszcze kilka lat temu tymi ostatnimi detektorami posługiwały się profesjonalne ośrodki badawcze. Jednak postęp techniki i miniaturyzacja spowodowały, że dziś przy użyciu CCD może obserwować tak naprawdę każdy. Potrzebne są tylko chęci i niewielki wkład finansowy. Właśnie do tej grupy miłośników astronomii kierowana jest ta praca. Jej celem jest zapoznanie przyszłego badacza gwiazd zmiennych z technikami fotometrii i sposobami wyznaczania minimów, oraz stworzenie prostej i przejrzystej instrukcji jak się do tego wszystkiego zabrać, zaczynając od kupna i przygotowania sprzętu, a kończąc na wyznaczeniu krzywej zmian jasności i wyznaczeniu z niej minimum.
...
elbe14