Skocz do zawartości

Projekt: Precesja i nutacja


LibMar

Rekomendowane odpowiedzi

Temat jest związany z: http://astropolis.pl/topic/51508-precesja-osi-ziemi-jak-sfotografowac/

 

Ponieważ mam obecnie 19 lat, chciałbym wykorzystać fakt, że większa część życia jest jeszcze przede mną (mam nadzieję :) ) i zaobserwować różne zjawiska astronomiczne, których dostrzeżenie wymaga m.in. dużej cierpliwości.

 

Tak powstał jeden z wielu projektów, a ten trzeba zacząć przygotować jak najszybciej. Będzie tutaj mowa o uchwyceniu precesji i związanych z nią dodatkowych zjawisk (np. nutacja). Bardzo proszę o komentarze (w tym ewentualna krytyka) o tym, czy uda się wykonać to zadanie i co może najbardziej przeszkodzić.

 

W jaki sposób mam zamiar to wykonać?

Sprzęt obecnie będzie się zmieniał, dzięki któremu dokładność będzie większa. W tej chwili: MAK 127 (ogniskowa 1500mm) wraz z Canonem EOS 60D. Celuję go idealnie w obecny północny biegun niebieski (pomoże Stellarium). Robię przynajmniej 30 fotek z tak długim czasem naświetlania, aby gwiazdy wciąż były ostre (około 30 sekund).

 

Na razie przyjmijmy, że nie było żadnego wiatru i sprzęt stał nieruchomo. Punkt X i Y na zdjęciu określający biegun niebieski będzie oczywiście stały. A gwiazdy będą robiły łuki wokół niego. Z każdego zdjęcia wyznaczyć muszę punkty X i Y tej samej gwiazdy - można przyjąć, że są to części okręgu. Matematycznie można określić środek okręgu, a nim będzie właśnie biegun niebieski. A ponieważ gwiazd jest wiele, można przeprowadzić operację wiele razy. Uzyska się wtedy większą dokładność. Kiedy w końcu wyznaczę miejsce bieguna na każdym zdjęciu, określę jego rektascensję i deklinację dla danej epoki (J2000 lub J2050).

 

To zadanie będę musiał wykonać co jakiś czas, aby wychwycić ruch bieguna m.in. na skutek precesji. Biorąc pod uwagę samą precesję, ruch ten wynosi około 21" na rok. Robiąc zdjęcia tym sprzętem w największej rozdzielczości (i bez Barlowa), jeden piksel opowiada odległości około 0.55" (+/- 0.1"; nie wyznaczyłem z dużą dokładnością). W ten sposób, można przyjąć, że prędkość precesji wynosi 36 pikseli na rok.

 

Ale oprócz precesji mamy jeszcze do czynienia z nutacją. Przyczyny, okresy i amplitudy zmian są różne. Wiadomo jednak, że wyznaczone punkty bieguna nie będą biegły w linii prostej, lecz utworzą sinusoidę. Mowa tutaj o głównej nutacji, trwającej 18.6 lat. Odchylenie wynosi około 9" w jedną stronę. Ktoś może sprawdzić, czy 9" to różnica między dwoma skrajnymi punktami, czy między "punktem 0" a jednym ze skrajnych punktów? Obecnym sprzętem, daje to około 15 pikseli. Myślę, że obecnym sprzętem spokojnie dałoby się to uchwycić, tym bardziej w przyszłości wykorzysta się lepszy i dokładniejszy sprzęt (np. MAK180, dla przykładu).

 

Oprócz tej nutacji, istnieją jeszcze dodatkowe okresy. W Wikipedii przeczytałem o innej, trwającej 185 dni (różnica wynosi 1.9", czyli ~3.5 piksela), której prawdopodobnie nie uda się wychwycić (przy obecnym sprzęcie i warunkach pogodowych ;) ).

 

Wyznaczone w ten sposób punkty bieguna niebieskiego będą tworzyły długi szlaczek. Jak uda się określić pierwszą zmianę położenia (tzn. punkty zaczną dążyć w jakimś kierunku), to już można powiedzieć o uchwyceniu precesji. Ma to nastąpić po kilku tygodniach (a zamierzam rozpocząć od początku 2016 roku). Pierwsze wychylenia od nutacji powinny być widoczne po kilku latach. Jeśli pomiary będą rzeczywiście bardzo dokładne, to jeszcze w 2016 roku może uda się wychwycić nutację o okresie 185 dni. Ostatecznie projekt zamierzam zakończyć do 2035 roku, kiedy uzyska się pełny, 18.6-letni cykl.

 

Jest jednak w tym kilka problemów/zapytań:

- Czy warto wykorzystać do tego soczewkę Barlowa? Czy dokładność wzrośnie, jeśli go użyję (mówię tu o "większych gwiazdkach" na zdjęciach)? Jeśli tak, to jest sens kupić soczewkę Barlowa 1.6x lub 2x?

- Co z cyklem Milanovicia, który mówi o zmianie kąta nachylenia osi Ziemi między 21.8 stopnia a 24.4 stopnia w ciągu 41 tysięcy lat? Tę powolną zmianę będzie widać? To jest blisko 10 000 sekund kątowych, a średnio (powtarzam, średnio) to ok. 0.25" na rok.

- Jaki użyć program, który wykryje mi dokładne położenia X i Y gwiazd? Głównie chodzi mi tutaj o nasycenie sąsiednich pikseli, przez co można określić położenie gwiazdy nawet do dziesiątej części piksela.

 

No i na koniec pytanie - dlaczego i po co?

Mam w sobie chęć do prowadzenia nietypowych obserwacji, które znajdują się w granicach możliwości danego sprzętu. Szczególnie takich, do których podchodzi niewielka ilość osób. Lubię zajmować się czymś dodatkowym oprócz samej astrofotografii i oglądaniu nieba :) Nie przewiduję też, aby astronomia kiedyś się znudziła - a chcę to jakoś wykorzystać :)

  • Lubię 8
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

  • 1 miesiąc temu...

Mamy już zaraz połowę stycznia, a wciąż bez fotki. Raz nawet wyszedłem z teleskopem, ale z powodu słabych warunków (dym) nie byłem w stanie nic zrobić.

 

Działam jednak obliczeniowo. Zauważyłem jednak pewną zależność. Jeśli będziemy fotografowali północny biegun niebieski mając go idealnie w centrum kadru (statywowo), to wartości dX oraz dY w DSS muszą wskazywać zero. Będzie zmieniała się tylko rotacja (Angle). Wtedy położenie bieguna będzie bardzo dobrze określone i wystarczy tylko nanieść siatkę równikową na epokę J2050 i zapisać wartości ze środka zdjęcia.

 

No ale nie jest tak idealnie. Zawsze będzie jakieś przesunięcie. Ponieważ dystorsja przy takiej ogniskowej będzie pomijalna, to gwiazdy będą zakreślały idealny okrąg. Ale zdjęcie również będzie wymagało zmiany położenia i rotacji, które w DSS znajdziemy przy dX, dY i Angle. Jeśli zrobimy dużą ilość zdjęć, to po naniesieniu wszystkich tych punktów na wykres współrzędnych zobaczymy łuk. Znając położenie dwóch punktów i kąt, możemy wyznaczyć środek okręgu. Mając 50 zdjęć byłoby można określić punkt nawet na 1275 sposobów! Tak dużą ilość pomiarów można uśrednić (redukujemy wpływ seeingu i wiatru), a uzyskana wartość powinna określić miejsce położenia bieguna niebieskiego na zdjęciu, którego nie przesuwamy. A potem analogicznie postępujemy z siatką.

 

Jednak wciąż potrzebuję informacji: Czy przesunięcie zdjęcia o setne części piksela są wiarygodne? Skąd program zdobywa takie dane?

 

I co sądzicie o moim toku myślenia? Dałoby radę jakoś to udoskonalić lub poprawić?

 

A co do pierwszej fotki, będę miał na to czas między 5 a 21 lutego. Obecnie mam ważne zaliczenia na studiach i brakuje na to czasu (i pogody!).

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Jednak wciąż potrzebuję informacji: Czy przesunięcie zdjęcia o setne części piksela są wiarygodne? Skąd program zdobywa takie dane?

Pozycję jednego piksela można określić z dokładnością do jednego piksela, co jest logiczne :) Ale, gdy mamy zbiorowisko kilkudziesięciu pikseli, zwane gwiazdą, to położenie środka tego obiektu można już wyznaczyć dokładniej, z dokładnością do dziesiątej, czy setnej części. Nie wiem, na jakich algorytmach bazują programy astro, ale ja wymyśliłem taki sposób, który działa bardzo dobrze. Obliczam średnią ważoną, gdzie wagą jest jasność, a wartością położenie (liczę osobno dla x i y).

  • Lubię 2
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Ale, gdy mamy zbiorowisko kilkudziesięciu pikseli, zwane gwiazdą, to położenie środka tego obiektu można już wyznaczyć dokładniej, z dokładnością do dziesiątej, czy setnej części.

 

a w dodatku gdy chodzi o dopasowanie położenia i rotacji obrazu wielu gwiazd to nawet gdyby pozycja każdej pojedynczej gwiazdy była znana z dokładnością tylko 1 piksel to przesunięcie całego układu można już obliczyć o wiele dokładniej niż 1 piksel

  • Lubię 1
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

 

a w dodatku gdy chodzi o dopasowanie położenia i rotacji obrazu wielu gwiazd to nawet gdyby pozycja każdej pojedynczej gwiazdy była znana z dokładnością tylko 1 piksel to przesunięcie całego układu można już obliczyć o wiele dokładniej niż 1 piksel

Dokładnie (niefortunne słowo :) ). Wtedy liczymy średnią lub coś podobnego i z przesunięć 3,4,4,3,4,5,4,3,4 wychodzi nam 3,78 (ale jaka jest realna dokładność tego wyniku, to ja nie wiem, jak to policzyć).

  • Lubię 1
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

W takim razie można spokojnie wypróbować na archiwalnych zdjęciach z 300mm. Skala jest dość mała, ale można przetestować i sprawdzić jaką dokładność uzyskamy.

 

Ale jeden pomiar na miesiąc dużo nie mówi. Warto wykonać codziennie przez 10 dni i sprawdzić czy będzie jakaś ciągłość. W końcu 1 dzień to w przybliżeniu 0.1 piksela ruchu. Skoro mamy dane co do 0.01 piksela, to trzeba liczyć na jak najlepsze warunki atmosferyczne!

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

a jeszcze...

 

Jeśli będziemy fotografowali północny biegun niebieski mając go idealnie w centrum kadru (statywowo) [...]
Ponieważ dystorsja przy takiej ogniskowej będzie pomijalna, to gwiazdy będą zakreślały idealny okrąg.

 

w takiej sytuacji gwiazdy będą zataczały idealne okręgi przy dowolnie dużej dystorsji!

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Faktycznie. To może przyszedł czas, aby zmniejszyć 25700 lat do kilku dni ;)

 

Mam tylko małe pytanie i nie chciałbym już tworzyć kolejnego wątku. Mam montaż EQ3, na który przypinam swojego MT-800. Są tutaj dwie śrubki, które pasują grubością do MAKa, jednak są zbyt daleko od siebie i nie można podłączyć wszystkie (dwie). Co w takiej sytuacji robić? Nigdy wcześniej nie miałem potrzeby zakupić dovetaila, a odległości podawane w sklepie te niewiele mi mówią. Nie wiem nawet jaki wybrać, bo problem chyba leży tutaj. Montaż ten na pewno lepiej poradzi sobie z wiatrem niż statyw fotograficzny i nie będzie problemów z namierzaniem na północny biegun niebieski.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Zrób zdjęcie, bo nie do końca rozumiem. Generalnie mocowania inne niż dovetail to zabawa :) Wszędzie powinny być dovetaile, bo to daje uniwersalność.

Akurat montaż paralaktyczny jest chyba najgorszym wyborem do celowania w biegun, bo lewo prawo sobie łatwo ustawisz w deklinacji, ale już góra dół nie masz jak ruszyć :) Aby przesunąć góra dół w okolicy bieguna, musisz przekręcić osią RA o bliżej nieokreśloną wartość i lekko przesunąć dec. Biegun to jest specyficzny punkt dla paralaktyka, tak jak pi/2 dla tangensa, lepiej się tam nie zbliżać :)

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Zawsze można oszukać montaż i powiedzieć mu, że biegun jest gdzieś na wschodzie ;) Wtedy mikroruchami spokojnie biegnę w stronę bieguna :)

 

http://astropolis.pl/uploads/post-5808-0-25503000-1402405731.jpg

 

Te dwie śrubki na górze służą, aby zamocować obręcze. A ja chciałem nimi przypnąć swojego MAKa 127. Niestety, są za daleko od siebie.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Tak, oszustwo to dobry wybór :)

Uuu, masz problem z tym montażem. Niestety właśnie w tych najmniejszych modelach stosują jakieś dziwne sposoby mocowania. Aby zastosować normalnego dovetaila musiałbyś mieć w montażu siodełko. A takie siodełko może trochę kosztować, o ile w ogóle spasuje.

Jeśli te śruby pasują do dovetaila maka, ale są za daleko, to może kup dłuższego dovetaila i go przykręć zamiast oryginalnego?

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

a jeszcze...

 

 

 

w takiej sytuacji gwiazdy będą zataczały idealne okręgi przy dowolnie dużej dystorsji!

Na początku pomyślałem, że problem sam się rozwiąże. Ale jak już wyznaczymy ten punkt, to będziemy musieli nanieść siatkę. A to ona będzie musiała ulec efektu dystorsji. Dlatego trzeba trzymać się bardzo blisko bieguna mając go w pobliżu środka. A może nie? Mając większe odstępy wartości dX i dY między zdjęciami, dokładność powinna być większa. Skoki co 6 pikseli będą określały położenie dwa razy dokładniej niż co 3. Ale nie będzie wtedy większego rozrzutu możliwych punktów przy biegunie niebieskim? Jak to się ma z dokładnością? No bo coś w tym jest. Wyobraźmy sobie jakie wartości DSS by podał, gdyby biegun niebieski był 10 pikseli od środka zdjęcia. Kilka pomiarów musiałoby być takch samych.

 

Generalnie trzeba najpierw sprawdzić jaka jest dystorsja przy foceniu z MAKiem. Zrobię dwie fotki różnych kadrów i zobacze, czy gwiazdy przy brzegach będą w stanie się dopasować (dystorsja spowoduje przesunięcie). Albo korekcja finalnej fotki, albo pobrać położenie Ra i Dec dwóch gwiazd bliskich bieguna, a następnie zmierzyć lokalizację bieguna znając skalę.

 

A co do programiku, ciekawy. I jak widać, bardzo obszerny. Jak znajdę wolną chwilę, to do niego zajrzę :)

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

  • 4 tygodnie później...

Pierwsza próba ze zdjęciami. Postawiłem Canona EOS 60D z MAKiem 127 na Virtuoso i przykryłem go przed wiatrem. Na statywie fotograficznym nie dało radę go postawić - nie byłbym w stanie naprowadzić na biegun.

 

Zrobiłem 157 fotek po 10s przy ISO 6400. Dłuższy czas nie dało rady ustawić (nie chciałem ewentualnego przesunięcia + dość spory, jeśli chodzi o wiatr), a przy niższym ISO niewiele gwiazd złapałoby się na kadrze. Dużo tutaj zależy od seeingu. Mi trafił się taki kiepski. Nawet DSS znalazł tylko 20-35 gwiazd na pojedynczych fotkach przy detekcji ustawionej na 3%.

 

Wartości wskazują, że wcale nie jest tak łatwo uzyskać dużą dokładność. Nie rosną/maleją liniowo. Skoki są dość spore i czasem przekraczają o 2 piksele, niż to przewiduje to tendencja.

 

Wkrótce podam pierwszy wynik i porównam z wartością w Stellarium.

DSS.png

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Ehm... że ja tam się zapytam. Gdzie jest ten biegun? Wycelowałem blisko bieguna według Stellarium. Okazało się, że jest nieco ponad 5' w górę i prawo na zdjęciu...

 

Wygląda na to, że całość do poprawy. Biegun prawdopodobnie jest tuż poza kadrem (oznaczyłem jako pojaśnienie na prawej górnej stronie), a tutaj efekt dystorsji może mieć delikatny wpływ. A to przez Stellarium, który źle wskazuje. :uhm: :uhm: :uhm:

Precesja.jpg

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Jeszcze pozostaje opcja, że Virtuoso miał włączone prowadzenie. Ale specjalnie zwróciłem na to uwagę i wyłączyłem przyciskami - dzień wcześniej zrobiłem tę samą sesję i walnąłem się w łeb, że taki błąd popełniłem. Nie wiem dlaczego nie przyszło mi do głowy wyłączenie na OFF. Tak to problem byłby rozwiązany, ewentualnie szukałoby się inną przyczynę. Jutro kolejna próba.

 

Ta pozycja bieguna to miejsce wokół którego koncentrują się "kręgi szumu" ze zestackowanych zdjęć.

Edytowane przez LibMar
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Nie ma możliwości, aby metoda wskazała biegun gdzieś indziej. Setup sam nie mógł się poruszać/obracać, pomijając prowadzenie. Stawiam, że to jest problem. Bo biegun nie jest na górze czy na prawo, ale jednocześnie w dwóch różnych kierunkach.

 

Sprawdziłem położenie bieguna w innych programach - Stellarium powinien pokazywać dobrze. Na J2000 to również nie pozycja. Co więcej, biegun najbliżej tej pozycji znajdował się około 80 lat temu i wciąż brakowało kilku minut kątowych.

 

A teraz kilka słów pomijając problem (załóżmy, że jest tak, jak powinno).

Na podstawie tendencji zmian wyszło, że wiatr faktycznie miał jakiś wpływ. Występują różnice wynoszące po 1-2 piksele, ale wyniki te można uśrednić. Dlaczego? Okrąg jest zawsze okręgiem i nie ma tutaj "ząbków". A obrót Ziemi wokół własnej osi będzie jednostajny. Gdybym faktycznie miał pracować na takich danych, to punkt bieguna faktycznie można by wyznaczyć z dokładnością mniejszą niż 1 piksel (!), a to 0.5 sekundy kątowej. Nutacja o okresie 185 183 dni jest na 99% możliwa do uchwycenia w takich warunkach.

Edytowane przez LibMar
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Dołącz do dyskusji

Możesz dodać zawartość już teraz a zarejestrować się później. Jeśli posiadasz już konto, zaloguj się aby dodać zawartość za jego pomocą.

Gość
Dodaj odpowiedź do tematu...

×   Wklejono zawartość z formatowaniem.   Usuń formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Odnośnik został automatycznie osadzony.   Przywróć wyświetlanie jako odnośnik

×   Przywrócono poprzednią zawartość.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz bezpośrednio wkleić grafiki. Dodaj lub załącz grafiki z adresu URL.

×
×
  • Dodaj nową pozycję...

Powiadomienie o plikach cookie

Umieściliśmy na Twoim urządzeniu pliki cookie, aby pomóc Ci usprawnić przeglądanie strony. Możesz dostosować ustawienia plików cookie, w przeciwnym wypadku zakładamy, że wyrażasz na to zgodę.