Skocz do zawarto軼i

Witaj na forum skupiającym największą społeczność astronomiczną w Polsce - Astropolis.pl
Zachęcamy do rejstracji, dzięki której uzyskasz dostęp do wszystkich funkcji Astropolis.pl. Po tym, jak założysz swoje konto i zalogujesz się do systemu będziesz mógł zakładać wątki, odpowiadać we wszystkich tematach, oceniać posty innych użytkowników, a także korzystać z rozbudowanego systemu komunikacji między użytkownikami. Jeśli masz już swoje konto, zaloguj się tutaj - w przeciwnym wypadku zarejestruj konto - za darmo - teraz!

Ostatnio dodane artykuły

Zobacz wszystkie artykuły

BĄDŹ NA BIEŻĄCO - SUBSKRYBUJ NAS

 
           

Pomiar temperatur gwiazd przy pomocy zwyk造ch filtr闚 i cyfr闚ki - Prawda czy Fikcja?

Autor: EdvinVanDerCleef | lip 24 2016 17:10 | 16 komentarze

Pomiar temperatur gwiazd przy pomocy zwykłych filtrów  - Prawda czy Fikcja?

Czy przy pomocy prostych, niespecjalistycznych filtrów da się wyznaczyć temperatury gwiazd? W teorii jest to możliwe i nawet nie najtrudniejsze. Jednak jak wygląda to w praktyce? Czy przy pomocy najprostszego sprzętu , dostępnego praktycznie dla każdej osoby interesującej się astronomią , da się wyznaczyć w miarę dokładnie temperatury gwiazd? Czy jednak konieczne są specjalistyczne filtry fotometryczne lub StarAnalyser? Cena jednego filtra fotometrycznego Baadera to około 600zł, a zakup StarAnalyser'a 1,25'' to jeszcze większy wydatek. Podobnie jest jeżeli chodzi o sprzęt rejestracyjny , czy konieczne jest posiadanie kamery CCD czy wystarczy zwykły aparat cyfrowy? Czy najprostszy i zarazem najtańszy sprzęt daje satysfakcjonujące wyniki? Oto rezultaty pomiarów dokonanych 20 lipca na "grupie" 20 gwiazd.

 

1) Warunki i sprzęt

Pomiarów dokonywałem 20 lipca od godziny 23:50 do około 1:00

Za rejestrator fotonów posłużył aparat cyfrowy Nikon D3200. Zdjęcia robione były przez Newtona 10''. ISO 3200 , Texp 1/2s. (dające najmniejszy błąd sprawdzone tydzień wcześniej na Polaris). W teleskopie użyłem Barlowa GSO 2x. Użyte przeze mnie filtry to Baader 500nm jako filtr zielony oraz Baader 435nm jako niebieski. Wybrałem te filtry z 3 powodów :

- dość tania cena - po 120 zł za sztukę

- podane wykresy przepuszczalności , co pozwoliło na określenie maximum przepuszczalnego promieniowania potrzebne do obliczeń

- podobna charakterystyka przepuszczalności (do pomiarów nie nadają się 2 filtry dolnoprzepustowe , w ich przypadku trzeba by mieć 3 i robić po 3 zdjęcia) 

Oczywiście wiadomo że im większa różnica w max. długości fali tym lepiej , jednak te 2 filtry oferowały największą różnicę przy w miarę przystępnej cenie.

Ponadto wiem również że monochromatyczna kamera CCD nadaje się o wiele lepiej , z powodu bardziej równomiernej reakcji na promieniowanie , jednak nie każdy ma taką w domu , a o dostępność sprzętu tu własnie chodzi.

 

2) Metoda pomiaru

Pierwszym krokiem w wyznaczaniu temperatur było zrobienie 2 zdjęć tej samej gwiazdy , każde z innym filtrem. Klatki wyglądały tak (tu akurat Wega)

 

post-30510-0-32512000-1469372998.gif

 

post-30510-0-50161500-1469372816.gif

 

Powtarzanie tego samego dla 20 gwiazd było trochę żmudne , ale wybrałem tak dużą grupę w celu ustalenia co może wpłynąć na błąd pomiaru , o czym później

Następnie po zebraniu materiału należało zmierzyć jasność gwiazdy na zdjęciach. Do tego celu użyłem darmowej wersji programu ImageJ , który pozwala na dokonanie bezwzględnych pomiarów jasności. Otrzymywałem wartość w pikselach dla danego filtra. Kolejnym krokiem było odjęcie wartości pikseli pochodzących od szumu , które wyznaczałem mierząc jasność tła w pobliżu gwiazdy (gdyż zdjęcia nie były zaszumione równomiernie). Następnie należało wyznaczyć stosunek wartości pikseli zielonych do niebieskich G/B (mogłoby być również odwrotnie , zmieniło by to tylko sposób obliczeń). Kolejnym krokiem było obliczenie temperatury barwowej dla danego stosunku jasności. Tu muszę zaznaczyć że prawdopodobnie największa część błędów pomiarowych wynika własnie z przebiegu tej procedury , gdyż:

- jasności zmierzone filtrami nie są dokładnie jasnościami w pasmach 500 i 435 nm 

- temperatura barwowa Wiena nie odpowiada dokładnie temperaturze rzeczywistej wyznaczonej np. z rozkładu jasności względem długości fali (temperatury te mogą się różnić nawet między sobą jeżeli są wyznaczone na podstawie innych długości fali) Duży wpływ na błąd mogła mieć też nierównomierna zdolność atmosfery do rozpraszania światła.

Wzór na temperaturę na podstawie stosunku G/B wygląda

Tb=(-C2*((1/500nm)-(1/435nm)))/(ln(G/B)+5*ln(5/4,35)) gdzie C2  to druga stała promieniowania

W ten oto sposób wyznaczyłem temperatury 20 gwiazd m.in Polaris , Kapelli , Arktura ...

Wszystkie obliczenia były wykonywane w arkuszu kalkulacyjnym.

 

3) Wyniki i dokładność

Miarą  dokładności pomiaru w tym przypadku jest Błąd Względny , mierzony względem właściwej temperatury gwiazdy(które zaczerpnąłem z angielskiej wikipedii).

Kompletne wyniki pomiarów w zależności od gwiazdy , wartości w pikselach oraz błąd względny są przedstawione tutaj:

 

post-30510-0-89945300-1469373129.gif

 

Jak widać wyniki błędu wahają się od około -60%(co oznacza niedomiar) do około 40%(nadmiar). Średni błąd był jednak dość mały i wyniósł około -6%. Jeżeli taka dokładność nas satysfakcjonuje to zachęcam do prowadzenie pomiarów przy pomocy bardzo amatorskiego i relatywnie taniego sprzętu. Cóż można jednak zrobić żeby zwiększyć dokładność pomiarów (poza zakupem droższego sprzętu). Aby sprawdzić co i jak wpływa na dokładność pomiaru , sporządziłem wykresy błędu od różnych "cech" obiektu takich jak wysokość nad horyzontem lub jasność. Oto sporządzone wykresy , i przewidywania dotyczące wyników (należy zwrócić uwagę na nieliniową skalę na osi X , co może utrudniać odczyt)

 

1. Błąd (Azymut) Teoretycznie azymut nie powinien mieć żadnego wpływu na pomiar , jednak biorąc pod uwagę że tej nocy księżyc był blisko pełni , można powiązać go z błędem. Azymut księżyca wynosił około 165 stopni. Błędy w okolicach tego azymutu zdają się większe od innych , co może wskazywać że zaświetlenie nieba pochodzące od księżyca mogło zaburzyć pomiar. Wynika z tego iż najlepszy czas do przeprowadzania tego typu pomiarów to bezksiężycowa noc.

 

post-30510-0-35746400-1469373013.jpg

 

 

 

2. Błąd (Deklinacja) Tutaj wg. przewidywań błąd powinien się zwiększać w miarę zbliżania się deklinacji do 0 , gdyż rośnie również prędkość obrotu sfery niebieskiej a co za tym idzie obraz gwiazdy powinien wykazywać większe przesunięcie i błąd. Jednak nie stwierdziłem takiej zależności , widać błąd ten był zbyt znikomy w porównaniu z błędami wynikającymi z innych przyczyn

 

post-30510-0-75750400-1469375145.jpg

 

 

 

3. Błąd (Jasność) Wydawałoby się że im większa jasność gwiazdy tym błąd powinien być mniejszy , gdyż jest niejako więcej "danych" na temat jasności gwiazdy

Jednak nie stwierdziłem występowania tu żadnej zależności 

 

post-30510-0-00747800-1469375164.jpg

 

 

4. Błąd (Moment zdjęcia) Błąd ten mógłby teoretycznie wynikać z zwiększającego się zachmurzenia , jednak tutaj również nie sposób stwierdzić żadnej zależności

 

post-30510-0-36779900-1469375410.jpg

 

 

 

5. Błąd (Odległość) W skutek absorpcji promieniowania przez pył międzygwiazdowy wynik pomiaru mógłby być zaburzony. Jest to jednak bardzo uproszczone rozumowanie , gdyż w rzeczywistości odległość do gwiazdy nie oznacza większej ilości obłoków gazu i pyłu międzygwiazdowego , zwiększa tylko szanse na wystąpienie większej ilości. Wykres ten nie ma więc żadnego znaczenie fizycznego.

 

post-30510-0-32164400-1469375541.jpg

 

 

6. Błąd (Temperatura Właściwa) Ciekawy wykres pokazujący że niewątpliwie wyniki są głównie przeszacowane w przypadku niskich temperatur i niedoszacowane w wypadku wysokich. Znaczy to że wyniki oscylują wokół pewnej średniej temperatury , tu około 6000 Kelvinów i  "niechętnie" oddalają się od średniej. Wynika to prawdopodobnie z ściśle fizycznych przyczyn , jednak ilość 20 gwiazd nie jest wystarczająca aby stwierdzić jednoznacznie fizyczną przyczynę występowania tej zależności.

 

post-30510-0-53946900-1469375712.jpg

 

 

 

7. Błąd (Typ układu) Błąd w zależności od typu układu. 1 oznacza tu układ wielokrotny , 0 pojednyńczą gwiazdę. Teoretycznie w układach wielokrotnych błąd powinien być większy , co byłoby spowodowane niejako "łączeniem" światła od wszystkich gwiazd układu na zdjęciu , jednak jak widać błąd ten jest zaniedbywalnie mały w porównaniu z błędami innego pochodzenia , gdyż nie stwierdziłem żadnej zależności w wielkości błędu ud typu układu.

 

post-30510-0-96727400-1469375984.jpg

 

 

8. Błąd (Wysokość) Próba stwierdzenia tutaj zależności opierała się na tym że wraz z wysokością nad horyzontem maleje "grubość" atmosfery przez którą patrzymy na gwiazdę. Brak stwierdzonej tu zależności wskazuje że przyczynek błędu pochodzenia atmosferycznego jest również nieduży w porównaniu z innymi powodami.

 

 

post-30510-0-52318000-1469376229.jpg

 

 

Ostatecznie widzimy że wyznaczenie temperatur gwiazd tanim i dostępnym sprzętem obarczone jest dość dużymi błędami , jednak biorąc pod uwagę cenę to myślę , że warto. Ponadto większość astroamatorów interesujących się astrofotografią ma pod ręką kamerę CCD która w teorii powinna dać dużo lepsze wyniki.

 

 

 


+25

Zdj璚ie

Pomiar temperatur gwiazd przy pomocy zwyk造ch filtr闚 i cyfr闚ki - Prawda czy Fikcja?

* * * * * 1 g這sy

  • Zaloguj si, aby doda odpowied
16 odpowiedzi w tym temacie

#16
Rybi

Rybi

    Regulus

  • Spo貫czno嗆 Astropolis
  • PipPipPip
  • 147 post闚
  • Sk康:Szczecin

Tak na gorąco moje uwagi na temat tego jak udoskonalić Twoje wyznaczenia wskaźnika barwy niebieskiej (435nm) i zielonej (500nm)  w uzupełnieniu Hansa i innych forumowiczów:

 

1. Zdjęcia nie mogą być prześwietlone (pisał o tym również P.Guzik).
Podejrzewam, że sporo z Twoich zdjęć (wszystkie?) mogą być prześwietlone przy czasie 1/2 sekundy i aperturze 25cm. Kiedyś próbowałem nie prześwietlić zdjęcia Betelgeuzy lustrzanką  z obiektywem 85mm i przysłoną f/2.8. Alfa Ori była już prześwietlona dla czasów > 2 sekundy. W programach fotometrycznych możesz sprawdzić, czy piksele z obrazem gwiazdy nie są przepalone lub na części nieliniowej(jeżeli są wartości > 0.75 x 4096 ADU dla 12 bitowych aparatów fotograficznych, lub > 0.75 x 16383 ADU dla 14-bitowych)

 

2. Masz systematyczny błąd w wyznaczeniu jasności w barwach niebieskiej (435nm) i zielonej (500nm) >0.2mag (>20%) wynikający z pominięcia zależności ekstynkcji atmosferycznej od długości. Na poniższym rysunku (patrz: http://www.britastro...photometry.htm)jest pokazana taka krzywa dla bardzo dobrych warunków atmosferycznych. Dla podanych długości fal ta systematyczna różnica wychodzi przynajmniej 0.2 mag!

Image38.JPG

 

3. Przy tak krótkim czasie ekspozycji (=1/2 sekundy pomimo dużej apertury 10")  zmiany jasności pomiędzy zdjęciami mogą być spowodowane drganiem atmosfery ziemskiej (tzw. scyntylacje atmosferyczne). Kiedyś to liczyłem dla różnych "teleskopów", ale takich czasów jak 1/2 sekundy nie uwzględniałem ...

Scyntylacje.JPG

 

4. Moim zdaniem jeszcze tańsze (... i dokładniejsze?) byłoby zrobienie tych pomiarów bez dodatkowych filtrów. Po prostu zwykły aparat z obiektywem o ogniskowej >=50mm, rozoogniskowując obraz gwiazd, aby nie prześwietlić. Następnie każde zdjęcie w formacie RAW przetworzyć np. Irisem/Munwinem w sposób opisany w literaturze jak poniżej (tylko wersja angielska :( ):
https://www.aavso.or...orials_V1-0.pdf
Po drodze uwzględniamy na pewno flaty (darki zwykle nie są konieczne przy ekspozycjach rzędu 30 sekund nawet w temperaturze pokojowej, darki ew. mogą się przydać do wyłapania hot pikseli).
Wtedy otrzymujemy do pomiarów wyseparowane trzy zdjęcia (jak zestackujemy) lub serię zdjęć w barwach niebieska-TB, zielona-TG, czerwona-TR
I temperaturę wyznaczyć z porównania jasności w kolorach TB i TG (... i ew. TR do wykorzystania?).


+2
Post rekomendują: ekolog, Piotrek Guzik,
Statyw + Cannon 400D + obiektyw 200mm = fotometria d穎nsonowska AZ CAS!!!
http://astropolis.pl...on/#entry466439



#17
EdvinVanDerCleef

EdvinVanDerCleef

    Alderamin

  • Astroamator
  • Pip
  • 44 post闚
  • Sk康:字oda Wlkp.

Rzeczywiście nie uwzględniłem ekstynkcji przy obliczeniach. Chcę tylko dodać że klatki z Wegą mają taki toporny wygląd gdyż musiałem je przerobić aby wszystko zmieściło mi się w artykule. Pierwotne zdjęcia miało wymiary 6000x4000 a ta klatka bodajże około 2500x1700. Toporna jakość wynika również z tego że kompresowałem rozmiar w Paincie , a JPEG'ów używałem tylko dlatego że NEF'y nie nadają się do obróbki w ImageJ :) Być może rzeczywiście scyntylacje mają duży wpływ na wyniki , to wyjaśniałoby duże błędy w kilku przypadkach. Jednak myślę że poza tymi kilkoma błędami względnymi gdzie |Bw|>30% wyniki są całkowicie do przyjęcia. Na pewno przedstawione przez forumowiczów rozwiązania wpłynęły by pozytywnie na dokładność pomiaru jednak brak stwierdzenia , przynajmniej jednoznacznie zależności Bw[Jasność] wskazuje na to że prześwietlenia nie były tu czynnikiem wpływającym na wartość największych błędów. Typowałbym tutaj raczej jakiś losowy czynnik taki właśnie jak np. scyntylacje gdyż w przypadkach większości gwiazd wartość zmierzona stosunku G/B była bliska stanowi faktycznemu lub chociaż skalowała się z ich rzeczywistą temperaturą.


0





R闚nie z jednym lub wi瘯sz ilo軼i s堯w kluczowych: Polecamy, Gwiazdy, Temperatury, Filtry, filtr, gwiazda, temperatura, UBV, B-V

U篡tkownicy przegl康aj帷y ten temat: 0

0 u篡tkownik闚, 0 go軼i, 0 anonimowych u篡tkownik闚