Zastosowanie kamer CMOS w fotometrii metodą lucky imaging

[LibMar]

Witam!

 

Kilka miesięcy temu stałem się posiadaczem kamery ZWO ASI178MM-c, którą planowałem wykorzystać do pracy w fotometrii oraz astrofotografii. Wykonałem kilka testów fotometrycznych przedstawiających jej możliwości w mierzeniu jasności gwiazd zmiennych (głównie tranzyty planet pozasłonecznych). Celem jest przedstawienie czy CMOSy nadają się do fotometrii. Niestety, nigdy nie byłem posiadaczem kamery CCD (nawet najtańszej do takich celów, jak Atik 16IC) i nie jestem w stanie wykonać bezpośredniego porównania.

 

Wybór kamery ASI178MM-c wynikał z:

- niskiej ceny (około 3.500 złotych za nówkę)

- dużej rozdzielczości (choć mały piksel i dość niewielka matryca jest nieco uciążliwa)

- zapisywanie w 14-bit (jedyna monochromatyczna kamera ZWO zapisująca w 14-bit)

- niski i skupiony ampglow (zdecydowanie mniejszy niż w ASI174MM-c)

- pozytywna opinia po pracy z sensorem IMX224 (chęć do uzyskania lepszych wyników)

 

Poniżej przedstawiam względne spektrum kamery (rzeczywiste QE to około 80% wartości response przy danej długości fali).

 

Poprzedni zestaw składał się z Canona EOS 60D i obiektywu Pentacon 4/200. Obecnie pracuję z ASI178MM-c i obiektywem Canon FD 300mm f/2.8L, dzięki któremu mam pole widzenia o przekątnej około dwóch stopni kątowych.

 

Lucky imaging a fotometria

Aby zaobserwować zmienność danej gwiazdy, potrzebujemy wystarczającej dokładności pomiarowej. Jest ona zależna od trzech czynników:

• szumy
• seeing
• jasność tła

 

Nie będę rozpisywał się już na temat szumu (że wyróżnia się kilka typów, np. termiczny). Seeing widzimy w postaci migotania gwiazd - stąd w krótkich czasach ekspozycji uzyskujemy gigantyczne rozrzuty. Jasność tła stanowi problem w trzech przypadkach - gdy nie zaczęła się/skończyła się astronomiczna noc, gdy mamy jasny Księżyc w pobliżu oraz przy dużym zanieczyszczeniu świetlnym. Jeśli poziom tła osiąga 50% wartości maksymalnej ADU, wówczas stosunek sygnału do szumu (S/N) spadnie mniej więcej o połowę. Stanowi szczególny problem, gdy rejestrujemy słabą gwiazdę.

 

Jasność tła wpływa na szum, a to można zredukować obserwując w ciemniejszej miejscówce. Na seeing za bardzo nie mamy wpływu - chyba, że zbudujemy obserwatorium w bardziej przyjaznych warunkach i będziemy sterować komputerowo. U nas, seeing na pewno będzie raz lepszy, raz gorszy - stąd wyniki fotometryczne metodą lucky imaging nie będą powtarzalne w każdą noc.

 

Obserwatoria korzystające z kamer CCD, często stosują rozmycie i dłuższe czasy ekspozycji (60-300s). Dzięki niewyostrzeniu, poprawi się S/N (gdyż obejmuje większą ilość pikseli), a dzięki wzrostu długości naświetlania - wpływ seeingu "uśredni się bardziej". W ten sposób uzyskuje się bardzo mały rozrzut pomiarowy. Dostajemy także niewielką ilość klatek (100-200), przez co proces fotometrii nie potrwa długo. Liczba pomiarów jest jednak tak mała, że nie możemy myśleć o odrzuceniu tych najgorszych. Uzyskujemy szybką obserwację i mamy często dość fajny wykres. Przykładem jest ten tranzyt: kliknij tutaj!

 

Kamery CMOS w przeciwieństwie do typowych CCD, mają przewagę dzięki dużej prędkości klatek. Już przy maksymalnej rozdzielczości na 14-bit (MONO16) umożliwia prędkość około 25 klatek na sekundę (np. klatka 125ms co 126ms). CCD potrzebują kilka sekund na przesłanie klatki do komputera, przez co ogranicza uzyskiwanie częstych pomiarów (np. klatka 125ms co 5000ms). Z tego powodu, nie ma sensu - w tym przypadku tracimy ~97% czasu na samo zapisywanie!

 

Aby krzywa była jak najdokładniejsza, potrzebujemy jak najwięcej pomiarów. Jeśli będziemy robili klatki po 10 sekund z następnym odstępem o tej samej długości - tracimy 50% możliwego materiału. Gdybyśmy uśredniali pierwszą klatkę z drugą niezrobioną (łączyli w pary), już od razu uzyskalibyśmy dokładność ~40% lepszą. Jednak po różnych obserwacjach doszedłem do wniosku, że kamera wymaga przeprowadzenia tak zwanych testów fotometrycznych.

 

Test fotometryczny - określenie dokładności pomiarowej dla danej gwiazdy w wybranym przedziale czasu.

 

Pierwszego dnia zaobserwowałem tranzyt HD 189733 b. Macierzysta gwiazda ma 7.67 magnitudo. Uzyskałem zadowalającą dokładność, fotografując przy czasach ekspozycji 1 sekundy i gainie 0 (minimum). Drugiego dnia rejestrowałem tranzyt MASCARA-2 b krążąca wokół gwiazdy mającej 8.3 magnitudo. Odpowiedni poziom ADU uzyskałem wydłużając czas ekspozycji do pięciu sekund bez zmiany poziomu gain. Dlaczego tak dużo? Gwiazda była delikatnie rozogniskowana, przez co sygnał był bardziej rozlany. Nie byłoby nic dziwnego, gdyby nie to, że uzyskany rozrzut pomiarowy jest taki sam dla czasów 10 sekund i gain 50, obserwując gwiazdę o jasności aż 10.5 magnitudo. Jaka jest tego przyczyna? Może trafiłem po prostu na zły seeing, jednak ważnym elementem jest... gain!

 

HD 189733 b jest tak jasna, że przy najniższym gainie wystarczyło ustawić czas naświetlania na jedną sekundę. W ciągu 90 sekund uzyskałem około 60 klatek - to oznacza, że mogło być o 50% więcej materiału. Przyczyną była zbyt duża rozdzielczość i praca na USB 2.0. A co by było, gdybym fotografował na 350ms oraz gainie 50? Zbliżamy się do tzw. lucky imaging photometry. Poziom szumu na gain 0 był tak niski, że tracimy sporo materiału. Wzmocnijmy sobie obraz i obniżmy czas naświetlania, aby wyodrębnić momenty złego seeingu i wykluczyć z dalszej pracy. W 90 sekundowym czasie integracji, będziemy mieli około 250 klatek. Czy tym poprawimy dokładność pomiarową? Sprawdźmy to!

 

Wracając, nie powiedziałem jeszcze o co chodzi z rozrzutem pomiarowym. Raz mówiłem o 1 sekundzie, później 5 sekund i 10 sekund. Aby określić zasięg występowania tranzytów, powinniśmy się zbliżyć do granic rejestracji. Zamiast robić jedną długoczasową ekspozycję, możemy zrobić wiele krótkich. I tak, przy czasach 60 sekund mogę zrobić około 60 klatek po jednej sekundzie (pomijając czas zapisywania). Albo dostaję gotową ocenę, albo sześćdziesiąt o sporym rozrzucie. I teraz mogę zrobić z tymi 60-cioma cokolwiek ja chcę. Uśredniać dowolną metodą, wykluczać najgorsze według danego schematu itp. Dostaję wówczas pojedynczą, wyznaczoną ocenę obejmującą minutę. Określając widoczność tranzytu, dobrze by wykonać databinning dla czasu integracji równego 10-15 minut, w zależności od długości trwania tranzytu.

 

Dużym ograniczeniem kamery jest jednak mała wartość full well. Lucky imaging wymaga, aby obraz gwiazdy był jak najostrzejszy. Tym samym, w krótkich czasach ekspozycji, chwilowe pojaśnienie gwiazdy (na skutek seeingu) może spowodować przekroczenie maksymalnej wartości ADU. Przy rejestracji HD 189733 b na gainie 0 i czasie naświetlania 1 sekundy, największy poziom ADU (podawany przez IRIS) wynosił 20000-25000 na 32767. Gdybyśmy fotografowali gwiazdę o 1 mag słabszą jaśniejszą, czas ekspozycji skrócilibyśmy o jakieś 2.5 raza. W takim przypadku rozrzut będzie nieco większy, na przykład 18000-27000. Nie możemy pozwolić sobie na prześwietlenie przy ultra krótkich czasach naświetlania. Jeśli rozrzut wyniesie już 12000-33000, niekiedy gwiazda na klatkach przekroczą punkt załamania liniowości wynoszący około 32.5 tysiąca.

 

Kolejne pytanie - jeśli na gainie 0 i czasie ekspozycji 5 sekund uzyskam pożądany poziom ADU, to na przykład: jaki gain musiałbym ustawić przy czasie jednej sekundy? W tym celu zrobiłem poniższy wykres. Ustawiłem sprzęt w kierunku ściany (coś na styl robienia flata) i ustawiałem poziom gainu na wartość 0, 50, 100, 150, 200... 450 i 500. Czas naświetlania ustawiałem taki, aby piramidka histogramu znajdowała się zawsze w poziomie 50% (połowie). Przy gainie 0, czas ekspozycji wynosił 53 milisekundy. Wzrost gainu o 50 powodował skrócenie czasu naświetlania o 1.75x. Wzrost o 100 = 1.75^2=3.06. Różnica między gain 0 a gain 510 wynosi 279, a więc (analogicznie do lustrzanki) kamera ma "ISO" od 100 (domyślnie) do około 25600. SharpCap umożliwia dodatkowe podbijanie ekspozycji, przez co gwiazd w widoku na żywo może być znacznie więcej. Wtedy mamy już czułość rzędu setek tysięcy ISO. Na osi X podano poziom gainu, a na osi Y znajduje się czas naświetlania (w milisekundach).

 

 

W nocy z 30 na 31 lipca 2017 roku przeprowadzę testy fotometryczne wykazujące przydatność kamery w fotometrii. W tym celu, zostaną wykonane następujące próby:

 

Ocena maksymalnego poziomu ADU w zależności od ostrości

Ten test jest potrzebny tylko dla mnie, ze względu na problemy z kolimacją. W lucky imaging muszę mieć jak najostrzejszą gwiazdę - tutaj nie jest tak łatwo. W ten sposób będę na przyszłość wiedział jaki kształt powinny przyjąć gwiazdy, aby poziom ADU osiągał najwyższe wartości dla pojedynczych pikseli.

 

Rozrzut pomiarowy dla 10-minutowej sesji dla gwiazdy mającej 8.6-8.8 magnitudo przy różnym gainie

Testy fotometryczne w większości przeprowadzę na gromadzie Wieszak, gdyż zawiera dość jasne gwiazdy. Tam są dwie, które mają po 8.6 i 8.8 magnitudo. Przy gainie 0, czas ekspozycji prawdopodobnie będzie wynosił około 10 sekund. Teraz zwiększymy gain do 100, 200 oraz 300. W którym przypadku, sumując punkty do 1-minutowej i 2-minutowej integracji, uzyskam dokładniejsze wyniki?

 

Optymalny poziom ADU gwiazd przy krótkich czasach ekspozycji
Gromada Wieszak zawiera jasne gwiazdy mające 5.5-7.0 magnitudo. Zróbmy po 30 klatek na krótkich czasach (25ms, 100ms, 500ms i 1000ms) przy różnym gainie (0, 100, 200, 300), aby sprawdzić poziom ADU gwiazd. To pozwoli na ustalenie zasięgu gwiazdowego fotometrii metodą lucky imaging.

 

Rozrzut pomiarowy dla 10-minutowej sesji dla gwiazdy mającej 6 magnitudo (np. podwójna) dla 55 Cancri e.
Celujemy w Wieszak i robimy dwie próby dla dwóch gwiazd: 5.6 i 5.8 mag oraz 6.3 i 6.6 mag na gainie 50 i 200. Podobną jasność ma 55 Cancri, wokół której krąży diamentowa planeta skalista 55 Cancri e. Spadek jasności zaledwie wynosi 0.0003 magnitudo. Czy metodą lucky imaging (gwiazdy około 6 magnitudo na gainie 200 będą wymagały poniżej 100ms naświetlania!) dałoby się zarejestrować tak płytki tranzyt? Liczba materiału byłaby tak ogromna, że opracowywanie danych można przeprowadzić na wiele różnych sposobów (ponad 500 ocen dla minutowego czasu integracji). W tym celu, określimy rozrzut pomiarowy dla 1-minutowej i 2-minutowej integracji.

 

Rozrzut pomiarowy dla 5-minutowej sesji dla gwiazdy mającej 6 magnitudo i 10 magnitudo w filtrze żółtym oraz bez filtra.

Obserwatorzy tranzytów egzoplanet sugerują - użyj filtra żółtego! Wycina on fale o krótkiej długości (fiolet, niebieski), które są najbardziej podatne na seeing. To one w największym stopniu wpływają na rozrzut. Stąd również, trudno uzyskać dobrą dokładność ocen przez filtr fotometryczny B. Ale czy to ma sens przy krótkich czasach ekspozycji (poniżej 15 sekund)? Filtr wycina blisko połowę spektrum - musimy wydłużyć czas naświetlania dwukrotnie, więc seeing bardziej się uśrednia zamiast "wyodrębniać". W ten sposób spada ilość klatek dla danego czasu integracji. W którym przypadku będzie lepiej? Sprawdzimy to dla dwóch przypadków - gdy czas ekspozycji jest bardzo krótki (6 mag) oraz nieco dłuższy (10 mag).

 

Rozrzut pomiarowy dla 10-minutowej sesji przez filtr V oraz B na gwieździe mającej 10.5 magnitudo (PDS 110)
Kolejny test dla PDS 110, tym razem przez filtry fotometryczne. Celuję w gwiazdę o podobnej jasności, co PDS 110. Jaką dokładność pomiarową uzyskam i czego mam spodziewać się przy rejestracji PDS 110?

 

Rozrzut pomiarowy dla 10-minutowej sesji dla gwiazdy HD 189733 (7.7 mag) w filtrze ZWO IR850 na gainie 50 i 200.

Przepuszczalność filtra ZWO IR850 ze spektrum ASI178MM-c przypomina nieco spektrum filtra fotometrycznego z' (900nm). Wiadomo, że wraz z długością fali, seeing zaburza obraz w mniejszym stopniu. Zwykle, dana gwiazda wymaga wzrostu czasu naświetlania o 10 razy lub zwiększyć gain o około 200. Jaką dokładność pomiarową da się uzyskać dla 900nm? Trzeba sprawdzić! Jest to dość istotne, ponieważ zbliżając się do podczerwieni, w świecie gwiazd zmiennych pojawiają się nowe możliwości - zjawiska, które w świetle widzialnym w zasadzie nie rejestruje się.

 

Lista testów będzie zaktualizowana, kiedy wpadną do głowy kolejne pomysły. Po przeprowadzeniu testów będę z czasem publikował wyniki obserwacji. Nie pojawią się od razu, gdyż wymagają opracowania - dla niektórych może nastąpić dopiero za kilkanaście tygodni.

[Grzędziel]

Bardzo ciekawe co piszesz, z zainteresowaniem czekam na wyniki.

 

Ja dotychczas robiłem wyłącznie fotometrię CCD. W ramach testów robiłem takie eksperymenty. Wyznaczałem różnice jasności dwóch gwiazd stałych przy różnych czasach naświetlania i badałem dokładność. Najlepiej, co udało mi się uzyskać to średni rozrzut jednego pomiaru rzędu +/- 0.007 magnitudo. Zwykle czasy ekspozycji stosowałem w granicach 30-60 sek. a nasycenie w granicach 30 000 ADU. Skracając naświetlanie do kilku sekund co powodowało spadek ADU do  ok. 6000 dokładność drastycznie spadała (+/- 0,04 mag.)

Wniosek - lucky imaging fotometry dla kamer CCD się nie sprawdza.

[Behlur_Olderys]

Z tego co mówisz, Grzedziel można wywnioskować, że ważne jest uzyskać ok. 30000 ( umownie: dużo, ale nie za dużo) ADU obojętnie od czasu naświetlania? Np. podbijając czułość (ISO, gain?) do absurdalnie dużych wartości możnaby uzyskać te 30000ADU przy naświetlaniu <1s zachowując podobną dokładność pomiaru?

Edytowane 28 Lipca 2017 przez Behlur_Olderys

[LibMar]

Zapomniałem jeszcze o czymś istotnym - czy kamera ASI 12-bitowa również się nadaje? Biorąc pod uwagę, że mamy 4096 różnych stanów, różnica na przykład między 3500 a 3499 to jak -2.5log(3499/3500), czyli 0.0003 mag. Czyli to "zaokrąglenie o cztery" przy 14-bit na 12-bit w zasadzie nie powoduje dużej utraty informacji, gdyż rozrzut pomiarowy jest zwykle 50-500 razy większy. Z chęcią zobaczyłbym jak sprawowałaby się ASI1600MM-c. Znikomy ampglow (choć i tak na ASI178MM-c jest bardzo dobry - pozytywnie się zaskoczyłem), większy piksel i większe pole widzenia. Może i nawet nie będzie wielkiej potrzeby płacić za kolimację obiektywu. Może to będzie kolejna kamera w przyszłości?  

 

@Behlur_Olderys, teoretycznie powinniśmy korzystać z unity gain, ale ASI178MM-c to dziwny przypadek. Z tego co wiem, wypada na jakiejś ujemnej wartości gain, co jest absurdalne. Idąc tą myślą dalej, im bliżej unity gain, powinno być lepiej. Jednak przypadek z MASCARA-2 b i HAT-P-7 b (to ta z gwiazdą 10.5 mag) pokazuje, że wyższy gain ma pewne znaczenie, choć oddaliłem się od minusowych wartości o pięćdziesiąt. Zwiększając gain, spada też read noise. Niestety, moja wiedza na temat typów szumu jest bardzo niewielka i nie potrafię określić który najbardziej wpływa na rozrzut pomiarowy, pomijając seeing.

 

@Grzędziel, a próbowałeś może przetestować na kilkusekundowych ekspozycjach dla jaśniejszych gwiazd, które osiągają już te 30000 ADU?

 

I przy okazji, mamy też kolejny test. Ciagłe fotografowanie danej gwiazdy (przy optymalnym ADU, czyli 25000-30000 na 32767), przy której jest dobrze naświetlona na gainie 200. Następnie zmieniamy tylko i wyłącznie gain, ustawiając na 100, a potem na zero. W tych dwóch przypadkach, gwiazda będzie niedoświetlona. Ale czy to faktycznie wpłynie znacząco na rozrzut? Sprawdzimy  

[Grzędziel]

50 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Z tego co mówisz, Grzedziel można wywnioskować, że ważne jest uzyskać ok. 30000 ( umownie: dużo, ale nie za dużo) ADU obojętnie od czasu naświetlania? Np. podbijając czułość (ISO, gain?) do absurdalnie dużych wartości możnaby uzyskać te 30000ADU przy naświetlaniu <1s zachowując podobną dokładność pomiaru?

Tak, ważne dla dokładności jest aby uzyskać duże ADU. Moja kamera Atik 383 nie ma możliwości regulacji parametru gain. Robiąc fotometrię staram sie tak operować czasami aby tak było (oczywiście dla najjaśniejszych mierzonych gwiazd).

 

7 minut temu, LibMar napisał:

 

@Grzędziel, a próbowałeś może przetestować na kilkusekundowych ekspozycjach dla jaśniejszych gwiazd, które osiągają już te 30000 ADU?

W ramach testów takich badań nie robiłem, ale z tego co pamiętam stosowałem dla jasnych zmiennych czasy rzędu 10 sek. ocierając się o pełne wysycenie (ADU bliskie 65 tys.) i dokładność była naprawdę dobra.

   Zaryzykował bym twierdzenie, że dokładność rośnie wraz ze wzrostem ADU, jak również, a może przede wszystkim zależy od sumarycznej ilości pixeli rejestrujących sygnał jednej gwiazdy - dlatego przy jasnych gwiazdach zawsze rozogniskowuję obraz tak, żeby nie przepalić na środkowych pixelach i zebrać jak najwięcej zliczeń (nawet blisko milion dla jednej gwiazdy). FWHM może wynosić spokojnie 3, 4, a nawet 5.

 

[Hans]

3 godziny temu, Behlur_Olderys napisał:

Z tego co mówisz, Grzedziel można wywnioskować, że ważne jest uzyskać ok. 30000 ( umownie: dużo, ale nie za dużo) ADU obojętnie od czasu naświetlania? Np. podbijając czułość (ISO, gain?) do absurdalnie dużych wartości możnaby uzyskać te 30000ADU przy naświetlaniu <1s zachowując podobną dokładność pomiaru?

Zakładając, że mamy do czynienia z CMOSem 16 bit który w ogóle potrafi takie wartości osiągać, to są dwie sprawy do ogarnięcia. Pierwszą jest to, że w teorii CMOSy nie załamują liniowości sygnału. Czyli nie musimy trafiać w okienko pomiędzy sensownym S/N, a granicą liniowego działania. Możemy jechać "pod sam szczyt syganłu", byle nie doprowadzić do granicy wysycenia pikseli. Przejmujemy się jedynie parametrem S/N. To niby ułatwia sprawę, komplikuje ją jednak sam gain. Odrobinę nad materiałem z CMOSów posiedziałem, i niestety, gain nie ma wpływu tylko na szum tła. Coś niedobrego dzieje się również z samym sygnałem.  W trakcie testów nie rozkminiłem jednak jak ta zależność działa. @LibMar, wspominałeś kiedyś, że przy zejściu z gain zbyt mocno w dół, sygnał degradował się pomimo całkiem przyzwoitego S/N. Potrzafisz opisać / wykreślić tę zależność?  Na jakim gainie osiągałeś najlepszy wynik? (Tu oczywiście gain jest jedynie jedną ze zmiennych obok czasu naświetlania, jasności obiektu, amplitudy zmiany, itd itd. Cały czas nie mogę w pełni zrozumieć co dokładnie "psuje" materiał w CMOSach i jak temu zaradzić).

 

Pozdrawiam.

[LibMar]

48 minut temu, Hans napisał:

Zakładając, że mamy do czynienia z CMOSem 16 bit który w ogóle potrafi takie wartości osiągać, to są dwie sprawy do ogarnięcia. Pierwszą jest to, że w teorii CMOSy nie załamują liniowości sygnału. Czyli nie musimy trafiać w okienko pomiędzy sensownym S/N, a granicą liniowego działania. Możemy jechać "pod sam szczyt syganłu", byle nie doprowadzić do granicy wysycenia pikseli. Przejmujemy się jedynie parametrem S/N. To niby ułatwia sprawę, komplikuje ją jednak sam gain. Odrobinę nad materiałem z CMOSów posiedziałem, i niestety, gain nie ma wpływu tylko na szum tła. Coś niedobrego dzieje się również z samym sygnałem.  W trakcie testów nie rozkminiłem jednak jak ta zależność działa. @LibMar, wspominałeś kiedyś, że przy zejściu z gain zbyt mocno w dół, sygnał degradował się pomimo całkiem przyzwoitego S/N. Potrzafisz opisać / wykreślić tę zależność?  Na jakim gainie osiągałeś najlepszy wynik? (Tu oczywiście gain jest jedynie jedną ze zmiennych obok czasu naświetlania, jasności obiektu, amplitudy zmiany, itd itd. Cały czas nie mogę w pełni zrozumieć co dokładnie "psuje" materiał w CMOSach i jak temu zaradzić).

 

Pozdrawiam.

Tak, to właśnie stało się przy próbie z MASCARA-2 b. Tam, gdzie spodziewałem się +/- 0.0015 mag dla pomiarów 5-minutowych, wyszło około +/- 0.004 mag. W tym momencie nie potrafię określić w jakim przypadku będzie najlepiej (to jeden z celów zbliżających się testów), ale warto zwrócić uwagę jeszcze na próbę z WASP-3 b (kliknij tutaj, ostatni post). Przy 10-sekundowych klatkach na gainie 135/510 uzyskiwałem rozrzut +/- 0.03 mag pojedynczych ocen. Gwiazda ma 10.64 magnitudo. Mniej więcej podobną jasność miała też HAT-P-7 b, dla której także stosowałem 10s, ale gain był niższy - 50. Gdzie jest haczyk? W obiektywie! Przy WASP-3 b miałem jeszcze stare szkło, czyli 300mm f/4. Z kolei na HAT-P-7 b wycelowałem przez 300mm f/2.8. Wzrost średnicy z 75mm na 107mm spowodował, że do obiektywu wpadało 2x więcej światła.

 

Możemy zrobić taką "kalibrację", aby wyniki były w miarę porównywalne. 2x więcej światła to wzrost zasięgu o 0.75 mag. A więc, gdybym łapał WASP-3 b na nowszym obiektywie i ustawił przysłonę z f/2.8 na f/4, to również osiągnąłbym pożądany poziom ADU dla gwiazdy mającej 10.6 magnitudo. A gdybym zmienił na f/2.8, byłoby około 11.39 mag. Czyli, jeśli teraz chciałbym wycelować w TrES-2 b (ma około 11.4 mag) z nowego obiektywu na f/2.8, pierwszą klatkę wypróbowałbym właśnie na 10s i gainie 135/510. Przy podobnych warunkach atmosferycznych, rozrzut powinien być w miarę podobny (warunki w miarę takie same, obiektyw wychłodzony po 90 min przebywaniu na zewnątrz). A więc mamy:

 

HD 189733 b | 7.67 mag | 1000ms | gain 0 = rozrzut pojedynczych ocen +/- 0.05 mag (90% pomiarów ma +/- 0.0425 mag) - rejestracja na wysokości 50 stopni

MASCARA-2 b | 8.3 mag | 5000ms | gain 0 = rozrzut pojedynczych ocen +/- 0.04 mag (90% pomiarów ma +/- 0.035 mag) - rejestracja na wysokości 40 stopni

HAT-P-7 b | 10.50 mag | 10000ms | gain 50 = rozrzut pojedynczych ocen +/- 0.03 mag  - rejestracja na wysokości 60-80 stopni

TrES-2 b | 11.40 mag | 10000ms | gain 135 = rozrzut pojedynczych ocen +/- 0.03 mag - rejestracja na wysokości 30-40 stopni

K2-34 b | 12.30 mag* | 8000ms | gain 235 = rozrzut pojedynczych ocen +/- 0.05 mag - rejestracja na wysokości 40 stopni

 

* - uwzględniona rekompensata o 0.75 mag, gdyż też rejestrowałem przez 300mm f/4 

 

Krótszy czas ekspozycji (5s, a nie 10s) spowodowałby, że seeing mniej nam się uśredni, stąd spodziewamy większego rozrzutu. I faktycznie jest (0.04, a nie 0.03 mag). A teraz podkręciliśmy gain do 50, a następnie 135. Zasięg nam się zwiększa (idziemy z 8 na 10 mag, a potem 11 mag), ale rozrzut wcale nie pogarsza się. To mniej więcej pokazałoby, że wzrost szumu po podkręceniu gainu wcale nie jest dramatyczny i wciąż S/N jest wystarczająco wysokie. Przy tych krótkich czasach, to seeing nadal przeważa. Jakiś czas temu zrobiłem filmik gwiazdy w 880 FPS, który pokazuje, że w krótkich momentach czasu jasność zmienia się znacznie (kliknij tutaj). Stąd rozrzut ma prawo być większy niż +/- 0.2 mag na klatkach 125ms, tak jak ostatnio sprawdziłem na jednej gwieździe. W filmie jakość jest nieco słaba (szum), gdyż powinienem zmniejszyć gain, wydłużając ekspozycję. Mój błąd, gdyż na 880 FPS moglibyśmy ustawić czas na ~1.1ms. A ja zauważyłem po fakcie, nagrywając na 0.7ms :/

 

W czasach 5s będziemy mieli 2x więcej klatek niż na 10s. Dokładność powinna wzrosnąć mniej więcej o około 1.4x, czyli da nam około 0.025-0.03 mag. No i znowu dochodzimy do tego samego poziomu. Niezależnie od gainu, rozrzut wychodzi taki sam. Tło w każdym przypadku nie było jakieś tragiczne - poziom ADU nie przekraczał 10% maksimum. Tylko pierwsza rejestracja (HD 189733 b ) jest nieco podejrzana. Jak na 1000ms, rozrzut jest bardzo dobry (a powinien wynosić +/- 0.06-0.07 mag). Z kolei K2-34 b, widać już pogorszenie sytuacji. 8s to niewiele mniej niż 10s, dałoby to jakieś +/- 0.045 mag. Tutaj mógłby już znacząco wpłynąć szum.

 

I teraz tak, wracając do doświadczenia - na jakim gainie najlepiej by było? Od tego będzie test numer 2. Łapię tę samą gwiazdę na różnym gainie, a jego wzrost kompensujemy spadkiem długości ekspozycji. Prawdopodobny czas naświetlania dla gwiazdy przy gainie 0 wyniesie 7.5 sekundy, czyli w minutę dostanę około 7 klatek. Przy gainie 300, będzie już ~29 razy więcej, czyli w minutę zrobi około 200 klatek (~333ms na jedną). Będzie jeszcze próba na gainie 100 i gainie 200. Wynikiem będą rozrzuty pomiarowe po sumowaniu na 1-minutowe i 2-minutowe czasy integracji (wrzucę też wszystkie pojedyncze oceny).

 

Spodziewane wyniki są następujące (kolejno dla gainu: 0, 100, 200, 300) dla tej samej gwiazdy:

1) +/- 0.007 mag, 0.006 mag, 0.005 mag, 0.004 mag

Większa ilość klatek (dzięki krótszym czasom) umożliwiła wywalenie najgorszych momentów dla seeingu, natomiast większy szum (spadek S/N) nie wpłynął znacząco na wyniki.

 

2) +/- 0.007 mag, 0.006 mag, 0.005 mag, 0.007 mag

Zbyt wysoki gain wprowadza zbyt dużą ilość szumu i zaczyna przeważać nad wpływem seeingu.

 

Z pewnością nie będzie to równomierne dla każdego przypadku. Gdy łapiemy jakąś słabszą gwiazdę (mającą 12+ mag), na pewno będzie trzeba naświetlać przynajmniej przez kilka sekund. Wpływ seeingu bardziej się unormuje, a szum (przy większym gainie) bardziej się uwidoczni. Dla 10-12 mag, najlepiej wyszło w pobliżu gain=150. Na krótszych czasach seeing będzie lepiej widoczny i szum jeszcze nie dorówna przy wpływie na rozrzut. Prawdopodobnie przy wartości 200-250 będzie jeszcze lepiej niż na 150.

[LibMar]

Tutaj jeszcze przedstawiam wykres dostępności tranzytów dla mojego zestawu (na podstawie różnych obserwacji). Czerwona linia oznacza granicę, kiedy jeszcze da się zauważyć spadek. Górne dwie kreski - to dokładność przy rozrzucie 2x większym i 4x większym, niż było to przewidywane. Z kolei trzy linie pod czerwoną - spodziewany zasięg po zestackowaniu dwóch, trzech i czterech obserwacji tranzytu (innego dnia lub korzystając z kilku takich samych setupów jednocześnie). Niebieskie kropeczki to parametry podawane przez ETD - dla większości, spadki są nieco większe. HD 189733 b to ta przy lewym, górnym rogu.

 

Aby zejść z tranzytami głębiej (13+ mag), prawdopodobnie musiałbym znaleźć lepszą miejscówkę ze względu na jasność tła. 11cm średnicy to już niezła apertura i byłoby dziwne, że tranzyt 0.03 mag dla gwiazdy 15 mag byłby ledwo zauważalny.

 

[Hans]

Hmmm... chyba mnie oświeciło. To nie z gainem się mocowałem tylko seingiem. To tu jest pies pogrzebany. Libmar, dodaj jeden więcej test prosze. Daj gain na minimum, złap jaką gwiazde ok 11-12M i zrób jej serię ze 30-tu klatek o takim czasie jaki będzie konieczny do osiągnięcia nieco ponad połowy ADU kamery (generalnie by mieć dobry S/N). Bardzo jestem ciekaw co Ci wyjdzie.  Obstawiam, że przy swoim obiektywie czasy bedziesz mieć w okolicach 2-3 minut i całkiem przyzwoitą dokładnośc pomiaru. Po zwiększeniu gain do połowy zakresu, czas pewnie spadnie poniżej minuty i tu już ciekawy jestem jak będzie z dokładnoscią. A na koniec daj gain na max. Pewnie zejdziesz z czasami do poj. sekund, a dokładność pomiaru ucierpi. Obstawiam jednak, że po czesci przez seing, a nie tylko nakręcanie gain.

 

Pytanie dodatkowe, co dzieje sie "przy okazji" gain ustawionego na zero. Kobieca intuicja i twoje wyniki podpowiadają mi, że to niekoniecznie musi być zdrowe dla klatek z C-MOSów.

 

Pozdrawiam.

[LibMar]

Właśnie kończę zbieranie materiału, zostało tylko złapać parę klatek przez IR850 kraz do powyższego postu. Niestety, 20s to maksymalny czas, jaki mogę ustawić ze względu na jakość prowadzenia (odrzut <10%). Będzie nieco krócej