Beam-shaping diffuser - przyszłość amatorskiej fotometrii

[LibMar]

Witam,

W ostatnim tygodniu na arXiv pojawił się bardzo interesujący artykuł dotyczący dokładności przeprowadzanej fotometrii za pomocą beam-shaping diffusera. Po polsku oznacza tyle, co rozmywanie obrazu przez warstwę mikrosoczewek.

Cytuj

Such diffusers mold the focal plane image of a star into a broad and stable top-hat shape, minimizing photometric errors due to non-uniform pixel response, atmospheric seeing effects, imperfect guiding, and telescope-induced variable aberrations seen in defocusing. This PSF reshaping significantly increases the achievable dynamic range of our observations, increasing our observing efficiency and thus better averages over scintillation.

Kliknij tutaj, aby przejść do artykułu: https://arxiv.org/pdf/1710.01790.pdf

To zakłada się w podobny sposób przed matrycą kamery, co filtr. Od układu soczewek zależy w jaki sposób jest rozmywany obraz - czy jest on okrągły, czy np. prostokątny. Oraz określa nam pod jakim kątem będzie zakrzywiane światło. Co nam to właściwie daje? Umożliwia to stosowanie długich ekspozycji dla jasnych obiektów, które przy normalnym wyostrzeniu prześwietlają się niemalże w ułamku sekundy. Rozmycie gwiazdy na wiele pikseli działa coś jak defocusing. W ten sposób uzyskujemy "tarczkowy" obraz gwiazdy, która rozmywa się na średnicę nawet 10-100 px, chroniąc przed prześwietleniem.

 

 

Przy bardzo jasnych gwiazdach istnieje taki problem, że przy punktowym obrazie dochodzi do szybkiego przesaturowania i musimy korzystać z krótkich ekspozycji. Dostajemy ogromny rozrzut, ale mamy bardzo dużą ilość klatek. Po uśrednieniu okaże się, że otrzymaliśmy bardzo fajną dokładność umożliwiającą ocenę jasności blasku nawet do 0.002 mag już w 30 minut (np. 1800x1s). Ale to ma ogromną wadę - zajmuje dużo miejsca na dysku i jest czasochłonne. Diffuser rozmywa tę gwiazdkę bez potrzeby defocusowania na taki obszar, który jest zależny od kąta podawanego przez producenta oraz odległości od matrycy. Załóżmy, że łapiemy w tej chwili tranzyt HD 189733 b. Gwiazda macierzysta ma 7.67 magnitudo, a spadek wynosi 0.028 mag. Normalnie uzyskuję rozrzut +/- 0.1 mag dla ekspozycji 1s i gain 0. Teraz wrzucamy diffuser i mamy rozmytą gwiazdkę o promieniu 50 pikseli. Zwiększamy sobie gain i czas ekspozycji do 30s i mamy gwiazdkę jak planetę pozbawioną szczegółów. W ten sposób stosunek sygnału do szumu jest tak duży, że rozrzut pomiarowy będzie nie większy niż +/- 0.01 mag.

1) Mniejsza ilość materiału = mniej zajmuje na dysku = szybka obróbka = możliwość śledzenia przebiegu zjawiska na żywo = ! 

2) Doskonała jakość ocen = głębokie spadki blasku doskonale wychodzą na krzywej = dostępne jeszcze płytsze tranzyty = !

3) Rozmycie powoduje, że nie musimy obawiać się o prowadzenie = można postawić coś większego = brak potrzeby guidingu = taniej = !

4) Diffuser eliminuje problem związany z kolimacją na rozogniskowanych gwiazdach czy nawet delikatnej komie = !

5) Stabilniejszy obraz gwiazd, gdyż na rozogniskowanych gwiazdach nadal występują wady optyki = lepsza dokładność pomiarowa = !

 

Jedyny minus jaki tutaj widzę, to zasięg. Mój obiektyw 300mm f/2.8 pozwoliłby na takie zabawy tylko z najjaśniejszymi gwiazdami, to 10-tej wielkości gwiazdowej. Teleskop 150/600 pozwoliłby sięgnąć o 1 mag głębiej. Ale skoro mówiliśmy o prowadzeniu, to może nawet Newton 10"-16" na GOTO poradziłby sobie przy "takim sobie" śledzeniu? 

Czego oczekiwać przy takim diffuserze? Przede wszystkim, znaczący wzrost dokładności dla najjaśniejszych obiektów. A co najważniejsze - przy jak najmniejszych kosztach. To może stanowić mała rewolucję w obserwacjach tranzytów egzoplanet, umożliwiając obserwacje tranzytów o głębokości nawet 0.001 mag. Wykazano, że z Ziemi (a mamy przecież atmosferę!) uzyskano niewiele gorsze wyniki niż przez Keplera dla podobnych obiektów. A dostęp do tego akcesorium mogą mieć nawet amatorzy. Istnieje koncepcja, aby sonda CHEOPS (szukająca tranzytujących egzoplanet) wyniesiona w latach 20-tych XXI wieku posiadała podobny diffuser.

 

Widzę w tym potencjał i na pewno wkrótce skupię się na realizacji nowego projektu. Taki rozmywacz zestaw kosztuje około 700-1000 zł, a to jest faktycznie dość mało. Początkowo spodziewałem się, że znowu testowano jakiś sprzęt za kilkadziesiąt tysięcy dolarów. A tutaj niespodzianka Niedługo pojawi się mała zajawka, gdyż takie próby i wyniki mogą przydać się nam wszystkim