Jump to content
LibMar

Dyfuzery wiązki światła - kosmiczna dokładność fotometryczna

Recommended Posts

Witam,

 

W ciągu ostatnich kilkunastu miesięcy pojawiły się dwie ciekawe prace naukowe o zastosowaniu dyfuzerów wiązki swiatła (BSD) w fotometrii wysokiej precyzji (high precision photometry). Ten drugi jest aktualizacją tego pierwszego, a więc warto zajrzeć do tego nowszego. Jest to doskonały przyrząd optyczny dla osób, które chciałyby zająć się fotometrią jaśniejszych obiektów.

 

https://arxiv.org/abs/1710.01790

https://arxiv.org/abs/1808.02187

 

Kiedy mówimy o precyzji fotometrycznej, właściwie powinny nas interesować rozrzuty pomiarowe dla odpowiedniego czasu integracji (np. jak dokładne są oceny, jeśli jeden pomiar może objąć dwie minuty). Mówi się, że największy wpływ mają dwie przyczyny - szum oraz scyntylacja atmosfery. Istnieje jeszcze trzeci bardzo ważny element, jakim jest optyka (kształt i stabilność gwiazd). Niestety, większość tańszych instrumentów optycznych nadaje się dość słabo (np. Newton ma spajki i komę, obiektyw różnego rodzaju aberracje). Dla danej średnicy najlepiej sprawdza się apochromat, ale to już inne kwestie cenowe (w dodatku ciężko o jasne APO z światłosiłą porównywalną w Newtonie, a co dopiero średnicą). Kształt gwiazd, także różnica w kształcie po różnych częściach kadru wpływa dramatycznie na dokładność pomiarów. Rozogniskowanie gwiazd nie zawsze poprawia ten problem, a nawet utrudnia z powodu trendów (tj. krzywa jasności idzie równo w górę lub w dół, choć tak naprawdę powinno być płasko). Kiedy mamy kiepskie obrazy gwiazd, czasami poleca się wykorzystanie większej apertury fotometrycznej. Tak naprawdę, to jest jedyny ratunek, aby "z tego materiału był jeszcze jakiś sens". Jeśli tak trzeba zrobić, no to wiemy jak mocno spaskudziliśmy. Nasza dokładność pomiarowa pogarsza się nawet o 50-500% pomimo potencjału sprzętu optycznego!

 

Jakie może być rozwiązanie? Wykorzystać dyfuzer wiązki światła! To element, który w astronomii nie uzyskał jeszcze szerokiego zastosowania, a w fotometrii jasnych gwiazd mógłby być nawet standardem. Moglibyśmy powiedzieć, ten element optyczny jest tak bardzo obiecujący, jak obecnie grafen. Polega on na rozmyciu obiektu poprzez przejście światła przez zbiór mikrosoczewek (sprawność nawet >90%), przez co gwiazdy wydają się być rozogniskowane. Ale najważniejszy jest fakt, że wszelkie niedoskonałości optyki są w ten sposób maskowane, a więc zadziała w każdym typie teleskopu.

 

Znalezione obrazy dla zapytania beam shaping diffuser

 

Teraz rodzi się pytanie - czy to ma jakieś zastosowanie w fotometrii amatorskiej? Prawdopodobnie (na 99%) tak. Dyfuzery można zamawiać ze strony RPC Photonics, który (prawdopodobnie) jako jedyny posiada z kątem załamania poniżej jednego stopnia. To bardzo ważna kwestia, ponieważ inne (tanie) dyfuzery spowodują, że gwiazdy osiągną rozmiar nawet kilkuset pikseli średnicy. Nie ma to żadnego sensu. Przede wszystkim, nas powinien zainteresować ten o to element: https://www.rpcphotonics.com/product/edc-0-25/

 

Dzięki tak małemu kątowi, jesteśmy w stanie założyć go do koła filtrowego i uzyskać rozogniskowanie gwiazd na 15-50 pikseli (zależne od odległości od matrycy i rozmiaru piksela). Taka skala pozwala na fotometrię obiektów 7-11 mag z 8" teleskopu. Słabsze cele nie są już osiągalne, bowiem czas ekspozycji będzie zbyt długi (kwestia LP) oraz zleją się nam z innymi gwiazdami, choć mogą być nawet stopień kątowy dalej. Oczywiście to tylko przykład.

 

Od bardzo dawna planuję zakup takiego dyfuzera, jednak czuję trochę spore ryzyko. Nikt nie będzie chętny do ewentualnej odsprzedaży, w ofercie są tylko okrągłe 1" (za małe dla sensora ASI1600) albo kwadratowe płytki 2" (no i robi się potrzeba dorobienia specjalnej złączki). Wersja dwucalowa kosztuje 500 dolarów, a do tego dochodzi przesyłka. Nie wiem jak to teraz jest, ale kilka miesięcy temu chcieli 100$ za dowóz do Polski. Teraz, jak próbuję przejść do koszyka i do zamówienia, to pozostaje 0$. Może czegoś nie wypełniłem, albo za 500$ już jest wysyłka gratis... I co istotne - nikt tego nie stosował w astronomii amatorskiej, a potencjał wydaje się być ogromny.

 

To, czego nie jestem pewien, to mocowanie. Obchodząc się delikatnie, chyba trudno o zniszczenie powierzchni mikrosoczewek?

 

No dobra, to w takim razie czego się spodziewać z takiego dyfuzera i co można osiągnąć?

Przede wszystkim super dokładność pomiarowa. Praktycznie wyeliminujemy problemy z trendem związane z niedoskonałością optyki teleskopu. Pozostaje tylko ten w wyniku scyntylacji, kiedy próbujemy obserwować nisko nad horyzontem. Osiągamy w ten sposób stabilniejsze pomiary, które pozwalają na rejestrowanie ekstremalnie małych zmian jasności. Trudno mi powiedzieć jakiego rzędu są to wartości, ale 8" teleskop powinien bez problemu zarejestrować tranzyt egzoplanety o głębokości 0.001 mag na gwiazdach 7-8 magnitudo. Podawanie pomiarów z dokładnością tylko do trzeciego miejsca po przecinku stanie się ogromnym błędem :) Nawet 3.5-metrowy teleskop, opisywany w pracy naukowej, razem z dyfuzerem osiąga lepszą dokładność niż sonda kosmiczna TESS (!).

 

Na pytanie, o ile dokładniejsze pomiary byłbym w stanie uzyskiwać w stosunku do teraz? Bardzo trudne pytanie, przez co muszę podać szeroki zakres. Myślę, że o 100-300%.

 

Mam nadzieję, że kiedyś będę mógł wrócić do tego wątku z informacją o pierwszych testach z wykorzystaniem tego szkiełka :)

 

  • Like 7
  • Thanks 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 godzin temu, LibMar napisał:

ciężko o jasne APO z światłosiłą porównywalną w Newtonie

 

To wcale nie tak źle. Zależy na czym nam zależy - jeśli na dobrej fotometrii to eliminujemy prześwietlenie jasnych obiektów w polu. Ciemny teleskop, głębowa studnia i jestemy w raju.

 

11 godzin temu, LibMar napisał:

Polega on na rozmyciu obiektu poprzez przejście światła przez zbiór mikrosoczewek (sprawność nawet >90%), przez co gwiazdy wydają się być rozogniskowane.

Jednego nie rozumiem. W astronomii obserwacyjnej od dawna lekko rozogniskowuje się obraz by ukryć wady optyki oraz by lepiej dopasować PSF gwiazdy. Jaką więc przewagę ma ten dyfuzer?

 

11 godzin temu, LibMar napisał:

To, czego nie jestem pewien, to mocowanie.

A szulfadki na filtry?

 

11 godzin temu, LibMar napisał:

Nawet 3.5-metrowy teleskop, opisywany w pracy naukowej, razem z dyfuzerem osiąga lepszą dokładność niż sonda kosmiczna TESS (!).

W tym nic akurat dziwnego. Widziałeś obrazy z sondy TESS? :D 

  • Like 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Znaczy dyfraktor ma być dopiero  za  dyfuzerem tak? Hmm....

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, Miszuda napisał:

To wcale nie tak źle. Zależy na czym nam zależy - jeśli na dobrej fotometrii to eliminujemy prześwietlenie jasnych obiektów w polu. Ciemny teleskop, głębowa studnia i jestemy w raju.

Niby tak, jeśli tylko mamy kamerę CCD z szerokim sensorem. CDK mają tę potęgę, że niby są dość ciemne, to obraz może pokryć sensor wielkości 5x5 centymetrów. A taka amatorska kamerka ASI178 ze światłosiłą f/6-f/8 ograniczy zasięg z 7-11 mag do 9-11 mag, bowiem jaśniejsze cele mają zwykle gwiazdy referencyjne leżące poza kadrem.

 

2 godziny temu, Miszuda napisał:

Jednego nie rozumiem. W astronomii obserwacyjnej od dawna lekko rozogniskowuje się obraz by ukryć wady optyki oraz by lepiej dopasować PSF gwiazdy. Jaką więc przewagę ma ten dyfuzer?

To tylko częściowo rozwiązuje cały problem. Głównym powodem rozogniskowania obrazu jest wydłużenie czasu ekspozycji, jeśli przy krótkich gwiazdy stają się prześwietlone (np. 8 mag z 8" może wymagać nawet <1s naświetlania). W przypadku CCD nie ma to największego sensu, bo dużo czasu stracimy na ściągnięciu klatek. Bardzo fajnie pokazano na poniższym przykładzie z teleskopu Palomar, gdzie obraz po rozogniskowaniu wcale nie wydaje się być tak stabilny. Dyfuzer ma za zadanie połączyć dwie przewagi obu metod - stabilność kształtu zogniskowanych gwiazd i możliwość długoczasowej ekspozycji na jasnych celach, w celu uniknięcia prześwietlenia. Rozmycie dodatkowo ukrywa wady optyczne (kolimacja), oczywiście na pewno do jakiejś tam granicy. Ale na tyle obiecująco, że użycie reduktora ogniskowej z Newtonem f/4 może być użyteczne (w celu poszerzenia do 6-11 mag).

 

image.png

 

2 godziny temu, Miszuda napisał:

A szulfadki na filtry?

Jeszcze nie szukałem kół czy szufladek na kwadratowe filtry, więc może coś się znajdzie :)

 

2 godziny temu, Miszuda napisał:

W tym nic akurat dziwnego. Widziałeś obrazy z sondy TESS? :D 

W skali zdecydowanie wygrywamy, ale nadal TESS ma przewagę związaną z brakiem scyntylacji atmosferycznej :) Wystarczy tylko dokonać ponownej obserwacji naziemnej w lepszej skali i określić która ze zlanych gwiazd jest tą zmienną.

 

29 minut temu, Hans napisał:

Znaczy dyfraktor ma być dopiero  za  dyfuzerem tak? Hmm....

To jest to samo - płytka szklana z mikrosoczewkami. Im bliżej ustawimy do matrycy, tym mniejsze będą gwiazdy. Powinien to być element leżący jak najbliżej matrycy, bowiem z wersją 0.25 stopnia i tak gwiazdy będą zajmowały niemały obszar (przynajmniej kilkanaście pikseli średnicy).

  • Like 2

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 godzinę temu, LibMar napisał:

(...)

 

To jest to samo - płytka szklana z mikrosoczewkami. Im bliżej ustawimy do matrycy, tym mniejsze będą gwiazdy. Powinien to być element leżący jak najbliżej matrycy, bowiem z wersją 0.25 stopnia i tak gwiazdy będą zajmowały niemały obszar (przynajmniej kilkanaście pikseli średnicy).

Coś tu nie rozumiem. :)

 

Gdzie jest tu blad?

 

1 - teleskop wystawia fotony dodajac swoje zniekształcenia.

 

2 - dyfraktor (spektrometr/siatka/ whatever) rozszczepia obraz (wraz ze znieksztalceniami) i sle dalej.

 

3. Matryca rejestruje rozszczepione widmo.

 

Jestesmy w domu. Dyfraktor (czym by nie byl) ma okreslone wymogi co do odleglosci od matrycy - od tego zalezy rozdzielczosc w wiekszosci rozwiazan. Generalnie im wiekszy dystans tym wieksza rozfzielczosc ale i wieksze pole konieczne do ogarniania przez matryce.

 

Teraz dyfuzor. To tool ktory jest jednoczesnie dyfraktorem czy nie? Bo jesli nie... to musi trafic przed dyfraktor... a to skonczy sie widowiskowa kolizja z wymogami dyfraktora...

 

Pozdrawiam

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

W obu pracach naukowych przedstawiono jak to w całości wygląda. To po prostu zakłada się jak filtr. Myślę, że chodziło tutaj o to, że porównałem dyfuzor z dyfraktorem. Tu nie chodzi o rozszczepienie na długości fal, więc błąd jest z mojej strony.

 

image.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ok, czyli do fotometrii, why not, do spekrometrii, niet. 

 

Ok. Mam jasnosc :)

 

dzieki.

  • Like 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Znalazłem na YT film przedstawiający stabilność uzyskiwanych obrazów z dyfuzerem :)

 

 

 

 

  • Like 1
  • Love 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

dokładnie o to samo chciałem zapytać!

 

7 godzin temu, Miszuda napisał:

od dawna lekko rozogniskowuje się obraz by ukryć wady optyki oraz by lepiej dopasować PSF gwiazdy. Jaką więc przewagę ma ten dyfuzer?

 

czyli jak dla mnie, krótko mówiąc, psując ostrość normalnym sposobem i tak uzyskujemy ostry obraz tylko że ostre jest coś innego.

psując ostrość dyfuzorem obraz jest nieodwołalnie nieostry.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawa idea, ale dość drogi jest ten dyfuzor z mikrosoczewkami od 193 nm to 10.6 µm ...

 

Póki co można spróbować alternatywnej metody, w której przed obiektyw teleskopu nakłada się znacznie tańszą  "siatkę ogrodniczą" o oczkach 1,5mm x 1,5mm i

uzyskuje się dla jasnych gwiazd dokładność nawet 0,0045 mag przy 150-sekundowej ekspozycji w kiepskich warunkach centrum miasta (... Poznania),

wykorzystując teleskop Orion 20cm F/4 z kamerą SBIG ST-8 na montażu Celestron CGE Pro. Efekt na rys. poniżej:

Fotometria_z_siatka_ogrodnicza.png.b1de7353750788691f36e3b19f211820.png


Od ponad 100 lat jest znana ww. metoda wykorzystania do fotometrii jasnych gwiazd zjawiska dyfrakcji (używali tego np. Kapteyn / Hertzprung).

Parę lat temu przetestowali ją we współczesnych realiach astronomowie z CAMKu (A. Schwarzenberg-Czerny) i UAM w Poznaniu (K.Kamiński i M.Zgórz) i ww. rysunek pochodzi z pracy ich autorstwa.

Autorzy wykonali przykładową fotometrię jasnej wizualnie podwójnej β Cephei (V≈3.2 mag). Jako gwiazdę porównania wykorzystali gwiazdę "Ref 2" 8.2V, a testową "Ref 1" 9.0V.

 

Szczegóły 2014AJ....147..158K :

Kamiński Krzysztof; Schwarzenberg-Czerny Aleksander; Zgórz Marika, "CCD Photometry of Bright Stars Using Objective Wire Mesh"
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/147/6/158/pdf
lub
https://arxiv.org/pdf/1404.3440.pdf
 

  • Like 2

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawie to wygląda, ale cel jak na mój setup wygląda za jasny. Musiałbym użyć 300mm f/2.8, aby sięgnąć do pobliskich gwiazd 4-5 mag, w dodatku znajdowałyby się zbyt blisko brzegu kadru. Dużą uwagę skupiam ku Gamma Equ, ponieważ ma łatwy dostęp do gwiazd referencyjnych. Jestem przekonany do zakupu diffusera, ale musimy poczekać przynajmniej kilka miesięcy. Zrobimy testy na różnych celach (od 4 do 11 mag) i sprawdzimy jego użyteczność :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Powoli przymierzam się do zakupu. Ale najpierw szukam odpowiedniej szuflady, która pozwoli na zamocowanie tej płytki. Mamy wiele ofert dla filtrów 50x50mm, ale RPC Photonics produkuje w wersji kwadratów 2", czyli 50.8x50.8mm. Obawiam się, że te 0.4mm z każdej strony zrobi diametralną różnicę i nie zmieści się. Jest ktoś, kto z takich filtrów korzysta i wie, czy da radę zamocować np. do Baader UFC czy szuflad od TSa?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.


  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

  • Our picks

    • Zdjęcie Czarnej Dziury - dzisiaj o 15:00
      Pamiętajcie, że dzisiaj o 15:00 poznamy obraz Czarnej Dziury. Niezależnie od tego, jak bardzo będzie ono spektakularne (lub wręcz przeciwnie - parę pikseli), trzeba pamiętać, że to ogromne, wręcz niewyobrażalne, osiągnięcie cywilizacji. Utrwalić coś tak odległego i małego kątowo, do tego wykorzystując mega sprytny sposób (interferometria radiowa), ...no po prostu niewyobrażalne. EHT to przecież wirtualny teleskop wielkości planety. Proste?
        • Love
        • Like
      • 141 replies
    • Amatorska spektroskopia supernowych - ważne obserwacje klasyfikacyjne
      Poszukiwania i obserwacje supernowych w innych galaktykach zajmuje wielu astronomów, w tym niemałą grupę amatorów (może nie w naszym kraju, ale mam nadzieję, że pomału będzie nas przybywać). Odkrycie to oczywiście pierwszy etap, ale nie mniej ważne są kolejne - obserwacje fotometryczne i spektroskopowe.
        • Like
      • 4 replies
    • Odszedł od nas Janusz Płeszka
      Wydaje się nierealne, ale z kilku źródeł informacja ta zdaje się być potwierdzona. Odszedł od nas człowiek, któremu polskiej astronomii amatorskiej możemy zawdzięczyć tak wiele... W naszym hobby każdy przynajmniej raz miał z nim styczność. Janusz Płeszka zmarł w wieku 52 lat.
        • Sad
      • 163 replies
    • Małe porównanie mgławic planetarnych
      Postanowiłem zrobić taki kolaż będący podsumowaniem moich tegorocznych zmagań z mgławicami planetarnymi a jednocześnie pokazujący różnice w wielkości kątowe tych obiektów.
      Wszystkie mgławice na tej składance prezentowałem i opisywałem w formie odrębnych tematów na forum więc nie będę się rozpisywał o każdym obiekcie z osobna - jak ktoś jest zainteresowany szczegółami bez problemu znajdzie fotkę danej mgławicy na forum.
        • Love
        • Thanks
        • Like
      • 22 replies
    • SN 2018hhn - "polska" supernowa w UGC 12222
      Dziś mam przyjemność poinformować, że jest już potwierdzenie - obserwacja spektroskopowa wykonana na 2-metrowym Liverpool Telescope (La Palma, Wyspy Kanaryjskie). Okazuje się, że mamy do czynienia z supernową typu Ia. Poniżej widmo SN 2018hhn z charakterystyczną, silną linią absorpcyjną SiII.
        • Thanks
        • Like
      • 11 replies
×
×
  • Create New...

Important Information

We have placed cookies on your device to help make this website better. You can adjust your cookie settings, otherwise we'll assume you're okay to continue.