Astronomie: Mein Workflow mit N.I.N.A.

6. August 202014. August 2020 dkracht

Siehe auch: N.I.N.A., APT, Mein Workflow mit APT, Mein Workflow mit N.I.N.A.

Warum N.I.N.A. für meine Astrofotografie?

Nachdem ich auf die neue Astro-Software N.I.N.A. aufmerksam geworden bin, möchte ich mal zum Test nachstellen, ob und wie ich mit N.I.N.A. mindestens das Gleiche machen kann, wie mit APT.

Darüber hinaus hätte N.I.N.A. für mich echte Vorteile:

Modernere Oberfläche (Fenster a la Sequence Generator Pro)
Autofokus mit HFR-Messung
Bildausschnitt (“Framing”) mithilfe diverser Sternkarten
Manueller Rotator
Mosaik-Assistent mit diversen Sternkarten
Kostenlos und Open Source

Voraussetzungen für meinen Workflow mit N.I.N.A.

Bevor es losgeht, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein:

Ein Windows-Computer ist vor Ort vorhanden
N.I.N.A. ist installiert und konfiguriert (Planetariumsprogramm: Cartes du Ciel)
Cartes du Ciel ist installiert und konfiguriert (Ort, Datum, Uhrzeit)
Meine Montierung HEQ5 Pro ist aufgebaut und eingenordet.
Das Teleskop mit Flattener und Kamera ist fokussiert.
Alle Geräte sind mit Strom versorgt
Alle Geräte sind mit meinem Windows-Computer über Kabel verbunden

Prinzipielle Vorgehensweise für einen Sync Point

Um einen Alignment Point herzustellen ist meine prinzipielle Vorgehensweise die folgende:

Koordinaten des geplanten Alignment Points besorgen (z.B. aus Cartes du Ciel)
Mit N.I.N.A. einen “Slew” (=Goto) auf dieses Target durchführen
Mit N.I.N.A. ein schönes Foto machen (Objekt kann ruhig verfehlt sein)
Mit N.I.N.A. dieses Foto plate solven
N.I,N.A. soll bei erfolreichem Solve gleich ein Sync machen
In EQMOD kann man kontrollieren, ob der Sync-Point angekommen ist

Mein N.I.N.A.-Workflow: Schritt für Schritt

Voraussetzungen herstellen: Anfangsstellung

Wir wollen den Ausgangspunkt für Gotos (bei N.I.N.A. “Slew” genannt) herstellen.

Montierung (HEQ5 Pro) gut auf die Home-Position ausrichten.
Strom an der Montierung anschalten.
Die Software N.I.N.A. mit der Montierung (über EQMOD) verbinden.
Kontrolle: Anzeige zeigt: Deklination 90,0 Grad und Azimut Null Grad (das ist wichtig für das erste “Goto” bzw. “Slew”, wie es in N.I.N.A. heisst).
Optional: Tracking anschalten auf “siderial” (das wäre wichtig für Autofokus, da dann HFR besser berechnet werden kann)

Bildbeschreibung: EQMOD-Hauptfenster (DEC=90, AZ=0, Tracking, Setup) Setup-Fenster (Alignment/Sync Point Count=0)

Setzen des ersten Alignment Points auf Alpha Cephei

Im Schritt #1 wollen wir einen Alignment-Point auf ein Objekt nicht so weit von der Home-Position machen. Ich habe mir dazu Alpha Cephei ausgesucht. Dazu müssen wir die Koordinaten von Alpha Cephei als Zielkoordinaten in in N.I.N.A. übernehmen, einen Slew (=Goto) auf das Zielobjekt machen, davon ein Foto machen, dieses Foto “platesolven” und schliesslich darauf “SYNCen”.

Um mit N.I.N.A. einen “Slew” (=Goto) Zielkoordinaten für ein Objekt zu erhalten, gibt es mehrere Möglichkeiten:

Möglichkeit 1: Im N.I.N.A. “Framing” das Objekt aus dem Planetariumsprogramm übernehmen & “Slew”
Möglichkeit 2: Im N.I.N.A. auf “Imaging” und dann in der Leiste oben rechts auf das Stern-Symbol klicken, aus dem Drop-down das Zielobjekt auswählen und “Slew”
Möglichkeit 3: …

Wir nehmen mal die erste Möglichkeit:

Die Software Cartes du Ciel (CdC) starten und das erste Ziel dort auswählen (hier: Alpha Cephei)
In der Software N.I.N.A. den Reiter “Framing” aufrufen und im Bereich “Coordinates” übernehmen von Planetarium klicken (21h 18m 35s, +62° 35′ 9″).
N.I.N.A. holt dann ein Bild des Zielobjekts aus dem als “Image Source” ausgewählten SkyAtlas. Die Größe des Bildes richtet sich nach dem “Field Of View”.

Bildbeschreibung: N.I.N.A. Framing -> Coordinates

Im Schritt #2 wollen wir auf das Zielobjekt Alpha Cephei schwenken (Slew = Goto).

Dazu scrollen wir im gleichen Fenster herunter bis unter dem Bereich “Targets” die Schaltflächen “Recenter Image”, “Slew” etc. sichtbar werden.
Dann auf die Schaltfläche “Slew” (=Goto) klicken (“Slew” ist ausgegraut, wenn wir die Montierung noch nicht verbunden haben)
Das Zielobjekt wird jetzt nicht hundertprozentig getroffen sein, da der Ausgangspunkt des “Slew” (=Goto) nur die etwas ungenaue Home-Postion war. Das macht aber nichts, wir wollen ja hier nur einen ersten Alignment-Point (SYNC) setzten.

Bildbeschreibung: N.I.N.A. Framing -> Slew

Im Schritt #3 wollen wir ein erstes Foto machen.

In N.I.N.A. die Kamera (meine ASI294 MC Pro) verbinden und die Kühlung anstellen.
In N.I.N.A. auf den Reiter “Imaging” gehen und ein Foto machen (dazu Belichtungszeit und Gain so einstellen, das Sterne zu sehen sind).

Achtung: Nur wenn wir den Schiebeschalter “Save” auf “On” stellen, wird das Foto auch auf dem Computer gespeichert.

Bildbeschreibung: N.I.N.A. Imaging

Im Schritt #4 wollen wir nun die tatsächlichen Koordinaten des Bildmittelpunkts ermitteln: Mit diesem Foto auf “Platesolving” gehen.
Als Ergebnis des Platesolving wurden die Koordinaten des Bildmittelpunkts ermittelt zu: RA 21 28 32 Decl +68 08 34 – was ein ganzes Stück entfernt ist (Error 5°) von dem angepeilten Ziel Alpha Cephei. Das macht aber nichts, das Telekop zeigt eben dorthin und wir haben einen ersten korrekten Alignment Point (weil wir Sync auf “On” gesetzt hatten).

Achtung: Bei N.I.N.A. gibt es die Besonderheit, dass die Funktion “Platesolve” selbständing ersteinmal ein Foto schiesst, Also Belichtungszeit und Gain dafür nochmals eingeben….

Bildbeschreibung: N.I.N.A Reiter Imaging, Funktion Platesolving

Im Schritt #5 soll N.I.N.A. ein sog. “Sync” machen. Das macht N.I.N.A. ganz von alleine im Anschluss an das erfolgreiche Platesolving, den wir hatten ja Sync den Schiebeschater “Sync” auf “On” gestellt, damit werden die Koordinaten des durch Platesolving gefundenen Bildmittelpunkts als Sync-Point in EQMOD übernommen (im Beispiel: RA 21 28 32 Decl +68 08 34).

Im Schritt #6 wollen wir kontrollieren, ob der Sync Point von N.I.N.A. auch in der Teleskopsteuerung EQMOD angekommen ist.

Bildbeschreibung: EQMOD Liste der Alignment Points (Sync Points)

Setzen eines zweiten Alignment Points auf Beta Cassiopeiae

Bildbeschreibung: Koordinaten von Beta Cas aus Cartes du Ciel: 00h 09m 12s, +59° 08′ 55″

Bildbeschreibung: Nach Slew und Foto nun das Platesloving. Es ergibt: 00h 22m 08s, 59° 49′ 16′ (Error 1° 46′)

Bildbeschreibung: EQMOD Kontrolle der Alignment Points

Setzen des dritten Alignment Points auf das “echte” Zielobjekt NGC281

Bildbeschreibung: Nach Slew und Foto nun das Platesloving. Es ergibt: 00h 07m 26s, 59° 07′ 32′ (Error 00° 13′)

Die Fotosequenz NGC281

Im nächsten Schritt geht es auf das “echte” Zielobjekt NGC281

Da ich von meiner Terrasse aus nur eine sehr begrenzte freie Sicht auf den Himmel habe, plane ich jetzt Beta Cassiopeia und NGC281 als Ziele zu nehmen.

In Cartes du Ciel das “echte” Beobachtungsobjekt auswählen (jetzt also: NGC281).
In N.I.N.A. Reiter “Framing” und Coordinates aus Planetariumsprogramm übernehmen.
Dort jetzt den Bildschimauschnitt schön einstellen (= Frame) und die Schaltfläche “Recenter Image” drücken.
Dann Schaltfläche “Replace as Sequence” klicken. Dadurch öffnet sich der Reiter “Sequence” und wir stellen dort ein, wieviele Aufnahmen wir machen wollen (Total #) und welche Belichtungszeit (Time) das Einzelfofo haben soll. Wir können auch das “Gain” und das “Dithering” einstellen.
Bevor wir die Sequence starten sollten wir Überlegen, ob wir Autoguiding brauchen.

Bildbeschreibung: Framing auf NGC281 (Koordinaten 00h 52m 25s, +56° 33′ 53″)

Bildbeschreibung: Slew und Platesolving ergibt die Koordinaten 00h 52m 35s, 56° 34′ 19″ (Error 01′ 21″)

Nun gehe ich zurück zum “Framing” und klicke da auf die Schaltfläche “Replace as Sequence”

Bildbeschreibung: N.I.N.A. Sequence

In der Sequenz trage ich zusätzlich ein

Total # = 20
Time = 60

Bevor ich die Sequenz starte muss noch das Autoguiding gestartet werden.

Im nächsen Schritt aktiviere ich mein Autoguiding (optional)

Mit N.I.N.A. habe ich schon auf mein Zielobjekt geschwenkt (die Position wird zum Fotografieren also nicht mehr verändert)
Ich starte dann die Software PHD2 und verbinde die GuideCam und die Montierung
Im PHD2 gehe ich dann auf das “Loop”-Symbol und wenn ein paar Sterne zu sehen sind, lasse PHD2 automatisch einen Leitstern auswählen
Im PHD2 dann auf das “Guide”-Symbol mit Shift-Klick zum Kalibrieren.
Im PHD2 nach erfolgreicher Kalibrierung das Guiding in paar Minuten laufen lassen.
Dann zurück nach N.I.N.A.

Im vorletzten Schritt können wir schließlich die Foto-Sequenz starten

Im N.I.N.A. Reiter “Sequence” sehen wir unsere geplante Foto-Sequenz.

Im letzten Schritt schalten wir wieder ab:

Teleskop auf Park-Position
N.I.N.A. abschalten
Computer herunterfahren
Strom abschalten
Teleskop wetterfest bedecken

Astronomie: Swing-by-Manöver

15. July 202029. July 2020 dkracht

Gehört zu: Himmelsmechanik
Siehe auch: Sonnensystem

Was bringen Swing-by-Manöver?

Als Schüler war ich ja ein Fan von SciFi-Heften. Ich erinnere mich an eine SciFi-Geschichte, bei der der “geniale Held” auf die Idee kam, für eine längere Reise zum Saturn den Asteroiden (944) Hidalgo zu verwenden, um Treibstoff zu sparen.

Schon als Schüler war mir klar, das er statt auf dem Hidalgo zu landen (mit Relativgeschwindigkeit Null), auch mit der gleichen Energie einfach auf die Hidalgobahn einschwenken könnte und dann nach den Gesetzen der Himmelsmechanik exakt wie der Hidalgo selbst sich bewegen würde und schließlich an der Saturnbahn angekommen, müsste er mit der gleichen Energie wie sie zum Überwechseln von Hidalgo auf den Saturn benötigt wird, auch aus seiner Hidago nachempfundenen Bahn in die Saturnbahn einschwenken können. Er hätte also keine Energie (Treibstoff) gespart.

In der Raumfahrt der 70er Jahre hörte ich nun erneut von mir ähnlich klingenden “Wunder-Manövern” der Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11, die Treibstoff sparen sollten. War das das gleiche (wie oben) Null-Summen-Spiel oder was steckte da dahinter (wenn die NASA mit so etwas ernsthaft arbeitet)?

Michael Minovitch, der am Jet Propulsion Laboratory (JPL) arbeitete, berechnete 1961 erstmals die Daten solcher “Swing-by” Manöver (auch “Gravitational Slingshot” oder “fly by” genannt) . Das war tatsächlich kein “Null-Summen-Spiel”, sondern eine realistische Möglichkeit durch solche Manöver Energie “einzusparen” und die “böse” Raketengleichung auszutricksen. Schon in der Frühzeit der Raumfahrt hatte die sowjetische Sonde Luna 3 (1959) die Swing-by-Technik ausgenutzt.

Quelle: MIT OpenCourseWare (Youtube Video https://youtu.be/1s6_4qX-u2o)

Himmelsmechanik von Swing-by-Manövern

Nehmen wir mal ein stark vereinfachtes Gedankenmodell: Auf der Höhe der Saturnbahn nähert sich eine Raumsonde dem Saturn.

Zur Erklärung dieses “positiven” Swing-by-Effekts betrachten wir die Angelegenheit mal in zwei unterschiedlichen Koordinatensystemen.

Im Koordinatensystem “Sonnensystem” sehen wir folgendes:

der Saturn bewege sich mit eine Bahngeschwindigkeit von v_s (ca. 9,65 km/s)
die Raumsonde bewege sich mit einer dreifach so großen Geschwindigkeit v₁ genau entgegengesetzt auf den Saturn zu (also: v₁ = -3 v_s)
nach dem Swing-by bewege sich die Raumsonde mit einer Geschwindigkeit v₂ in exakt der gleichen Richtung wie der Saturn

Wenn wir dieses Geschehen in einem Koordinatensystem “Saturn” (Relativgeschwindigkeiten in Bezug auf Saturn, Superscript “rel”) beschreiben, ergibt sich:

Geschwindigkeit des Saturn: v_s^rel = 0
Raumsonde ankommend (“initial”): v₁^rel = v₁ – v_s
Raumsonde wegfliegend (“final”): v₂^rel = v₂ – v_s

Der Erhaltungssatz (Impuls) in Bezug auf das Koordinatensystem “Saturn” ergibt:

v₁^rel = – v₂^rel

Und damit:

v₁ – v_s = -v₂ + v_s

2 v_s = v₂ + v₁

Wenn wir hierin einsetzen: v₁ = -3v_s bekommen wir:

v₂ = 5 v_s = – (5/3) v₁

Die Geschwindigkeit der Raumsonde hat sich also deutlich (Faktor 1,666..) erhöht.

Genaugenommen ist die Bahngeschwindigkeit des Saturn vor dem Swing-by und nach dem Swing-by nicht ganz genau gleich. Wir vernachlässigen diesen winzigen Unterschied hier wegen der Massenverhältnisse (Saturnmasse 5,6 * 10²⁶kg).

Astronomie: Okularauszug (OAZ)

26. May 202019. July 2020 dkracht

Gehört zu: Astronomie, Geräteliste
Siehe auch: Teleskop, Motorfokusser, Fokussieren

Okularauszüge

Mit einem Okularauszug (“OAZ”) verstellt man die Entfernung vom Objektiv (im Tubus) zum Okular bzw. zum Sensor der Kamera. Das heisst also, man stellt die Schärfe des Bildes ein – mit anderen Worten man Fokussiert. Daher müssen die Einstellwege in einem Bereich liegen, sodaß man “in den Fokus” kommen kann. Wenn Fokus weiter draussen liegt, kann man Verlängerungshülsen nehmen, wenn der Fokus weiter innen liegt, hat man Pech gehabt.

Es gibt unterschiedliche OAZ-Größen: ich habe 2 Zoll; d.h. das Auszugsrohr ist 2 Zoll im Durmesser. Ich kann da also z.B. 2-Zoll-Okulare hineinstecken…

Der Antrieb erfolgt durch eine einfaches Einstellrad und optional durch ein zusätzliches Rad mit einer 1:10 Untersetzung – “Dual Speed” wird dafür manchmal gesagt.

Bei Okularauszügen unterscheidet man nach Antriebsart:

Zahnstangenantrieb = “Rack and Pinion”
Crayford = “Friction”

Mein neuer Okularauszug MonorailR96

Da ich mit meiner vorhandenen Gerätschaft (OAZ TSFOCR2M und Pegasus Astro Motor Fokusser) Schwierigkeiten hatte mit meiner ASI294MC Pro sauber in den Fokus zu kommen, habe ich mich nach Abhilfe umgeschaut.

Mein erster Gedanke war, einen besseren OAZ zu nehmen; Teleskop Austria hat das etwas ganz feines. Aber in der Diskussion mit Tommy Nawratil erkannte ich auf einmal, dass es keinen Sinn macht, einen schlechten OAZ mit einem Super-MFOC zu verbinden. Meine Erkentnis war: erst ein Mal ein ordentlicher OAZ und mal ausprobieren, wie gut der wirklich ist. Danach vielleicht einen MFOC dazu. Meinen Pegasus Astro Motor Focuser habe ich abgebaut.

Heute (29.5.2020) kam von TS der neue OAZ: MonoraolR96. Der soll viel stabiler sein. Er hat einen 96mm-Anschuss – passend für meinen Orion ED80/600, ist rotierbar und er ist 3,5 mm kürzer als der alte OAZ. Das sollte doch ein erster Schritt zur Verbesserung sein.

Bildbeschreibung: Links der kürzere MonorailR96, rechts der alte TSFOCR2M

Mein alter Okularauszug TSFOCR2M

Mein OAZ war Bestandteil des Orion-Teleskops ED 80/600, das ich gebraucht gekauft hatte. Den OAZ hatte der Vorbesitzer extra von Teleskop-Service gekauft.

Der OAZ hat dort die Artikelnummer TSFOCR2M. Link zu diesem OAZ: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p775_2–Crayford-Auszug-fuer-Refraktoren—1-10-Micro-Untersetzung.html

Es ist also ein 2-Zoll-Crayford mit 1:10 Micro-Untersetzung.

Der Anschluss zum Teleskop ist eine 96mm Flansch.

Alternativen zu meinem OAZ

TS: MonorailR96

Link: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p3945_MONORAIL-2–Refraktor-Auszug-u-a–f–Skywatcher—Anschluss-96-mm.html

Manuell oder motorisch

Man kann einen Okularauszug manuell betätigen. Dann kann man durch Hinein- und Herausdrehen sehr einfach herausfinden, ob man überhaupt in den Fokus hinein kommt.

Eine motorische Betätigung des OAZ hat Vorteile:

Man vermeidet Erschütterungen, die bei manueller Fokussierung unvermeidbar sind
Man kann das Fokussieren auch REMOTE über eine ASCOM-Schnittstelle und geeignete Software auf dem Laptop vornahmen

Ich habe mir deswegen eine Motor Fokusser, den PegasusAstro FocusCube zugelegt.

Astrofotografie: Sucherschuh mit flacher Basis

12. May 202026. June 2020 dkracht

Gehört zu: Meine Geräteliste
Siehe auch: Sucher

Sucherschuh mit flacher Basis

Um ein Sucherfernrohr (z.B. mein GuideScope50) nicht auf einem irgendwie gekrümmten Tubus, sonden auf einer flachen Fläche zu montieren, brauche ich einen Sucherschuh mit ebener (flacher) Unterseite.
Bei Teleskop-Express habe ich gefunden (9.1.2020, Eur 29,00):

Artikel: TSSuchersZ
Bezeichnung: TS-Optics Finder Base with 2x 1/4″ photo thread and sinkhole for M6 and 1/4″
Link: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/language/en/info/p10787_TS-Optics-Finder-Base-with-2x-1-4–photo-thread-and-sinkhole-for-M6-and-1-4-.html

Ich benötige so eine “Flach-Montage” z.B. um den Sucherschuh oben auf meine Rohrschelle zusetzen oder um den Sucherschuh auf eine (kleine) Vixen-Schiene zu montieren.

Bildbeschreibung: Sucherschuh flach mit Senkloch und 1/4 Zoll Fotogewinde auf kleiner Vixen-Schiene (evtl. benötige ich dann noch einen 90 Grad L-Winkel z.B. die Deklinationseinheit des SAM)

Bildbeschreibung: Sucherschuh flach, nur mit Senkloch

Computer: Virtual Machine mit Ubuntu MATE und INDI

2. May 20203. May 2020 dkracht

Wir wollen eine Virtuelle Maschine für die Astronomie einrichten.

Wir wollen dabei nicht mit VMware arbeiten, sondern Oracle VM VirtualBox verwenden.

Wenn alles in der Vitual Machine funktioniert, könnten wir den Schritt auf einen Raspberry Pi wagen.

Das sind meine Schritte:

Download von Ubuntu MATE

Als ISO-Datei Version 20.04 für AMD64

Link: https://www.chip.de/downloads/Ubuntu-MATE-64-Bit_124049013.html

Anlegen einer neuen VM unter Virtual Box

Name: Ubuntu MATE 20,xy

Ordner: D.\Data\VirtualMachines

Version: Linux (64-bit)

Speichergröße: 4096 MB, 2 Prozessoren

Festlatte erzeugen: 16 GB

Massenspeicher: IDE –> die ISO-Datei

Netzwerk: Netzwerkbrücke

USB 2.0: Geräte ???

Installieren Ubuntu MATE

Installieren von der IDE CD mit der ISO-Datei

Sprache: englisch

Minimale Installation mit Updates

User = dkracht

Passwort = lotusnotes

Prüfen der Ubuntu-Installation: Shutdown und erneuter Start

Konfigurieren/Einrichten

Menu -> Preferences -> Displays: 1024 x 768 (war zu klein)

Menu -> Preferences -> Keyboard: Deutsch (wegen der Sonderzeichen) – die Schaltfläche “OK” war nur auf dem vergrößerten Display zu sehen…

INDI-Server installieren

Im Terminal geben wir ein:

sudo apt-add-repository ppa:mutlaqja/ppa
sudo apt-get update
sudo apt-get install indi-full gsc

Der INDI-Server sollte sich dann befinden in: /usr/bin/indiserver

Man könnte den INDI-Server starten mit:

cd /usr/bin
./indiserver indi_asi_ccd (mindestens ein INDI-Treiber muss angegeben sein…)

KStars installieren

Im Terminal geben wir ein:

sudo apt-get install kstars-bleeding

Das Programm KStars befindet sich danach im Menü unter “Education”

Starten des INDI-Servers

Der INDI-Server kann nicht einfach so (z.B. automatisch) gestartet werden, denn es muss immer mindestens ein INDI-Driver angegeben werden, der letzlich das entsprechende angeschlossene INDI-Gerät erfordert. Deshalb ist das Arbeiten mit einem INDI-Web-Manager sinnvoll, der dann immer laufen kann und mit dem man den INDI-Server konfigurieren und starten kann.

Aber so zum Probieren ist der INDI-Starter ganz nett:

Link: https://sourceforge.net/projects/indistarter

Nach dem Downloaden der Datei “indistarter_2.3.0-159_amd64.deb” wird diese mit dem GDebi Package Installer installiert.

Der INDI-Web-Server

So wie bereits im Artikel “Raspberry Pi” beschrieben, ist der INDI-Web-Manager das Mittel der Wahl, weil er (als “Manager”) ja gerne ständig laufen kann und damit dann auch remote der INDI-Server gestartet werden kann.

Installieren: INDI Web Manager

Das nachinstallieren des INDI Web Managers unter Ubuntu MATE soll so geschehen:

Terminal öffnen
Eingeben: “sudo apt-get install python3-pip”
Eingeben des sudo-Passworts: “raspberry”
Eingeben “sudo -H pip3 install indiweb”

Dadurch wird der INDI-Web-Manager installiert in den Ordner: /usr/local/bin

Wir können den INDI-Web-Manager starten durch:

./indi-web&

und testweise aufrufen mit dem Web-Browser Mozilla Firefox unter localhost:8624

Automatisch Starten: INDI Web Manager

Im Terminal-Fenster rufen wir den Editor “pluma” auf und erstellen eine kleine Datei:

Eingabe: “sudo pluma /etc/systemd/system/indiwebmanager.service”

Inhalt der Datei:

[UNIT]
Description=INDI Web Manager
After=multi-user.target

[Service]
Type=Idle
User=pi (oder auch: User=astroberry oder =dkracht)
ExecStart=/usr/local/bin/indi-web -v
Restart=always
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Speichern der Datei.

Und dann, um das ganze automatisch starten zu lassen:

Eingabe: sudo systemctl enable indiwebmanager.service

reboot

Testen, ob INDI-Web-Manager läuft:

Mozilla Firefox: localhost:8624

Testen, ob der INDI-Web-Manager auch remote ansprechbar ist:

Feststellen, welches die IP-Adresse der Virtuellen Maschine ist mit “ifconfig”
Ggf. nachinstallieren mit: sudo apt install net-tools
Auf dem Remote-Computer: Firefox 192.168.1.156:8624

Statt der IP-Nummer kann man auch den Hostnamen verwenden: dkracht-VirtualBox. Da der etwas unhandlich ist, habe ich ihn auf “astro” geändert:

hostnamectl set-hostname astro

Nun kann ich den INDI-Web-Manager mit Firefox einfach so aufrufen: astro:8624

PHD2 Guiding

Wenn wir mit PHP2 Guiding autoguiden wollen, so muss das auf dem Ubuntu-Compter installiert sein und ständig laufen.

Das hatten im Artikel “RaspberryPi” schon so beschrieben:

PHD2 Guiding installieren

Ist auf dem AstroBerry standardmäßig vorhanden.

PHD2 Guiding automatisch starten

Auch PHD soll beim Hochfahren des Raspberry automatisch gestartet werden.

Menüleiste: System -> Einstellungen -> Persönlich -> Startprogramme (System – Preferences – Personal – Startup Applications)

Dann öffnet sich ein Fenster “Startprogrammeinstellungen”; dort auf die Schaltfläche “Hinzufügen” klicken…

Dann öffnet sich ein Fenster “Startprogramm hinzufügen”; dort eingeben:

Name: PHD2
Befehl: phd2 (klein geschieben)
Schaltfläche “Hinzufügen”

Schaltfläche “Schließen”

Im Terminalfenster dann eingeben: “reboot”

Auf dem Windws-Computer wieder mit dem WLAN des Rasperry verbinden und den VNC-Client (VNC Viewer) aufrufen.

Wenn der Ubuntu Desktop gekommen ist, sollte gleich das Fenster des PHD2 Guiding aufgehen….

xyz

Astrofotografie: Wie mache ich Flat Frames?

11. April 202019. July 2020 dkracht

Gehört zu: Bildbearbeitung
Siehe auch: Problme lösen mit Stacking

Überblick: Astrofotos kalibrieren

Wir machen neben den Nutz-Fotos (den sog. Light Frames) zur Korrektur (zum Kalibrieren) noch folgende zusätzlichen “Frames”:

Dark Frames
Light Frames
Bias Frames (manchmal auch Offset Frames genannt)

Eine Stacking-Software, wie z.B. Deep Sky Stacker, verarbeitet diese Frame-Typen vollautomatisch zu einem Summenbild.

Die prinzipielle Vorgehenweise ist wie folgt:

Die Darks werden von den Lights abgezogen.
Da diese Darks bereits das Bias enthalten, ist damit auch schon das Bias vom Light abgezogen.
Es bleibt das Flat. Bevor durch das Flat dividiert wird, muss also noch aus dem Flat aus Bias abgezogen werden.

Welche Kalibrierungs-Frames brauche ich?

Das Wichtigste sind die Flat Frames.

Wenn ich eine Kamera mit Amp Glow habe, sind Dark Frames erforderlich.

Kalibrieren mit Flat Frames

Flat Frames sollen theortisch ein gleichmäßig weisses Feld zeigen, Abweichungen von der Gleichmäßigkeit können sein:

Randverdunkelung (sog. Vignettierung)
Schatten von Staubpartikeln (sog. Donuts)
Helligkeitsstrahlen durch Wärme in der Kamera in Sensornähe (sog. Ampglow)

Wenn das Bild einen nicht ganz gleichmäßigen Hintergrund hat, wird das beim Stretchen schnell zu einem Problem. Also brauche ich Flats, wenn ich ein Bild stark stretchen will z.B. bei einem feinen Nebel…

Ich versuche mich erst seit neuester Zeit mit Flat Frames (T-Shirt-Methode und Flat-Frame-Folie). Manchmal waren die Ergenisse richtig gut, manchmal hatte ich eine hässliche Überkorrektur. Deswegen beschäftige ich mich jetzt etwas detaillierter mit dem Thema “Flats”.

Wie mache ich Flat Frames?

Teleskop und Kamera genauso wie bei der Aufnahme der Light Frames – also auch ggf. mit der Taukappe…

Die ISO-Einstellung bzw. die Gain-Einstellung sollte bei den Flats identisch sein zu den Lights. Wenn man die Flats mit anderen ISO-/Gain-Einstellungen machen sollte, benötigt man zusätzlich DarkFlats mit dieser anderen ISO/Gail-Einstzellung.

Belichtungszeit (und Gain bzw. ISO) so daß nichts soll “ausgebrannt” ist und die kleinen Helligkeitsunterschiede im Bild gut sichtbar sind.

Vom “Ausbrennen” spricht man, wenn bei einem Pixel die sog. “Full Well Capacity” (in Anzahl Elektronen) erreicht ist; d.h. zusätzliche Photonen können keine zusätzlichen Elektronen in diesem Pixel erzeugen und damit auch kein zusätzliches Signal (also ADUs) bewirken.

Experten empfehlen, so zu belichten, dass im Bild die hellsten Bereiche nur die Hälfte des maximal möglichen Wertes erreichen. Also die Hälfte der “Full Well Capacity”. Einfach messen können wir aber nur den ADU-Wert. Der Zusammenhang zwischen ADU-Wert und Elektronen-Anzahl ist die sog. Quanten-Effizienz, die in Prozent angibt, aus wieviel ankommenden Licht-Quanten (Photonen) beim Auslesen ein Elektron wird.

Wichtig ist, dass jeder Farbkanal für sich genommen (R-G-B) im Histogramm weder links und rechts angeschnitten wird.

Der Helligkeitswert eines Pixels im Bild wird ja in sog. ADU (Analog Digital Units) gemessen. Je nach der Bit-Tiefe des ADC (Analog-Digital-Converter) hätten wir unterschiedliche Maximalwerte:

Bit-Tiefe	Maximaler ADU-Wert	Halbes Maximum
16	65536	32768
14	16384	8192
12	4096	2048
8	256	128

Flat Frames: Mono oder One Shot Color (“OSC”)?

Wenn man mit einer Mono-Kamera und Rot-Grün-Blau-Filtern arbeitet, muss man für jede Farbe extra ein Flat machen – sagen die Experten.

Ich habe “nur” OSC (= One Shot Colour), da sieht das anders aus. Ich habe ich ja immer diese Bayer-Matrix vor dem Sensor und kann aus jeder Aufnahme durch de-bayern ein Farbfoto gewinnen.

Die ganze Kalibierung soll aber immer mit den noch nicht de-bayerten Original-Fotos geschehen – sagen einige Experten…

T-Shirt-Methode

Am nächsten Tage das T-Shirt doppelt oder vierfach über das Objektiv bzw. die Taukappe.

Das wird meistens zu hell

Flat-Field-Box (EL-Leuchtfolie)

EL-Leuchtfolie von Gerd Neumann vor dem Objektiv. (T-Shirt wird meist zu hell.)

Dafür benötigt man eine gute Spannungsversorgung (bei mir 12V) und die Hellikeit der Folie sollte dimmbar sein…

Flat-Field-Boxen gibt es von mehreren Herstellern; z.B. unterstützt N.I.N.A. folgende Modelle:

All-Pro Sike-a Flat Flied: 12-Zoll im Quadrat. USD 250 + 140 für USB-Dimmer – ASCOM?
Almitak Flip-Flat: EUR 800,– 190mm – 206 mm
Artesky USB Flat Box: EUR 369,– 250mm USB Italy
Pegasus Astro Flatmaster

Meine Zwo ASI294MC Pro

Meine Kamera Zwo ASI294MC Pro hat folgende relevante Daten:

Bit-Tiefe: 14 bit
Quanteneffizienz: 75% (bei 530 nm)
Full Well Capacity: 63700e

Interessante Ratschläge finde ich auch bei:

Flats und Software

Meine Astro-Aufnahme-Software unterstützt das Aufnahmen von Flats in unterschiedlicher Weise:

Flats mit SharpCap

In SharpCap muss man eine Kamera connecten und dann in der Menüleiste auf “Capture” und “Capture Flats…” klicken.

Dann stellen wir rechts in SharpCap Exposure und Gain so ein, dass im Bild ein wenig zu sehen ist.

Mit Menüleiste “Tools” und “Histogram” schalten wir noch das Histogramm dazu…

Da bin ich also mit dem Mittelwert bei 31805.6 ADU, was so ungefähr den Empfehlungen entspricht. Manche Experten halten das schon zu hell und meinen 28000 oder 25000 ADU wären besser. Die Software SharpCap merkert aber, wenn auch nur ein kleines bisschen unter 20% sinkt.

Astrofotografie: SiriL

18. March 202020. March 2020 dkracht

Gehört zu: Astrofotografie, Stacking
Siehe auch: Deep Sky Stacker

Astrofotografie mit SiriL

SiriL ist eine kostenlose Software mit dem Schwerpunkt Stacking, kann aber noch einiges anderes mehr…

Aufmerksam geworden bin ich auf SiriL durch das unten angegebene YouTube-Video von Frank Sackenheim.

Als Alternative zum traditionellen Deep Sky Stacker ist das modernere SiriL vielleicht ganz interessant.

Software Download: https://www.siril.org/download/#Windows

Ein Youtube-Tutorial von Frank Sackenheim: https://www.youtube.com/watch?v=qMD2QQUtxYs

Vorteile von SiriL

kostenlos
Für Windows und Linux
Stacking mit vielen manuellen Einflussmöglichkeiten, aber auch “vollautomatisch” per Skript
Nach dem Stacken: Bildnachbearbeitung: Zuschneiden
Nach dem Stacken: Bildnachbearbeitung: Background Extraction
Nach dem Stacken: Bildnachbearbeitung: Green Noise Reduction
Nach dem Stacken: Bildnachbearbeitung: Color Calibration (auch photometrisch)
Nach dem Stacken: Bildnachbearbeitung: Color Saturation
Nach dem Stacken: Bildnachbearbeitung: Histogram Transformation
…

Erste Schritte mit SiriL

Einstellen des “Themes”: Edit -> Einstellungen -> Verschiedenes -> Aussehen: Dort können wir z.B. das “Dark Theme” auswählen.

Einstellen des Arbeits-Ordners (Arbeitsverzeichnis). Wenn man später mit Scripts arbeiten will, müssen dort die Unter-Ordner: Biases, Lights, Darks, Flats angelegt sein

Generell geschieht das Bearbeiten unserer Bilder päckchenweise. Diese “Päckchen” heißen bei SiriL “Sequences” und müssen einen Sequence-Namen bekommen. Als erstes müssen in SiriL unsere Bild-Dateien in das FITS-Format umgewandelt werden.

Beispiel Nummer 1

Damit ich selber mal lerne, wie das mit dieser für mich neuen Software funktioniert, wende ich das was Frank in seinem Tutorial zeigt, parallel auf einen eigenen Fall an. Ich habe gerade kürzlich eine Aufnahme mit 20 Lights und 10 Darks (keine Flats und keine Biases) gemacht.

Dark Frames umwandeln

Zuerst müssen die Dark-Frames geladen und umgewandelt werden und einen Sequenz-Namen bekommen. Als Sequenz-Namen nehmen wir “Darks”.

Schaltfläche: “Umwandeln”

Die Ergebnisse einer solchen “Umwandlung” (auch “Konvertieren” genannt) werden oben im Arbeitsordner abgelegt. Zum Beispiel werden meine Darks im Arbeitsordner unter den Dateinamen Darks_00001.fit, Darks_00002.fit etc. abgelegt (wobei “Darks” der Sequenzname war).

Master Dark

Ich mache dann aus diesen Darks ein sog. Master-Dark.
Das geht über den Reiter “Stacking” mit folgenden Einstellungen:

Stacking-Methode: Median
Normalisierung: keine

Schaltfläche: “Starte Stacking”

Das Ergebnis ist die Datei Darks_stacked.fit im Arbeitsordner.

Light Frames umwandeln

Dann müssen die Light-Frames geladen und umgewandelt werden und einen Sequenz-Namen bekommen. Als Sequenz-Namen nehmen wir “Lights”

Schaltfläche: “Umwandeln”

Die “umgewandeten” Lights stehen nun im Arbeitsordner unter den Dateinamen Lights_00001.fit, Lights_00002.fit,…

Master Dark von den Light Frames abziehen

Nun folgt das “Pre Processing” der Lights: Es wird das Master Dark abgezogen, wir haben keine Flats und auch keine Offsets/Biases…

Reiter “Pre Processing”: Hier auswählen ob Master Dark, Master Flat, Offset verwendet werden sollen.

Schaltfläche: “Starte Pre-Processing”

Die pre-prozessierten Lights stehen nun im Arbeitsordner unter den Dateinamen: pp_Lights_00001.fit, pp_Lights_00002.fit,…

De-Bayering der Light Frames

Das Debayering darf nicht zu früh im Workflow erfolgen. Unmittelbar vor dem Registrieren ist gut.
Dann folgt das “Debayering“der Lights:

Laden der Dateien: pp_Lights_00001-fit, pp_Lights_00002.fit,…,
Sequenz-Namen vergeben. Als Sequenz-Namen nehmen wir “db_pp_Lights”
Häckchen bei Debayering setzen,
Schaltfläche “Umwandeln” klicken.

Vorher sollten wir noch einen Blick auf die Einstellungen für das De-Bayering werfen…
Die Farb-Bilder stehen nun im Arbeitsordner unter den Dateinamen: db_pp_Lights_00001.fit, db_pp_Lights_00002.fit,…

Registrieren der Light Frames

Im Reiter “Registrieren” stellen wir ein:

Registrierungsmethode: “Allgemeine Sternausrichtung”
Registrierungs-Layer: Grün
Algorithmus: bikubisch

Schaltfläche: “Führe Registrierung aus”

Die registrierten Bilder stehen nun im Arbeitsordner unter den Dateinamen: r_db_pp_Lights_00001.fit, r_db_pp_Lights_00002.fit,…

Stacken der Light Frames

Die registrieten Light Frames werden nun “gestapelt” englisch: stacked mit folgenden Einstellungen:

Stacking-Methode: Durchschnittswert-Stacking mit Ausschleusung
Normalisierung: Additiv mit Skalierung
Ausschleusung: Wisorized Sigma Clipping

Schaltfläche: “Starte Stacking”

Ergebnisdatei im Arbeitsordner: r_db_pp_Lights_stacked.fit

Bildnachbearbeitung: Zuschneiden

MIt der Maus auf dem Graubild ein Rechteck ziehen (wie Markieren), dann rechte Maustaste “Zuschneiden”

Bildnachbearbeitung: HIntergrund-Extraktion

Menüleiste -> Bildbearbeitung -> Hintergrund-Extraktion

Bildnachbearbeitung: Farb-Kalibrierung

Menüleiste -> Bildbearbeitung -> Farb-Kalibrierung -> Photometrische Farb-Kalibrierung

Bildnachbearbeitung: Grünrauschen entfernen

Menüleiste -> Bildbearbeitung -> Grün-Rauschen entfernen

Bildnachbearbeitung: Farbsättigung anheben

Menüleiste -> Bildbearbeitung -> Farbsättigung…

Bildnachbearbeitung: Histogramm-Transformation

Menüleiste -> Bildbearbeitung -> Histogramm Transformation

Bildnachbearbeitung: Speichern

Menüleiste -> Datei -> Speichern als…

Astronomie: Teilchenphysik

29. February 202012. March 2020 dkracht

Gehört zu: Physik
Siehe auch: Quantenphysik, SVG, Kosmologie
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Teilchenphysik

In der Teilchenphysik unterscheidet man Elementarteilchen und zusammengesetzte Teilchen. Wobei es sich im Laufe der Jahrhunderte immer etwas geändert hat, was als “elementar” angesehen wurde.

Die Teilchenphysik wurde von Murray Gell-Mann (1929-2019) sehr befruchtet. Er gilt als Entdecker der Quarks und schaffte Ordnung bei den Elementarteilchen.

Im Jahr 1969 wurde Gell-Mann im Alter von 40 Jahren für seine „Beiträge und Entdeckungen zur Ordnung der Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen“ mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Das heutige (2020) Verständnis dieser Elementarteilchen wird zusammenfassend dargestellt im sog. “Standardmodell”:

Standardmodell der Teilchenphysik

Direkt aus der Wikipedia:

Insert from URL

Symbole für Teilchen

Teilchen	Symbol	Bemerkungen
Photon	γ	Austauschteilchen der Elektromagnetischen Kraft
Gluon	g	Austauschteilchen der Starken Kernkraft (Farbladungen)
W-Boson	W	Austauschteilchen der Schwachen Kernkraft
Z-Boson	Z	Austauschteilchen der Schwachen Kernkraft
Up-Quark	u
Down-Quark	d
Charme-Quark	c
Strange-Quark	s
Top-Quark	t
Bottom-Quark	b
Elektron	e^–
Myon	μ	schwereres Elektron
Tauon	τ	noch schwereres Elektron
Neutrino	ν_e	Elektron-Neutrino
μ-Neutrino	ν_μ	μ-Neutrino
τ-Neutrino	ν_τ	τ-Neutrino

Statt “Kraft” sagen wir auch gerne “Wechselwirkung” – also z.B. “Starke Wechselwirkung”

Anti-Teilchen

Zu jedem Teilchen kann es auch ein Anti-Teilchen geben. Anti-Teilchen werden im Allgemeinen mit einen “Quer-Symbol” versehen, z.B. u und ū.

Antiteilchen haben die entgegengesetzte elektrische Ladung wie ihr “normales” Teilchen z.B. e^– und e⁺ (hier benutzen wir das Quer-Symbol nicht).

Zusammengesetzte Teilchen

Danach sind Protonen und Neutronen (sog. Hadronen) sowie Mesonen keine Elementarteilchen mehr, sondern setzen sich aus Quarks zusammen:

Protonen und Neutronen bestehen aus drei Quarks:

Proton p: up up down
Neutron: n: up down down

Mesonen bestehen aus zwei Quarks:

Meson: ein Quark & ein Anti-Quark

Kräfte und Wechselwirkungen

Bei den Elementarteilchen unterscheidet man Fermionen (Materie) und Bosonen (Austauschteilchen für Wechselwirkungen). Die Bosonen stehen in der vierten Spalte des Standardmodells:

Photonen (γ) vermitteln die Elektromagnetische Kraft (Wechselwirkung)
Gluonen (g) vermitteln die sog. Starke Kernkraft (Wechselwirkung), die hält beispielsweise die Protonen in einem Atomkern zusammen.
W-Bosonen vermitteln die sog. Schwache Kernkraft (Wechselwirkung), die kann beispielsweise aus einem Proton ein Neutron machen und umgekehrt, indem aus einem Up-Quark ein Down-Quark wird bzw. umgekehrt.

Feynman-Diagramme

In Feyman-Diagrammen läuft die Zeit von unten nach oben und der Raum von links nach rechts – allerdings ist dies nicht standardisiert.

Materie-Teilchen werden als Pfeile mit ausgezogener Linie dargestellt.
Wechselwirkungs-Teilchen werden anders dargestellt:

Photonen als Welle
Gluonen als Schraubfeder
Bosonen mit einer gestrichelten Linie

Zerfall bzw. Kollision zweier Objekte bilden einen sog. “Vertex”.

Beispiel 1:

Feynman Diagram: Electron absorbs a Photon

Beispiel 2: Beta-Zerfall

Feynman-Diagramm: Betazerfall (Halbwertzeit 10 Minuten)

Astrofotografie: Welche Probleme kann ich mit Stacking lösen?

27. February 202011. April 2020 dkracht

Gehört zu: Bildbearbeitung, Stacking
Siehe auch: Belichtungszeit, Mein Workflow, Flat Frames

Was ist Stacking, was ist Calibration?

Für meine Astrofotografien will ich sehr häufig lange Belichtungszeiten haben; z.B. 2 oder auch 4 Stunden. Warum lange Belichtungszeiten häufig erforderlich sind, ist eine andere Geschichte. Siehe dazu: Belichtungszeiten.

Stacking bedeutet, nun dass man statt eines Fotos mit dieser langen Belichtungszeit (beispielsweise 1 Foto mit 240 Minuten), alternativ mehrere Fotos mit kürzerer Belichtungszeit macht, die in der Summe wieder der langen Belichtungszeit entsprechen (beispielsweise 120 Fotos mit 2 Minuten). Diese vielen “Einzelfotos” (sog. Subs oder Sub-Frames) werden dann per Software wieder zu einem einzigen Foto, dem Summenbild, zusammen “gestapelt” (stacking).

Beim Stacken richtet die Stacking-Software die Einzelbilder so aus, dass alles exakt übereinander passt – das wird von den Spezialisten “Registrieren” genannt. Stacking-Software unterstützt verschiedene Stacking-Methoden:

Mittelwert
Summe
Median
Sigma-Clipping (Outlier Rejection)
Maximum
etc.

“Mittelwert” und “Summe” führen zu identischen Ergebnissen, wenn die Helligkeitswerte genügend genau gerechnet werden (z.B. mit 32 Bit).

Was ist der Vorteil dieses “Stackings” bzw. welche Probleme, die bei langen Belichtungszeiten auftreten können, vermeidet man mit Stacking?

Software zum “Stacking” ist in aller Regel verbunden mit der sog. Kalibration (Calibration); d.h. bevor man “stackt” werden noch elektronische Korrekturen an den Bildern vorgenommen, wie z.B. Subtraktion bzw. Division mit Dark Frames, Flat Frames, Offset-Frames (s.u.).

Welche Probleme hat der Astrofotograf?

Bei der Astrofotografie gibt es eine Reihe von Problemen, die man durch verschiedene Techniken beheben bzw. reduzieren möchte.

Stör-Objekte (z.B. Flugzeuge) im Bild
Hot Pixel -> Dithern, Dark-Abzug
Vignettierung, Donuts, Amp Glow -> Flats
Himmelshintergrund zu hell (Lichtverschmutzung)
Schlechte Nachführung
Beobachtungsobjekt zu dunkel auf dem Foto
Rauschen, Farbrauschen (schlechtes SNR) -> Kühlung, lange Gesamtbelichtungszeit (dann Stacken)
Geringer Kontrast -> Stretchen
Geringe Dynamik -> Histogramm analysieren, gute Belichtungszeit wählen dann Einzelbilder aufnehmen und Stacken
Helle Bildteile “ausgebrannt”
Luftunruhe (“Seeing”)
…

(1) Problem: Stör-Objekte z.B. Flugzeuge, Erdsatelliten etc.

Wenn wir irgendwelche “Störungen” im Bild haben z.B. Flugzeuge, Erdsatelliten, Verwacklung, Fremdlicht etc., ist das ganze (langbelichtete) Bild unbrauchbar.

Lösung: Viele Einzelbilder mit kürzerer Belichtungszeit, schlechte Einzelbilder aussortieren, gute Einzelbilder Stacken

(2) Problem: Hot Pixel

Fehlerhafte Pixel im Sensor unserer Kamera verfälschen unser Astrofoto.

Lösung A: Dunkelbild (“Dark”) machen und dieses vom Astrofoto subtrahieren
Lösung B: Dithering und Sigma Clipping (outlier rejection)

Dies alleine hat mit “Stacking” eigentlich nichts zu tun. Aber…

(3) Problem: Vignettierung

Über die gesamte Fläche unseres Fotos fällt die Helligkeit zu den Rändern etwas ab, möglicherweise sind auch noch Staubteilchen auf dem Sensor, die dunkle Flecken (sog. Dognuts) im Bild erzeugen.

Lösung: Flat Frame machen und das Astrofoto durch dieses dividieren

Dies alleine hat mit “Stacking” eigentlich nichts zu tun. Aber…

(4) Problem: Donuts

Möglicherweise sind dunkle runde Flecken (sog. Donuts) im Bild durch Staubteilchen auf dem Sensor…

Lösung A: Flat Frame machen und das Astrofoto durch dieses dividieren
Lösung B: Staubputzen…

Dies alleine hat mit “Stacking” eigentlich nichts zu tun. Aber…

(5) Problem: Amp Glow

Am Bildrand strahlenförmige Aufhellungen. Die Ursache sind interne Kamerateile in der Nähe des Sensors, die zu warm werden…

Lösung : Dark Frames machen und das Master Dark von den Light Frames abziehen

(6) Problem: Himmelshintergrund zu hell

Je nach Beobachtungsort haben wir am Himmel mehr oder weniger Himmelshelligkeit, z.B. durch “Lichtverschmutzung“. Je länger ich belichte, desto heller wird der Himmelhintergrund auf meinem Bild.

Lösung: Mehrere Einzelbilder mit kürzerer Belichtungszeit, Einzelbilder Stacken zu einem Summenbild.

Wir können also ausprobieren wie lange wir maximal belichten können, ohne dass die Himmelhelligkeit das Bild überstrahlt – dazu ist ein Blick auf das Histogramm hilfreich. So ermitteln wir die Begrenzung der Belichtungszeit durch die Helligkeit des Himmelshintergrunds. Wir machen dann soviele Einzelbilder, bis das Summenbild die gewünschte “effektive” Belichtungszeit hat.

(7) Problem: Schlechte Nachführung

Ohne irgend eine Nachführung kann man ja nur sehr kurz belichten, bevor die Sterne zu Strichen werden, was man meistens ja nicht will.

Wenn man auf irgendeine Art und Weise nachführt (“tracking”, “guiding”), ist die Frage nach der Qualität dieser Nachführung; schlussendlich stellt sich die Frage: “Wie lange kann ich maximal belichten und die Sterne bleiben noch punktförmig?”

Lösung: Mehrere Einzelbilder mit kürzerer Belichtungszeit, Einzelbilder Stacken zu einem Summenbild.

Die Qualität der Nachführung begrenzt also die Belichtungszeit nach oben.
Beispielsweise kann ich mit meiner Astro-Gerätschaft max. 5 Minuten belichten. Wenn ich eine Gesamtbelichtungszeit von 240 Minuten machen möchte, mache ich also 48 Fotos mit je 5 Minuten Belichtungszeit.

(8) Problem: Beobachtungsobjekte zu dunkel (kaum sichtbar) auf dem Foto

Auf dem Foto ist unser Beobachtungsobjekt nicht zu sehen oder nur sehr schwach.

Photonen aus unserem Gesichtsfeld fallen auf die Pixel unseres Sensors und werden dort in Elektronen gewandelt. Diese elektrische Ladung wird dann aus den Pixeln ausgelesen evtl. verstärkt (ISO, Gain) und durch den ADC (Analog Digital Converter) in ein digitales Signal umgesetzt. Diese digitalen Helligkeitswerte pro Pixel machen dann unser Foto aus.

Bei einer längeren Belichtungszeit fallen mehr Photonen auf ein Pixel, es werden mehr Elektronen gesammelt und es gibt damit höhere digitale Helligkeitswerte im Foto.

Lösung: längere Belichtungszeit, ggf mit Stacking

(9) Problem: Rauschen (schlechtes SNR)

Wir haben auf unserem Foto ein “Hintergrundrauschen” in dem feine Einzelheiten unseres Beobachtungsobjekts (“das Nutz-Signal”) untergehen.
Das Rauschen kommt aus mehreren Quellen:

Photonen-Rauschen (Schrotrauschen)
Sensor-Rauschen (Dunkelstrom)
Ausleserauschen

Photonen-Rauschen: Auch Schrotrauschen oder Schottky-Rauschen genannt. Unser Nutzsignal vom Himmelsobjekt ist mit einem Rauschen verbunden. Die Photonen vom Himmelsobjekt kommen nicht gleichmäßig auf dem Pixel an (Anzahl Photonen pro Zeiteinheit), so ähnlich wie Regentropfen pro Quadratmeter und Sekunde. Diese Photonen-Rate ist “poisson-verteilt“, denn die mittlere Rate der Ereignisse (Photonen Ankünfte) ist konstant..

Poisson-Verteilung (Copyright Wikipedia)

Die Standardabweichung einer Poisson-Verteilung mit einem Mittelwert von μ beträgt:

\(\sigma = \sqrt{\mu} \)

Das Nutzsignal ist die mittlere Ankunftsrate der Photonen μ – es ist ist proportional zur Belichtungszeit.
Das Störsignal ist proportional zu σ, also zu Wurzel aus μ; d.h. proportional zu Wurzel aus Belichtungszeit.

In Formeln ist das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR = Signal Noise Ratio) also:

\(SNR = \Large\frac{\mu}{\sigma} \large = \sqrt{\mu} \)

Das Signal-Rausch-Verhältnis ist also proportional zur Wurzel aus der Belichtungszeit. Beispielsweise verdoppelt sich das SNR bei einer Vervierfachung der Belichtungszeit.

In Dezibel gemessen ist das:

\(SNR = 10 \lg{\sqrt{\mu}} =5 \lg{\mu}\) [Dezibel]

Also Lösung: Lange belichten und ggf. Stacken

Sensor-Rauschen: Elektronen in den Pixeln des Sensors werden nicht nur von den Photonen unseres “Nutzsignals” erzeugt, sondern auch durch Wärme im Sensor und bilden so ein “Störsignal”. Faustregel: Eine Kühlung um 7° halbiert dieses “thermische” Rauschen.

Dieses thermische Sensor-Rauschen verteilt sich aber zufällig auf die einzelnen Pixel des Sensors.
Dieses thermische Sensor-Rauschen ist tatsächlich zufällig und mittelt sich mit längeren Belichtungszeiten aus.
Also Lösung: Kühlen und länger belichten ggf. Stacken

Ausleserauschen: Der Ausleseverstärker soll aus der elektischen Ladung (Elektronen) eines jeden Pixels eine proportionale Spannung erzeugen, die dem ADC zugeführt wird. dabei entsteht auch ein gewisses Rauschen.

Dieses Ausleserauschen ist bei modernen digitalen Kameras zwar sehr gering, aber addiert sich mit jedem Einzelfoto, das ich mache.

Also Lösung: So belichten, dass das Ausleserauschen relativ zum sonstigen Rauschen vernachlässigt werden kann. Üblich ist etwa Ausleserauschen = 10% vom Himmelshintergrund. Man nennt das “hintergrundlimitiert”.

(10) Geringer Kontrast

Lösung: RAW-Format, Stretchen, S-Kurve

(11) Geringe Dynamik

Lösung: RAW-Format, geringeres ISO/Gain

(12) Helle Bildteile “ausgebrannt”

Lösung: HDR und/oder Postprocessing

(13) Luftunruhe “Seeing”

Lösung: Lucky Imaging

(14) …

Astronomie: Sphärische Trigonometrie

11. February 202029. February 2020 dkracht

Gehört zu: Mathematik
Siehe auch: Tägliche Bewegung der Gestirne, Diagramm
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Was ist Sphärische Trigonometrie?

Die Ebene Trigonometrie ist die Lehre von den Dreiecken in der Ebene.

Die Sphärische Trigonometrie ist die Lehre von den Dreiecken auf einer Kugeloberfläche. Solche Dreiecke werden durch Abschnitte von Großkreisen gebildet.

Das Polar-Dreieck auf der Himmelskugel

Zur Umrechnung eines Koordinatensystems in ein anderes zeichnet man sich ein sog. Polar-Dreieck, in dem die “Pole” (“Drehpunkte”) beider Koordinatensysteme vorkommen.

Zur Umrechnung der äquatorialen Koordinaten Deklination (δ) und Stundenwinkel (t) in die horizontalen Koordinaten Höhe (h) und Azimuth (A) wird das sog. Polar-Dreieck wird gebildet durch den Himmelspol (N), den Zenit (Z) und ein Himmelsobjekt (O).

Im Polardreieck sind die Abstände (Bogenlängen):

vom Himmelspol zum Zenit: 90° – φ
vom Himmelspol zum Himmelsobjekt: 90° – δ
vom Zenit zum HImmelsobjekt: z = 90° – h

Im Polardreieck sind die Winkel an den Ecken des Dreiecks:

Winkel am Himmelspol: Stundenwinkel t (oder τ)
Winkel am Zenith: 180° – A (A = Azimuth von Süden)

Link: https://de.wikibooks.org/wiki/Astronomische_Berechnungen_f%C3%BCr_Amateure/_Druckversion#Koordinatentransformationen

MIt dem Seiten-Cosinussatz errechnet man den Cosinus der Länge einer Seite aus den Längen der beiden anderen Seiten und dem gegenüberliegenden Winkel:
\(\cos z = \cos (90° – \phi) \cos (90° – \delta) + \sin (90° – \phi) \sin (90° – \delta) \cos t\)

Was schließlich heisst:
\(\sin h = \sin \phi \sin \delta + \cos \phi \cos \delta \cos t \)

Der Cotangens-Satz im Polardreieck sagt:

\( \cos (90° – \phi) \cos t = \sin(90° – \phi) \cot (90° – \delta) – \sin t \cot(180° – A) \)

Trigonometrisch umgeformt ergibt das:
\( \sin \phi \cos t = \cos \phi \tan \delta – \Large\frac{\sin t}{\tan A} \)

Aufgelöst nach A ergibt sich:

\( \tan A = \Large\frac{\sin t}{\sin \phi \cos t – \cos \phi \tan \delta} \)

MIt Hilfe dieser Koordinatentransformation kann man für jedes bekannte Himmelsobjekt (Deklination und Rektaszension) die scheinbare tägliche Bewegung am Himmel berechnen – siehe dazu: Die scheinbare tägliche Bewegung der Gestirne.

https://drive.google.com/file/d/1KsWze0RuemuXoe755Z_glIkhA2pTGilH/view?usp=drive_web