Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.
observatoriet på sardinien blog

Et CCD-kamera til astronomisk brug

Vi er så vant til at tage billeder med digitale kameraer - indbygget i smartphones eller ej - at vi knap nok overvejer teknologien bag processen.

Kameraerne kan laves ekstremt små, lave billeder med meget høj opløsning og millioner af farver, bruger næsten ingen strøm og koster stort set intet.

Så hvad i alverden skal man dog med et digitalkamera, vejer omtrent et kg, kun kan tage billeder i sort-hvid, har et strømforbrug på 25-50 W, en CCD på sølle 0,4 megapixels - og oven i hatten koster flere tusinde kroner?

Simpelt nok: Sådan et kamera er - paradoksalt nok - langt bedre egnet til videnskabelige formål end de førnævnte. Det første kamera, observatoriet har fået leveret, er et SBIG ST-7XME, som illustreret herunder.

Hovedårsagen til, at et CCD-kamera til astronomisk brug vejer så meget, er, at CCD-chippen skal holdes nedkølet - og at kamerahuset skal virke som køleplade til dette formål. Det indeholder derfor også en ventilator og en solid state termoelektrisk køler. Termoelektrisk køling er en ret ineffektiv måde at køle på, hvilket bidrager til det høje strømforbrug. Til gengæld slipper man for bevægelige dele og for at have væsker til at cirkulere inden i kameraet med potentielle læk til følge.

Illustration: Privatfoto

ST-7XME-kamera set fra bagsiden. Øverst i midten ses blæseren, og på hver side af denne en studs, der muliggør vandkøling af kameraet, hvis lufttemperaturen er meget høj. Neden for studsen til venstre ses låget til et kammer (forbundet med CCD-chippens kammer), som indeholder et tørremiddel, der skal regenereres ved en tur i ovnen ca. en gang hver 6. måned. Tørremidlet er nødvendigt for at undgå kondens- eller isdannelse på CCD-chippen.

Man kunne så spørge sig selv, hvorfor det er nødvendigt at køle kameraet ned. Det skyldes, at CCD-chippen i et astronomisk kamera er langt mere følsom end dem, man finder i normale digitalkameraer - og skal anvendes til at måle på svagere signaler. Kølingen finder sted for at minimere det fænomen, der hedder 'dark current', som delvis forårsages af den termiske energi i chippen.

Udgangspunktet for fotometri er, at man ønsker at opsamle så meget lys som muligt fra kilden. Derfor er det bedre at have en detektor, der er følsom for alt lys (i hvert fald i den del af spektret, man vil undersøge), end at have en, der udelukker fotoner med bestemte bølgelængder (hvilket er tilfældet for farve-CCD-chips). Derfor er astronomiske detektorer som regel 'sort-hvide'. Det er så muligt at kombinere billeder taget under anvendelse af forskellige filtre for at opnå farvebilleder, typisk L-RGB filterkombinationen. Herunder ses et filterhjul med netop disse filtre isat.

Filterhjul med L-RGB filtre.

Filterhjulet indsættes i en karrusel, hvis bevægelser kan fjernstyres og programmeres:

Filterhjul indsat i filterhjulmodul.

Så kommer vi til den ringe opløsning. Ved selv de bedste seeing-forhold, vil teleskopets vinkelopløsning være af størrelsesordenen 1 buesekund. Detektorens fysiske størrelse (i dette tilfælde 6,9 x 4,6 mm) og teleskopets brændvidde (her 2438 mm) er afgørende for størrelsen af field-of-view:

Bredde af field-of-view: 6,9 mm/2438 mm = 2,83 x 10^(-3) rad = 584" = 9,7'

Højde af field-of-view: 4,6 mm/2438 mm = 1,89 x 10^(-3) rad = 389" = 6,5'

Sammenholder man ovenstående med, at detektoren har 765x510 pixels, fremgår det, at vinkelopløsningen på detektoren er bedre end seeing, da der går mindre end ét kvadratbuesekund til hver pixel. Altså ville der ikke være noget vundet ved at have højere pixelopløsning på chippen, alt andet lige - 0,4 megapixels er godt nok til dette formål.

Kamera set fra forsiden, før filterhjulmodulet er monteret. Smil til fotografen...det bliver helt sikkert et overbelyst billede, for den kortest mulige eksponeringstid er 0,2 s.

Hvis du skulle have fået lyst til at komme til Sardinien i sommerferien og besøge observatoriet, kan detaljerne findes på http://peraspera-adastra.it.

Spændende kamera teknik :)
Du skriver

Det indeholder derfor også en ventilator..

Kan den slås fra eller er de små vibrationer ubetydelige?

  • 0
  • 0

Ventilatoren kan godt slås fra - men så bliver det svært at opretholde en konstant temperatur, hvilket er ønskeligt ved længerevarende eksponeringer (og i øvrigt hvis man skal kunne kalibrere data korrekt). Jeg tror ikke, vibrationerne har den helt store betydning - men det kan vi da lade komme an på et forsøg. Når jeg har fået aktiveret observatoriet, laver vi nogle testeksponeringer med og uden ventilator tændt og sammenligner.

  • 1
  • 0

På Schmidt-teleskopet ude i Brorfelde brugte vi i sin tid en to-trins-peltier-køler til ccd'en (jeg mener, vi fik den ned på cirka -60 grader C). Men hvis jeg husker rigtigt, så involverede det også et lidt større apparat og vist nok noget med at pumpe luften ud af ccd-kammeret.

  • 0
  • 0

Hvordan er det lykkedes jer at få fat i sådan et?
Det ligner en svært gammel sag, som jeg rodede med tilbage i 2006 i forbindelse med opsætningen af et MASS-DIMM instrument på Palomar.

  • 1
  • 0

Så vidt jeg ved er kameraet fra 2010, men modellen har været fremstillet siden 2002 eller der omkring. Mange SBIG-apparater ligner hinanden, så mon ikke det har været en tidligere model med samme ydre? Det er købt privat af en astronom, der driver Cimini Astronomical Observatory. Jeg har bestilt nye Moravian CCD-kameraer, men der er ventetid på leverancen af de CCD-chips, der anvendes til dem, derfor indkøbet af det brugte kamera.

  • 0
  • 0

Jeg tog et hurtigt kik på MaxIm DL og må sige det ligner en god integreret løsning for (amatør-)astromomer:
http://www.cyanogen.com/maxim_main.php

IRAF er et stooort akademisk system som anvendes af professionelle astromomer, astronomistuderende og helt sikkert også en række amatører. Fordelen er at det er samme værktøjskasse som HST flokken anvender. Ulempen er at det er kommandolinie orienteret og ikke bare en flot integreret GUI.

Her er et par links med tutorials for IRAF:
http://iraf.noao.edu/docs/photom.html
http://iraf.noao.edu/docs/spectra.html

HST flokkens værktøjskasse er som også tilgængeligt gratis:
http://www.stsci.edu/institute/software_ha...

Når det kommer til at anbefale IRAF vil jeg hellere udtrykke mig således: Her er et alternativ som er værd at kikke nærmere på og som tilbyder alle de advancerede operationer som MaxIm DL ikke har. Tilmed er det gratis hvilket kunne være relevant for kursisterne. Så tag et kik på det og se om det er noget der kunne være af værdi for dig, dit projekt og kursisterne fremadrettet.

  • 0
  • 0

Ulempen er at det er kommandolinie orienteret og ikke bare en flot integreret GUI.


Jeg vil helt sikkert afprøve det - men jeg tror indlæringskurven bliver for stejl for kursisterne, hvis jeg præsenterer dem for et CLI :-). MaxIm DL har flere versioner - Pro-versionen har en lang række features, som Basic-versionen ikke har: http://www.cyanogen.com/maxim_matrix.php.
Til de planlagte projekter er Basic-versionen tilstrækkelig, vil jeg mene.
Man kan få en trial-licens til MaxIm DL, der giver 30 eller 60 dages ubegrænset brug. Jeg har udelukkende anvendt MaxIm DL på universitetet - i forbindelse med kursus i astrofysik (hvor PIRATE robotteleskopet i Costitx blev anvendt) og kursus i 'Observational Astronomy' med residential school ved OAM.

  • 0
  • 0