Seeing Monitor SM-4 und SM-4EX

Der Seeing Monitor SBS SM-4 verwendet einen QHY-CMOS-Sensor mit hoher Quanteneffizienz und geringem Rauschen sowie ein hochwertiges Objektiv mit 100 mm Brennweite und f/2.8 Öffnung, zusammen mit einer speziell entwickelten Seeing-Monitor-Software von Dr. Alan Holmes. Der Seeing Monitor überwacht kontinuierlich das Seeing über einen beliebigen Zeitraum von 12 Stunden und zeigt die Messung auf dem Computermonitor an, wobei die Daten in einer Textdatei für spätere Analysen protokolliert werden. Die Kamera ist in einem wetterfesten Aluminiumgehäuse mit einem optisch hochwertigen Fenster montiert, das sie vor Witterungseinflüssen schützt. Bei abgenommenem Deckel kann die Kamera fokussiert und die Feinausrichtung unabhängig eingestellt werden. Die Computerschnittstelle ist USB3. Beim Modell SM-4 EX ist ein aktiver USB-Extender über Ethernet im Aluminiumgehäuse hinter der Kamera installiert.

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Details zu SM-4

Der Seeing-Monitor SM-4 ist im Wesentlichen derselbe wie die früheren Modelle SM-2 und SM-3, abgesehen von der neuen Kamera; ansonsten ist die Bedienung identisch mit dem SM-3.  Der SM-4 verwendet eine neue QHY5III462M, eine 2-Megapixel-CMOS-Kamera mit außergewöhnlich hohem QE (90%) und außergewöhnlich niedrigem Ausleserauschen (~1 bis 3e-).  Das Objektiv ist ein hochwertiges, in Japan gefertigtes Kowa 100mm f/2.8 C-Mount-Objektiv, das sich ideal für diese Anwendung eignet. 

Der Seeing-Monitor SM-4 ist besonders nützlich für diejenigen mit einer festen Installation, aber auch für diejenigen, die jede Nacht aufbauen müssen, um Astroaufnahmen zu machen. Durch die Berichterstattung und grafische Darstellung des Seeings von Nacht zu Nacht und von Stunde zu Stunde kann der Benutzer den optimalen Zeitpunkt für hochauflösende Aufnahmen bestimmen und die Zeiten, in denen möglicherweise Ausrüstung für Weitwinkel- und niedrigere Auflösung besser geeignet wäre. Der Seeing-Monitor integriert die notwendige Hardware in einem wetterfesten Gehäuse und enthält eine benutzerdefinierte Software. Das Seeing wird in Einheiten der Zenit-Halbwertsbreite (FWHM) in Bogensekunden angezeigt, die für ein lang belichtetes Sternbild erwartet werden.

Funktionsprinzip

Die meisten professionellen Observatorien verwenden die DIMM-Technik (Differential Image Motion Monitor), um das Seeing zu messen. Diese Technik wird in der Hardware umgesetzt, indem eine Maske mit zwei Löchern über eine 8 bis 11 Zoll Schmidt-Cassegrain-Teleskopöffnung gelegt wird und die Effektivwert-Schwankung (rms) des Abstands der beiden Punkte gemessen wird, die entstehen, wenn ein heller Stern mit einer schnellen Kamera leicht unscharf abgebildet wird. Der Grund, warum zwei Punkte gemessen werden, ist, dass die gemeinsame Bewegung der beiden Punkte aufgrund von schlechter Nachführung oder Windvibrationen so verworfen werden kann. Das resultierende System ist jedoch schwer zu automatisieren und erfordert in der Regel auch ein automatisiertes Gehäuse für das Teleskop, was die Gesamtkosten auf viele tausend Dollar treibt. Ein Problem dieses Ansatzes ist, dass er Rohrströmungen im SCT völlig ignoriert, die nicht klein und auch nicht über die Öffnung korreliert sind. Der Ansatz des SBS Seeing Monitor verwendet ein festes System mit einer einzigen Öffnung, das auf Polaris gerichtet ist und auf einem schweren, massiven Pfeiler montiert ist. Auf diese Weise entfallen Windbewegung und Nachführfehler. Polaris bewegt sich jedoch über den Raum einer Messung, sodass die lineare Drift des Schwerpunkts der Position von Polaris bestimmt und korrigiert wird. Wir nennen diese Technik SIMM.

Eine genaue Seeing-Messung erfordert Belichtungen von 0.01 Sekunden oder schneller, um das Seeing einzufrieren und Fehler zu vermeiden, die durch die Mittelung der Sternbewegung über eine lange Belichtung entstehen. Beim SM-4 erfasst die Software 256 Bildframes, jeweils mit einer Belichtung von 0.01 Sekunde.  Die RMS-Bildbewegung wird dann bestimmt. 256 Frames benötigen etwa eine Minute zur Erfassung und Verarbeitung.  Ein hochwertiges Objektiv (Abbildung Eins, oben) mit einer Brennweite von 100 mm erreicht mit der Schwerpunktberechnung Subpixel-Genauigkeit, und die Bewegung von Polaris über eine Nacht kann mit einer Brennweite von 100 mm auf dem CMOS-Sensor erfasst werden.  Im Verlauf einer Nacht kann sich Polaris in einem Bogen von 180 Grad bewegen, daher muss seine Bewegung für jeden langfristigen Überwachungsplan berücksichtigt werden.

Abbildung Zwei: Zwei summierte Belichtungen des Polaris-Feldes, aufgenommen mit SM-2
(Rote Umrandung zeigt das Sichtfeld des SM-4 an)

Auf dem Breitengrad von Santa Barbara, CA (35 Grad) liegt das Rauschniveau eines SM-3 mit einem 100 mm Objektiv bei etwa 0.6 Bogensekunden FWHM. Dies wird nachts im Innenbereich gemessen, indem eine LED mit einer Helligkeit vergleichbar mit Polaris langsam horizontal bewegt wird. Beachten Sie, dass dieser niedrige Wert quadratisch zur tatsächlichen Seeing bei niedrigen Werten addiert wird. Wenn also ein 100 mm Objektiv ein Seeing von 1.0 Bogensekunden misst, muss die gemessene Abweichung von 0.6 Sekunden (quadratisch) abgezogen werden, um das tatsächliche Seeing von 0.8 Bogensekunden zu erhalten. Die Umrechnung des gemessenen Seeing auf der Höhe von Polaris in einen Zenitwert erfolgt mit einer allgemein anerkannten Formel, bei der das Seeing im Zenit gleich dem für Polaris gemessenen Seeing geteilt durch die Luftmasse hoch 0.6 ist. Die Luftmasse entspricht 1 geteilt durch den Kosinus des Wertes 90 Grad minus dem Breitengrad.

Abbildung Drei: Setup-Menü

Menü „Seeing-Monitor“: Hier können Sie wählen, ob Sie sofort mit der Aufzeichnung des Seeing beginnen möchten. Wenn Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt starten möchten, wählen Sie „Zeitbasiert“ und das Programm wird für den angegebenen Zeitraum ausgeführt. Wenn die Aufzeichnung beginnt, erscheint ein Diagramm, das das Zenit-FWHM (Full Width Half Maximum des Sternbilds) anzeigt, mit einer Startzeit, die der Stundenzahl der vorherigen Stunde entspricht, und das 12 Stunden Daten anzeigt. Die Länge dieses Diagramms ist fest auf 12 Stunden eingestellt. Das Diagramm und eine Textdatei mit den Seeing-Daten werden alle 5 Minuten im Verzeichnis C:\SeeingMonitor gespeichert. Der Name des Seeing-Diagramms ändert sich nie, sodass Sie ein externes Programm zur Überwachung dieses Ordners verwenden und die Datei bei Bedarf auf einer Website veröffentlichen können. Der Name der protokollierten Datendatei ist bei sofortiger Aufzeichnung jedes Mal derselbe und überschreibt die Datei der letzten Nacht. Wenn Sie die Daten der vorherigen Nacht speichern möchten, benennen Sie die Textdatei manuell um. Im Mehrnachtmodus mit zeitgesteuertem Start und Ende wird der Dateiname mit dem Datum angepasst, sodass die Daten der vorherigen Nacht nicht überschrieben werden. Das Seeing-Diagramm wird immer überschrieben.

Abbildung Vier: Hauptbildschirm

Abbildung Fünf: Diagramm anzeigen

 
In der oben in Abbildung fünf dargestellten Grafik erfassen die weißen Datenpunkte die Seeing-Zahl in Bogensekunden. Die blauen Datenpunkte repräsentieren die Helligkeit von Polaris zum Zeitpunkt jeder Messung. Wie Sie aus der Grafik ersehen können, begann sich das Seeing in dieser Nacht um 3:00 Uhr morgens zu verschlechtern und wurde in den nächsten 45 Minuten rapide schlechter, bis eine Bildaufnahme nutzlos war. Die Helligkeit von Polaris begann sich ebenfalls zur gleichen Zeit zu verschlechtern, was zusammen auf aufziehende Wolken oder Nebel hindeutet. Selbst bei einer Abtastrate von 100 Mal pro Sekunde unterschätzt der Seeing-Monitor bei wirklich schlechtem Seeing wahrscheinlich, wie schlecht es ist, da das Bild nur ein kochender Fleck ist. Obwohl der Seeing-Monitor diese schlechten Nächte unterschätzt, liefert er doch einen klaren Hinweis darauf, dass man in dieser Nacht besser etwas anderes tun sollte als Astrofotografie. Der Nutzen des Seeing-Monitors wird in der nächsten Abbildung unten deutlich dargestellt. Dies ist eine Animation von 13 Grafiken über einen Zeitraum von zwei Wochen. Wie Sie sehen können, das Seeing, und die Muster von gutem vs. schlechtem Seeing pro Nacht variieren stark, sodass es fast unmöglich ist, sich auf Geschichte oder Erfahrung zu verlassen, um vorherzusagen, ob die Nacht einer stundenlangen Belichtung würdig ist oder nicht.

Modell SM-4 EX

 Das Modell SM-4EX fügt einen USB-3-Extender über Cat-6- oder 7- oder 8-Kabel zu einem Standard-SM-4 hinzu, für den Betrieb bis zu mehreren hundert Fuß vom Steuercomputer entfernt*.  Am Computer wird ein zusätzliches Netzteil verwendet, das über das Ethernet-Kabel ausreichend Strom liefert, um den entfernten Empfänger und die Kamera zu versorgen.  Der Fernbetrieb wird daher nur mit einem vom Benutzer bereitgestellten Ethernet-Kabel erreicht.

Das SM-4 EX enthält ein Standard-SM-4 plus einen USB-3-zu-Ethernet-Sender, einen Ethernet-zu-USB-3-Empfänger, der im Gehäuse mit der Kamera installiert ist, Netzteil und USB-Kabel.  Die benötigte Länge des Cat 6-, 7- oder 8-Kabels wird vom Benutzer bereitgestellt*

   * HINWEIS:  Wir haben das SM-4 EX mit den folgenden Längen von CAT-Kabeln getestet:

   50 Fuß flaches CAT 6 ohne erkennbare Probleme
   100 Fuß erdverlegbares CAT 8 ohne erkennbare Probleme
   200' von vergrabener CAT 7 mit intermittierenden Verbindungsproblemen - dies könnte gerade an der Grenze für CAT 7 liegen

SM-4 Bedienungsanleitung

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