Monitor de seeing SM-4 y SM-4EX

El monitor de seeing SBS SM-4 utiliza un sensor CMOS de alta eficiencia cuántica y bajo ruido de QHY, así como una lente de alta calidad de 100 mm y f/2.8, junto con un software de monitorización de seeing personalizado escrito por el Dr. Alan Holmes. El monitor de seeing supervisa constantemente el seeing durante cualquier período de 12 horas y muestra la medición en el monitor del ordenador, registrando los datos en un archivo de texto para su posterior análisis. La cámara está montada en una caja de aluminio resistente a la intemperie con una ventana de calidad óptica para protegerla de los elementos. Con la tapa retirada, la cámara puede enfocarse y la puntería fina se ajusta de forma independiente. La interfaz con el ordenador es USB3. En el modelo SM-4 EX, se instala un extensor USB alimentado por Ethernet en la carcasa de aluminio detrás de la cámara.

Lea un artículo sobre el monitor de seeing del Dr. Alan Holmes ->

Detalles de SM-4

El monitor de seeing SM-4 es esencialmente el mismo que los anteriores SM-2 y SM-3, excepto por la nueva cámara; por lo demás, su funcionamiento es idéntico al del SM-3.  El SM-4 utiliza una nueva cámara CMOS QHY5III462M, de 2 megapíxeles, con una eficiencia cuántica excepcionalmente alta (90%) y un ruido de lectura excepcionalmente bajo (~1 a 3e-).  El objetivo es un lente Kowa 100mm f/2.8 de alta calidad, fabricado en Japón y con montura tipo C, ideal para esta aplicación. 

El Monitor de Seeing SM-4 es especialmente útil para aquellos con una instalación permanente, pero también para quienes deben montar el equipo cada noche para tomar imágenes astronómicas. Al informar y graficar el seeing de noche a noche y de hora a hora, el usuario puede determinar el momento óptimo para intentar imágenes de alta resolución y los momentos en que quizás sería recomendable usar equipos más adecuados para campo amplio y menor resolución. El Monitor de Seeing integra el hardware necesario en una caja resistente a la intemperie e incluye software personalizado. El seeing se muestra en unidades de la Anchura Total a Media Altura (FWHM) cenital en segundos de arco esperada para una imagen estelar de larga exposición.

Teoría de funcionamiento

La mayoría de los observatorios profesionales utilizan la técnica del Monitor Diferencial de Movimiento de Imagen (DIMM) para medir el seeing. Esta técnica se implementa en hardware mediante una máscara con dos orificios sobre una apertura de telescopio Schmidt-Cassegrain de 8 a 11 pulgadas, y midiendo la fluctuación de la raíz cuadrática media (rms) de la separación de los dos puntos que se ven cuando una estrella brillante se enfoca ligeramente desenfocada con una cámara rápida. La razón por la que se miden dos puntos es que el movimiento agregado de ambos debido a un mal seguimiento o a vibraciones por viento puede así descartarse. Sin embargo, el sistema resultante es complicado de automatizar e invariablemente requiere también un recinto automatizado para albergar el telescopio, elevando el coste total a muchos miles de dólares. Un problema de este enfoque es que ignora por completo las corrientes de tubo en el SCT, que no son pequeñas ni están correlacionadas a través de la apertura. El enfoque utilizado con el SBS Seeing Monitor es usar un sistema fijo de apertura única apuntando a Polaris, montado sobre un pilar sólido y pesado. De este modo, el movimiento por viento y el error de seguimiento desaparecen. Polaris se mueve a lo largo del el espacio de una medición, por lo que se determina y corrige la deriva lineal del centroide de la posición de Polaris. Llamamos a esta técnica SIMM.

Una medición precisa del seeing requiere exposiciones de 0.01 segundos o más rápidas para congelar el seeing y evitar errores debidos a que el movimiento de la estrella se promedia en una exposición larga. En el caso del SM-4, el software recopila 256 fotogramas de datos, cada uno con una exposición de 0.01 segundo.  Luego se determina el movimiento de imagen RMS. 256 fotogramas requieren aproximadamente un minuto para recopilarse y procesarse.  Una lente de alta calidad (Figura Uno, arriba) con una distancia focal de 100 mm logrará precisión de subpíxel con el cálculo del centroide, y el movimiento de Polaris durante una noche puede contenerse en el sensor CMOS con una distancia focal de 100 mm.  Durante una noche, Polaris puede moverse en un arco de 180 grados, por lo que su movimiento debe considerarse para cualquier plan de monitoreo a largo plazo.

Figura Dos: Dos exposiciones sumadas del campo de Polaris tomadas con SM-2
(El contorno rojo indica el campo de visión del SM-4)

En la latitud de Santa Bárbara, CA (35 grados), el suelo de ruido de un SM-3 con un objetivo de 100 mm es de aproximadamente 0.6 segundos de arco FWHM. Esto se mide en interiores por la noche observando un LED de brillo comparable al de Polaris, moviéndose lentamente en dirección horizontal. Tenga en cuenta que este valor bajo se añadirá de forma RMS al seeing real en niveles bajos. Por lo tanto, si un objetivo de 100 mm mide un seeing de 1.0 segundos de arco, es necesario restar el sesgo medido de 0.6 segundos (de forma RMS) para obtener el seeing real de 0.8 segundos de arco. La conversión del seeing medido en la elevación de Polaris a un valor cenital se realiza mediante una fórmula bien aceptada, donde el seeing en el cenit es igual al seeing medido para Polaris dividido por la masa de aire elevada a la potencia 0.6. La masa de aire es igual a 1 dividido por el coseno de la cantidad 90 grados menos la latitud.

Figura tres: Menú de configuración

Menú del monitor de seeing: aquí puede elegir comenzar a registrar el seeing inmediatamente. Si desea comenzar en un momento específico, seleccione Basado en tiempo y el programa se ejecutará durante el período indicado. Cuando comience el registro, aparecerá un gráfico que muestra la FWHM cenital (ancho completo a mitad de máximo de la imagen de la estrella), con una hora de inicio que corresponde al número de la hora anterior, y que muestra 12 horas de datos. La longitud de este gráfico está fijada en 12 horas. El gráfico y un archivo de texto con los datos del seeing se escribirán en el directorio C:\SeeingMonitor cada 5 minutos. El nombre del gráfico de seeing nunca cambia, por lo que puede hacer que un programa externo supervise esta carpeta y publique el archivo en un sitio web si lo desea. El nombre del archivo de datos registrados es el mismo cada vez si inicia el registro inmediato, y sobrescribirá el archivo de la noche anterior, así que cambie manualmente el nombre del archivo de texto de la noche anterior si desea guardarlo. Cuando se opera en modo de varias noches con inicio y fin programados, el nombre del archivo se personaliza con la fecha, por lo que los datos de la noche anterior no se sobrescribirán. El gráfico de seeing siempre se sobrescribe.

Figura cuatro: Pantalla principal

Figura cinco: Ver gráfico

 
En el gráfico mostrado en la figura cinco, arriba, los puntos de datos blancos registran el número de seeing en segundos de arco. Los puntos de datos azules representan el brillo de Polaris en el momento de cada medición. Puede ver en el gráfico que esa noche el seeing comenzó a deteriorarse alrededor de las 3:00 a. m. y empeoró rápidamente durante los siguientes 45 minutos hasta que fue inútil para la imagen. El brillo de Polaris también comenzó a deteriorarse al mismo tiempo, lo que juntos indica la llegada de nubes o niebla. Incluso al muestrear 100 veces por segundo, cuando el seeing es realmente malo, el monitor de seeing probablemente está subestimando lo malo que es, ya que la imagen es solo una mancha hirviendo. Aunque el monitor de seeing subestima estas noches terribles, proporciona una indicación clara de que sería mejor hacer algo que no sea astroimagen esa noche. La utilidad del monitor de seeing se muestra claramente en la siguiente figura, abajo. Esta es una animación de 13 gráficos tomados durante un período de dos semanas. Como puede ver, el seeing, y los patrones de buena vs. mala visibilidad por noche varían mucho, lo que hace casi imposible confiar en la historia o la experiencia para predecir si la noche será digna de esfuerzos de exposición de una hora o no.

Modelo SM-4 EX

 El modelo SM-4EX añade un extensor USB 3 sobre cable Cat 6 o 7 o 8 a un SM-4 estándar para funcionar hasta varios cientos de pies del ordenador de control*.  Se utiliza una fuente de alimentación auxiliar en el ordenador que proporciona suficiente energía a través del cable Ethernet para alimentar el receptor remoto y la cámara.  Por lo tanto, la operación remota se logra solo con un cable Ethernet suministrado por el usuario.

El SM-4 EX incluye un SM-4 estándar más una unidad transmisora USB 3 a Ethernet, una unidad receptora Ethernet a USB 3 instalada en la carcasa con la cámara, fuente de alimentación de CA y cables USB.  El usuario suministra la longitud necesaria de cable Cat 6, 7 o 8*

   * NOTA:  Hemos probado el SM-4 EX con las siguientes longitudes de cables CAT:

   50 pies de cable CAT 6 plano sin problemas aparentes
   100 pies de cable CAT 8 enterrable sin problemas aparentes
   200' de CAT 7 enterrado con problemas intermitentes de conexión: esto puede estar justo en el límite para CAT 7

SM-4 Manual de instrucciones

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