Moniteur de seeing SM-4 et SM-4EX

Le moniteur de seeing SBS SM-4 utilise un capteur CMOS QHY à haute efficacité quantique et à faible bruit, ainsi qu'un objectif de haute qualité de 100 mm et f/2.8, avec un logiciel de surveillance du seeing spécialement conçu par le Dr Alan Holmes. Le moniteur de seeing surveille en permanence le seeing sur une période de 12 heures et affiche la mesure sur l'écran de l'ordinateur, en enregistrant les données dans un fichier texte pour une analyse ultérieure. La caméra est montée dans un boîtier en aluminium résistant aux intempéries avec une fenêtre de qualité optique pour la protéger des éléments. Une fois le capot retiré, la caméra peut être mise au point et le pointage fin est réglable indépendamment. L'interface avec l'ordinateur est USB3. Dans le modèle SM-4 EX, un prolongateur USB alimenté par Ethernet est installé dans le boîtier en aluminium derrière la caméra.

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Détails du SM-4

Le moniteur de seeing SM-4 est essentiellement le même que les précédents SM-2 et SM-3, à l'exception de la nouvelle caméra ; par ailleurs, son fonctionnement est identique à celui du SM-3.  Le SM-4 utilise une nouvelle caméra CMOS QHY5III462M, de 2 mégapixels, avec un rendement quantique exceptionnellement élevé (90%) et un bruit de lecture exceptionnellement faible (~1 à 3e-).  L'objectif est un objectif Kowa 100mm f/2.8 de haute qualité, fabriqué au Japon et monté en C, idéal pour cette application. 

Le moniteur de seeing SM-4 est particulièrement utile pour ceux qui ont une installation permanente, mais aussi pour ceux qui doivent monter leur matériel chaque nuit pour prendre des images astro. En rapportant et en traçant le seeing de nuit en nuit et d'heure en heure, l'utilisateur peut déterminer le moment optimal pour tenter des images à haute résolution et les moments où un équipement mieux adapté à un grand champ et à une résolution plus faible serait conseillé. Le moniteur de seeing intègre le matériel nécessaire dans un boîtier étanche et comprend un logiciel personnalisé. Le seeing est affiché en unités de la largeur à mi-hauteur (FWHM) zénithale en secondes d'arc attendue pour une image stellaire à longue exposition.

Principe de fonctionnement

La plupart des observatoires professionnels utilisent la technique du moniteur différentiel de mouvement d'image (DIMM) pour mesurer le seeing. Cette technique est mise en œuvre matériellement en plaçant un masque à deux trous sur une ouverture de télescope Schmidt-Cassegrain de 8 à 11 pouces, et en mesurant la fluctuation quadratique moyenne (rms) de l'espacement des deux taches observées lorsqu'une étoile brillante est imagée légèrement hors foyer avec une caméra rapide. La raison pour laquelle deux taches sont mesurées est que le mouvement global des deux taches dû à un mauvais suivi ou aux vibrations du vent peut ainsi être rejeté. Cependant, le système qui en résulte est compliqué à automatiser et nécessite invariablement un abri automatisé pour abriter le télescope, ce qui porte le coût total à plusieurs milliers de dollars. Un problème de cette approche est qu'elle ignore complètement les courants d'air dans le tube du SCT, qui ne sont pas faibles ni corrélés à travers l'ouverture. L'approche utilisée avec le SBS Seeing Monitor consiste à utiliser un système fixe à ouverture unique pointé vers Polaris, monté sur un pilier solide et lourd. Ainsi, le mouvement du vent et l'erreur de suivi disparaissent. Polaris se déplace à travers l'espace d'une mesure, de sorte que la dérive linéaire du centroïde de la position de Polaris est déterminée et corrigée. Nous appelons cette technique SIMM.

Une mesure précise du seeing nécessite des expositions de 0.01 secondes ou plus rapides pour figer le seeing et éviter les erreurs dues au mouvement de l'étoile moyenné sur une longue exposition. Dans le cas du SM-4, le logiciel collecte 256 images de données, chacune avec une exposition de 0.01 seconde.  Le mouvement d'image RMS est ensuite déterminé. 256 images nécessitent environ une minute pour être collectées et traitées.  Un objectif de haute qualité (Figure Un, ci-dessus) avec une distance focale de 100 mm atteindra une précision sous-pixel avec le calcul du centroïde, et le mouvement de Polaris sur une nuit peut être contenu sur le capteur CMOS avec une distance focale de 100 mm.  Au cours d'une nuit, Polaris peut se déplacer sur un arc de 180 degrés, donc son mouvement doit être pris en compte pour tout plan de surveillance à long terme.

Figure Deux : Deux expositions additionnées du champ de Polaris prises avec SM-2
(Le contour rouge indique le champ de vision du SM-4)

À la latitude de Santa Barbara, CA (35 degrés), le plancher de bruit d'un SM-3 avec un objectif de 100 mm est d'environ 0.6 secondes d'arc FWHM. Ceci est mesuré à l'intérieur la nuit en observant une LED de luminosité comparable à Polaris, déplacée lentement dans une direction horizontale. Comprenez que cette valeur faible sera ajoutée de manière RMS au seeing réel à bas niveaux. Ainsi, si un objectif de 100 mm mesure un seeing de 1.0 seconde d'arc, il faut soustraire le biais mesuré de 0.6 secondes (de manière RMS) pour obtenir le seeing réel de 0.8 secondes d'arc. La conversion du seeing mesuré à l'élévation de Polaris en une valeur zénithale se fait à l'aide d'une formule bien acceptée, où le seeing au zénith est égal au seeing mesuré pour Polaris divisé par la masse d'air à la puissance 0.6. La masse d'air est égale à 1 divisé par le cosinus de la quantité 90 degrés moins la latitude.

Figure trois : Menu de configuration

Menu du moniteur de seeing : vous pouvez ici choisir de commencer immédiatement l'enregistrement du seeing. Si vous souhaitez démarrer à un moment précis, sélectionnez « Basé sur le temps » et le programme s'exécutera pendant la période demandée. Lorsque l'enregistrement commence, un graphique affichant la FWHM zénithale (largeur totale à mi-hauteur de l'image de l'étoile) apparaît, avec une heure de début correspondant au numéro de l'heure précédente, et affichant 12 heures de données. La longueur de ce graphique est fixée à 12 heures. Le graphique et un fichier texte enregistrant les données de seeing seront écrits dans le répertoire C:\SeeingMonitor toutes les 5 minutes. Le nom du graphique de seeing ne change jamais, vous pouvez donc faire surveiller ce dossier par un programme externe et mettre le fichier sur un site Web si vous le souhaitez. Le nom du fichier de données enregistrées est le même à chaque fois si vous démarrez un enregistrement immédiat, et il écrasera le fichier de la nuit précédente ; changez donc manuellement le nom du fichier texte de la nuit précédente si vous souhaitez le conserver. En mode multi-nuits avec un début et une fin programmés, le nom du fichier est personnalisé avec la date, afin que les données de la nuit précédente ne soient pas écrasées. Le graphique de seeing est toujours écrasé.

Figure quatre : Écran principal

Figure cinq : Voir le graphique

 
Sur le graphique présenté dans la figure cinq ci-dessus, les points de données blancs enregistrent le nombre de seeing en secondes d'arc. Les points de données bleus représentent la luminosité de Polaris au moment de chaque mesure. Vous pouvez voir sur le graphique que cette nuit-là, le seeing a commencé à se dégrader vers 3:00 du matin et s'est rapidement aggravé au cours des 45 minutes suivantes jusqu'à ce qu'il soit inutile pour l'imagerie. La luminosité de Polaris a également commencé à se dégrader au même moment, ce qui indique ensemble l'arrivée de nuages ou de brouillard. Même en échantillonnant à 100 fois par seconde, lorsque le seeing est vraiment mauvais, le moniteur de seeing sous-estime probablement à quel point il est mauvais, car l'image n'est qu'une tache bouillonnante. Bien que le moniteur de seeing sous-estime ces nuits terribles, il fournit une indication claire que vous feriez mieux de faire autre chose que de l'astro-imagerie cette nuit-là. L'utilité du moniteur de seeing est clairement démontrée dans la figure suivante, ci-dessous. Il s'agit d'une animation de 13 graphiques pris sur une période de deux semaines. Comme vous pouvez le voir, le seeing, et les schémas de bonne vs. mauvaise visibilité par nuit varient considérablement, ce qui rend presque impossible de se fier à l'historique ou à l'expérience pour prédire si la nuit mérite des efforts d'exposition d'une heure ou non.

Modèle SM-4 EX

 Le modèle SM-4EX ajoute un prolongateur USB 3 sur câble Cat 6 ou 7 ou 8 à un SM-4 standard pour un fonctionnement jusqu'à plusieurs centaines de pieds de l'ordinateur de contrôle*.  Une alimentation auxiliaire est utilisée à l'ordinateur, fournissant une puissance suffisante sur le câble Ethernet pour alimenter le récepteur distant et la caméra.  L'opération à distance est donc réalisée en utilisant uniquement un câble Ethernet fourni par l'utilisateur.

Le SM-4 EX comprend un SM-4 standard plus une unité émettrice USB 3 vers Ethernet, une unité réceptrice Ethernet vers USB 3 installée dans le boîtier avec la caméra, une alimentation secteur et des câbles USB.  L'utilisateur fournit la longueur de câble Cat 6, 7 ou 8 nécessaire à ses besoins*

   * REMARQUE :  Nous avons testé le SM-4 EX avec les longueurs de câbles CAT suivantes :

   50 pieds de câble CAT 6 plat sans problème apparent
   100 pieds de câble CAT 8 enterrable sans problème apparent
   200' de CAT 7 enterré avec des problèmes de connexion intermittents - cela peut être juste à la limite pour CAT 7

SM-4 Manuel d'instructions

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