Monitor seeing SM-4 e SM-4EX

Il Seeing Monitor SBS SM-4 utilizza un sensore CMOS QHY ad alta efficienza quantica e basso rumore, insieme a un obiettivo di alta qualità da 100 mm e f/2.8, e un software dedicato per il monitoraggio del seeing scritto dal Dr. Alan Holmes. Il Seeing Monitor controlla costantemente il seeing per qualsiasi periodo di 12 ore e visualizza la misurazione sul monitor del computer, registrando i dati in un file di testo per analisi successive. La fotocamera è montata in una custodia in alluminio resistente alle intemperie con una finestra di qualità ottica per proteggerla dagli agenti atmosferici. Con il coperchio rimosso, la fotocamera può essere messa a fuoco e la regolazione fine del puntamento è indipendente. L'interfaccia con il computer è USB3. Nel modello SM-4 EX, un extender USB alimentato via Ethernet è installato nell'alloggiamento in alluminio dietro la fotocamera.

Leggi un articolo sul Seeing Monitor del Dr. Alan Holmes ->

Dettagli SM-4

Il monitor di seeing SM-4 è essenzialmente lo stesso dei precedenti SM-2 e SM-3, tranne che per la nuova fotocamera; per il resto, il funzionamento è identico a quello dello SM-3.  Lo SM-4 utilizza una nuova fotocamera CMOS QHY5III462M, da 2 megapixel, con efficienza quantica eccezionalmente alta (90%) e rumore di lettura eccezionalmente basso (~1 a 3e-).  L'obiettivo è un obiettivo Kowa 100mm f/2.8 di alta qualità, prodotto in Giappone e con attacco C, ideale per questa applicazione. 

Il Monitor di Seeing SM-4 è particolarmente utile per chi ha un'installazione permanente, ma anche per chi deve allestire ogni notte per scattare immagini astro. Segnalando e tracciando il seeing di notte in notte e di ora in ora, l'utente può determinare il momento ottimale per tentare immagini ad alta risoluzione e i momenti in cui forse sarebbe consigliabile un'attrezzatura più adatta a campo largo e risoluzione inferiore. Il Monitor di Seeing integra l'hardware necessario in un contenitore resistente alle intemperie e include software personalizzato. Il seeing viene visualizzato in unità di Full Width Half Maximum (FWHM) allo zenit in secondi d'arco previsti per un'immagine stellare a lunga esposizione.

Teoria del funzionamento

La maggior parte degli osservatori professionali utilizza la tecnica del Differential Image Motion Monitor (DIMM) per misurare il seeing. Questa tecnica è implementata a livello hardware utilizzando una maschera con due fori su un'apertura del telescopio Schmidt-Cassegrain da 8 a 11 pollici, e misurando la fluttuazione del valore quadratico medio (rms) della distanza tra i due punti visibili quando una stella brillante viene ripresa leggermente fuori fuoco con una fotocamera veloce. Il motivo per cui si misurano due punti è che il movimento complessivo dei due punti dovuto a un cattivo inseguimento o alle vibrazioni del vento può essere così eliminato. Tuttavia, il sistema risultante è complicato da automatizzare e richiede invariabilmente anche una struttura automatizzata per ospitare il telescopio, portando il costo totale a molte migliaia di dollari. Un problema di questo approccio è che ignora completamente le correnti d'aria nel tubo del SCT, che non sono piccole né correlate attraverso l'apertura. L'approccio utilizzato con il SBS Seeing Monitor è quello di usare un sistema fisso a apertura singola puntato su Polaris, montato su un pesante pilastro solido. In questo modo il movimento del vento e l'errore di inseguimento scompaiono. Polaris si muove attraverso lo spazio di una misurazione, quindi la deriva lineare del centroide della posizione di Polaris viene determinata e corretta. Chiamiamo questa tecnica SIMM.

Una misurazione accurata del seeing richiede esposizioni di 0.01 secondi o più veloci per congelare il seeing ed evitare errori dovuti al movimento della stella mediato su una lunga esposizione. Nel caso del SM-4, il software raccoglie 256 fotogrammi di dati, ciascuno con un'esposizione di 0.01 secondo.  Viene quindi determinato il movimento dell'immagine RMS. 256 fotogrammi richiedono circa un minuto per essere raccolti ed elaborati.  Un obiettivo di alta qualità (Figura Uno, sopra) con una lunghezza focale di 100 mm raggiungerà una precisione sub-pixel con il calcolo del centroide, e il movimento di Polaris durante una notte può essere contenuto sul sensore CMOS con una lunghezza focale di 100 mm.  Nel corso di una notte, Polaris può muoversi in un arco di 180 gradi, quindi il suo movimento deve essere considerato per qualsiasi piano di monitoraggio a lungo termine.

Figura Due: Due esposizioni sommate del campo di Polaris scattate con SM-2
(Il contorno rosso indica il campo visivo dello SM-4)

Alla latitudine di Santa Barbara, CA (35 gradi), il rumore di fondo di uno SM-3 con un obiettivo da 100 mm è di circa 0.6 secondi d'arco FWHM. Questo viene misurato in interni di notte osservando un LED di luminosità paragonabile a Polaris, guidato lentamente in direzione orizzontale. Si noti che questo valore basso verrà aggiunto in senso RMS al seeing reale a livelli bassi. Quindi, se un obiettivo da 100 mm misura un seeing di 1.0 secondi d'arco, è necessario sottrarre il bias misurato di 0.6 secondi (in senso RMS) per ottenere il seeing reale di 0.8 secondi d'arco. La conversione del seeing misurato all'elevazione di Polaris in un valore zenitale viene effettuata utilizzando una formula ben accettata, dove il seeing allo zenit è uguale al seeing misurato per Polaris diviso per la massa d'aria elevata alla potenza 0.6. La massa d'aria è uguale a 1 diviso per il coseno della quantità 90 gradi meno la latitudine.

Figura tre: Menu di configurazione

Menu del monitor seeing: qui puoi scegliere di iniziare subito la registrazione del seeing. Se vuoi iniziare a un'ora specifica, seleziona Basato sul tempo e il programma verrà eseguito per il periodo indicato. Quando inizia la registrazione, apparirà un grafico che mostra la FWHM allo zenit (larghezza totale a metà massimo dell'immagine stellare), con un'ora di inizio che corrisponde al numero dell'ora precedente, e che mostra 12 ore di dati. La lunghezza di questo grafico è fissa a 12 ore. Il grafico e un file di testo con i dati del seeing verranno scritti nella directory C:\SeeingMonitor ogni 5 minuti. Il nome del grafico del seeing non cambia mai, quindi puoi far monitorare questa cartella da un programma esterno e pubblicare il file su un sito web, se lo desideri. Il nome del file di dati registrati è sempre lo stesso se avvii la registrazione immediata e sovrascriverà il file della notte precedente; quindi, se vuoi salvarlo, rinomina manualmente il file di testo della notte precedente. In modalità multi-notte con inizio e fine programmati, il nome del file viene personalizzato con la data, quindi i dati della notte precedente non verranno sovrascritti. Il grafico del seeing viene sempre sovrascritto.

Figura quattro: Schermata principale

Figura cinque: Visualizzazione grafico

 
Nel grafico mostrato nella figura cinque, sopra, i punti dati bianchi registrano il numero di seeing in secondi d'arco. I punti dati blu rappresentano la luminosità di Polaris al momento di ogni misurazione. Dal grafico si può vedere che in quella notte il seeing iniziò a deteriorarsi intorno alle 3:00 del mattino e peggiorò rapidamente nei successivi 45 minuti fino a diventare inutile per l'imaging. Anche la luminosità di Polaris iniziò a deteriorarsi nello stesso momento, il che insieme indica l'arrivo di nuvole o nebbia. Anche campionando a 100 volte al secondo, quando il seeing è davvero pessimo, il monitor del seeing probabilmente sottostima quanto sia brutto, poiché l'immagine è solo una macchia ribollente. Anche se il monitor del seeing sottostima queste notti terribili, fornisce una chiara indicazione che sarebbe meglio fare qualcosa di diverso dall'astroimaging quella notte. L'utilità del monitor del seeing è chiaramente mostrata nella figura successiva, sotto. Questa è un'animazione di 13 grafici presi in un periodo di due settimane. Come puoi vedere, il seeing, e i modelli di buona vs. cattiva visibilità per notte variano notevolmente, rendendo quasi impossibile affidarsi alla storia o all'esperienza per prevedere se la notte sarà degna di sforzi di esposizione di un'ora o meno.

Modello SM-4 EX

 Il modello SM-4EX aggiunge un extender USB 3 su cavo Cat 6 o 7 o 8 a uno SM-4 standard per il funzionamento fino a diverse centinaia di piedi dal computer di controllo*.  Un alimentatore ausiliario viene utilizzato al computer fornendo energia sufficiente sul cavo Ethernet per alimentare il ricevitore remoto e la fotocamera.  Il funzionamento remoto è quindi ottenuto utilizzando solo un cavo Ethernet fornito dall'utente.

Il SM-4 EX include un SM-4 standard più un'unità trasmettitrice USB 3 verso Ethernet, un'unità ricevitrice Ethernet verso USB 3 installata nell'alloggiamento con la fotocamera, alimentatore CA e cavi USB.  L'utente fornisce la lunghezza del cavo Cat 6, 7 o 8 necessaria alle proprie esigenze*

   * NOTA:  Abbiamo testato il SM-4 EX con le seguenti lunghezze di cavi CAT:

   50 piedi di cavo CAT 6 piatto senza problemi apparenti
   100 piedi di cavo CAT 8 interrato senza problemi apparenti
   200' di CAT 7 interrato con problemi di connessione intermittenti - potrebbe essere proprio al limite per CAT 7

SM-4 Manuale di istruzioni

• SM-4 Istruzioni per il monitor di seeing »