シーイングモニター SM-4 および SM-4EX

SBS SM-4 シーイングモニターは、QHY製の高量子効率・低ノイズCMOSセンサーと、高品質な 100mm f/2.8 レンズを搭載し、アラン・ホームズ博士によって書かれた専用のシーイングモニターソフトウェアを使用します。シーイングモニターは、任意の 12 時間の期間にわたってシーイングを常時監視し、測定値をコンピューターモニターに表示するとともに、データをテキストファイルに記録して後で分析できるようにします。カメラは、耐候性アルミニウムボックスに光学品質の窓付きで取り付けられ、風雨から保護されます。カバーを取り外すと、カメラの焦点調整と微細なポインティング調整を独立して行うことができます。コンピューターインターフェースはUSB3です。SM-4 EXモデルでは、カメラの後ろのアルミニウムハウジング内に、イーサネット経由の電源供給型USBエクステンダーが組み込まれています。

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SM-4 詳細

SM-4 シーイングモニターは、新しいカメラを除けば、以前の SM-2 および SM-3 と基本的に同じであり、操作は SM-3 と同一です。  SM-4 は、新しい QHY5III462M、2 メガピクセル CMOS カメラを採用しており、非常に高い QE（90%）と非常に低い読み出しノイズ（約 1 ～ 3e-）を実現しています。  レンズは、日本製の高品質な Kowa 100mm f/2.8 Cマウントレンズで、この用途に最適です。 

SM-4 シーイングモニターは、常設の観測設備をお持ちの方に特に便利ですが、毎晩セットアップして天体画像を撮影する方にも役立ちます。シーイングを夜ごと、時間ごとに報告・グラフ化することで、ユーザーは高解像度撮影に最適なタイミングと、広視野・低解像度撮影に適した機材を使用すべき時間帯を判断できます。シーイングモニターは、必要なハードウェアを耐候性ボックスに統合し、専用ソフトウェアを搭載しています。シーイングは、長時間露光の星像に予想される天頂方向の半値全幅（FWHM）を秒角単位で表示します。

動作原理

ほとんどのプロフェッショナル天文台では、シーイングを測定するためにDIMM（Differential Image Motion Monitor）技術を使用しています。この技術は、8～11インチのシュミット・カセグレン望遠鏡の開口部に2つの穴のあるマスクをかぶせ、高速カメラで明るい星を少しピントをずらして撮像したときに見える2つのスポットの間隔の二乗平均平方根（rms）変動を測定するというハードウェアで実装されています。2つのスポットを測定する理由は、追尾不良や風による振動による2つのスポットの全体的な動きを除外できるためです。しかし、結果として得られるシステムは自動化が複雑で、望遠鏡を収容する自動化されたドームも必ず必要となり、総コストは数千ドルに上ります。このアプローチの問題点の1つは、SCT内のチューブカレントを完全に無視していることです。これらの流れは小さくなく、開口部全体で相関もありません。SBSシーイングモニターで使用されるアプローチは、重く頑丈なピアに取り付けられた固定の単一開口システムをポラリスに向けるというものです。これにより、風の動きや追尾エラーがなくなります。ポラリスは 測定の空間であり、ポラリスの位置の重心の線形ドリフトが決定され、補正されます。これをSIMM技術と呼びます。

正確なシーイング測定には、シーイングを凍結し、長時間露光による星の動きの平均化による誤差を避けるために、0.01秒以上の高速な露光が必要です。SM-4の場合、ソフトウェアは256フレームのデータを収集し、各フレームの露光時間は0.01秒です。  その後、RMS画像移動が決定されます。256フレームの収集と処理には約1分かかります。  焦点距離100mmの高品質レンズ（上の図1）は、重心計算でサブピクセル精度を達成し、ポラリスの一晩の動きは100mmの焦点距離でCMOSセンサーに収めることができます。  一晩の間にポラリスは180度の弧を描いて移動する可能性があるため、長期的なモニタリング計画ではその動きを考慮する必要があります。

図2：SM-2で撮影したポラリス領域の2つの加算露光
(赤い輪郭はSM-4の視野を示します)

カリフォルニア州サンタバーバラの緯度（35度）において、100mmレンズを装着したSM-3のノイズフロアは、約0.6秒角（FWHM）です。これは、ポラリスと同等の明るさのLEDを水平方向にゆっくりと動かしながら、夜間に屋内で測定したものです。この低い値は、低レベルでの実際のシーイングにRMS的に加算されることにご注意ください。したがって、100mmレンズが1.0秒角のシーイングを測定した場合、測定された0.6秒のバイアスを（RMS的に）差し引いて、実際のシーイングである0.8秒角を求める必要があります。ポラリスの高度で測定されたシーイングを天頂値に変換するには、広く受け入れられている式を使用します。天頂でのシーイングは、ポラリスで測定されたシーイングをエアマスの0.6乗で割った値に等しくなります。エアマスは、1を（90度から緯度を引いた値）の余弦で割った値に等しくなります。

図3：セットアップメニュー

シーイングモニターメニュー：ここで、シーイングの記録をすぐに開始するか選択できます。特定の時間に開始したい場合は「時間指定」を選択すると、プログラムは指定された期間実行されます。記録が始まると、天頂FWHM（星像の半値全幅）を表示するグラフがポップアップ表示され、開始時刻は前の時間の番号に対応し、12時間分のデータが表示されます。このグラフの長さは12時間に固定されています。グラフとシーイングデータを記録したテキストファイルは、5分ごとにC:\SeeingMonitorディレクトリに書き込まれます。シーインググラフの名前は変わらないため、外部プログラムでこのフォルダを監視し、必要に応じてファイルをWebサイトにアップロードできます。記録データファイルの名前は、即時記録を開始した場合毎回同じで、前夜のファイルを上書きします。保存したい場合は、前夜のテキストファイル名を手動で変更してください。時間指定の開始と終了を使用した複数夜モードで動作する場合、ファイル名には日付が付けられ、前夜のデータは上書きされません。シーインググラフ 常に上書きされます。

図4：メイン画面

図5：グラフ表示

 
上記の図5に示すグラフでは、白いデータポイントがシーイングの数値（秒角）を記録しています。青いデータポイントは、各測定時点のポラリスの明るさを表しています。グラフから、この夜は3:00AM頃にシーイングが悪化し始め、次の45分間で急速に悪化して、撮像に使えなくなったことがわかります。ポラリスの明るさも同時に悪化し始めており、これは雲や霧が近づいていることを示しています。100回/秒でサンプリングしても、シーイングが本当に悪いときは、画像が沸騰した塊のようにしか見えないため、シーイングモニターはその悪さを過小評価している可能性があります。シーイングモニターはこうしたひどい夜を過小評価しますが、その夜は天体撮影以外のことをしたほうがよいという明確な指標を提供します。シーイングモニターの有用性は、以下の次の図に明確に示されています。これは2週間にわたって取得された13のグラフのアニメーションです。ご覧のとおり、シーイングは また、夜ごとの良好なシーイングと不良なシーイングのパターンは大きく異なり、履歴や経験に頼って、その夜が長時間露光に値するかどうかを予測することはほぼ不可能です。

モデル SM-4 EX

 モデル SM-4EX は、標準の SM-4 に、Cat 6 または 7 または 8 ケーブル経由の USB 3 エクステンダーを追加し、制御コンピューターから数百フィート離れた場所での動作を可能にします*。  コンピューターには補助電源が使用され、イーサネットケーブルを介して十分な電力を供給し、リモートレシーバーとカメラに電力を供給します。  したがって、リモート操作はユーザーが用意したイーサネットケーブルのみを使用して実現されます。

SM-4 EXには、標準のSM-4に加え、USB 3-イーサネット送信ユニット、カメラとともにハウジングに取り付けられるイーサネット-USB 3受信ユニット、AC電源、USBケーブルが含まれています。  必要な長さのCat 6、7、または8ケーブルはお客様がご用意ください*

   ※注記：  当社はSM-4 EXを以下の長さのCATケーブルでテスト済みです：

   フラットCAT 6 50フィートで問題なし
   埋設用CAT 8 100フィートで問題なし
   埋設されたCAT 7の200'で断続的な接続問題が発生 - これはCAT 7の限界ちょうどかもしれません

SM-4 取扱説明書

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