시잉 모니터 SM-4 및 SM-4EX

SBS SM-4 시잉 모니터는 QHY의 높은 양자 효율과 낮은 노이즈의 CMOS 센서와 고품질 100mm f/2.8 렌즈를 사용하며, Dr. Alan Holmes가 작성한 맞춤형 시잉 모니터 소프트웨어를 사용합니다. 시잉 모니터는 12시간 동안 시잉을 지속적으로 모니터링하고 측정값을 컴퓨터 모니터에 표시하며, 데이터를 텍스트 파일에 기록하여 나중에 분석할 수 있게 합니다. 카메라는 내후성 알루미늄 박스에 광학 품질의 창과 함께 장착되어 외부 환경으로부터 보호됩니다. 덮개를 제거하면 카메라의 초점을 맞출 수 있고 미세 조준은 독립적으로 조정할 수 있습니다. 컴퓨터 인터페이스는 USB3입니다. SM-4 EX 모델에서는 카메라 뒤의 알루미늄 하우징에 이더넷을 통한 전원 공급형 USB 익스텐더가 설치되어 있습니다.

Dr. Alan Holmes의 시잉 모니터에 관한 기사 읽기 ->

SM-4 상세 정보

SM-4 시잉 모니터는 새로운 카메라를 제외하면 이전 모델인 SM-2 및 SM-3와 본질적으로 동일하며, 작동 방식은 SM-3와 동일합니다.  SM-4는 새로운 QHY5III462M, 2 메가픽셀 CMOS 카메라를 사용하며, 매우 높은 QE(90%)와 매우 낮은 읽기 노이즈(약 1 ~ 3e-)를 제공합니다.  렌즈는 일본에서 제조된 고품질 Kowa 100mm f/2.8 C-마운트 렌즈로, 이 용도에 이상적입니다. 

SM-4 시잉 모니터는 영구 설치된 사용자에게 특히 유용하지만, 매일 밤 천체 사진을 위해 장비를 설치해야 하는 사용자에게도 유용합니다. 시잉을 밤마다, 시간마다 보고하고 차트로 표시함으로써 사용자는 고해상도 이미지를 시도하기에 최적의 시간과 광시야·저해상도 촬영에 더 적합한 장비를 사용하는 것이 좋은 시간을 결정할 수 있습니다. 시잉 모니터는 필요한 하드웨어를 방수 박스에 통합하고 맞춤형 소프트웨어를 포함합니다. 시잉은 장시간 노출 별 이미지에 예상되는 천정 반치전폭(FWHM)을 초각 단위로 표시합니다.

작동 원리

대부분의 전문 천문대는 시잉(seeing)을 측정하기 위해 DIMM(Differential Image Motion Monitor) 기법을 사용합니다. 이 기법은 8~11인치 슈미트-카세그레인 망원경 조리개 위에 두 개의 구멍이 있는 마스크를 씌우고, 빠른 카메라로 밝은 별을 초점에서 약간 벗어나게 촬영했을 때 보이는 두 점의 간격에 대한 제곱 평균 제곱근(rms) 변동을 측정하는 방식으로 하드웨어에 구현됩니다. 두 점을 측정하는 이유는 추적 오류나 바람 진동으로 인한 두 점의 전체적인 움직임을 제거할 수 있기 때문입니다. 그러나 결과적으로 얻어지는 시스템은 자동화하기 복잡하며, 망원경을 수용할 자동화된 돔도 필연적으로 필요하여 총 비용이 수천 달러에 달합니다. 이 접근 방식의 한 가지 문제는 SCT 내부의 튜브 기류를 완전히 무시한다는 점인데, 이 기류는 작지 않을 뿐만 아니라 조리개 전체에 걸쳐 상관관계가 없습니다. SBS 시잉 모니터에 사용된 접근 방식은 무겁고 견고한 교각에 장착된 고정 단일 조리개 시스템을 폴라리스에 맞추는 것입니다. 이렇게 하면 바람에 의한 움직임과 추적 오류가 사라집니다. 폴라리스는 측정 공간이므로 폴라리스 위치의 중심점 선형 드리프트가 결정되고 보정됩니다. 우리는 이 기술을 SIMM이라고 부릅니다.

정확한 시잉 측정을 위해서는 시잉을 고정하고 긴 노출 동안 별의 움직임이 평균화되어 발생하는 오류를 피하기 위해 0.01초 이상 빠른 노출이 필요합니다. SM-4의 경우, 소프트웨어는 각각 0.01초 노출의 256프레임 데이터를 수집합니다.  그런 다음 RMS 이미지 이동이 결정됩니다. 256프레임은 수집 및 처리에 약 1분이 걸립니다.  초점 거리 100mm의 고품질 렌즈(위 그림 1)는 중심점 계산으로 서브픽셀 정확도를 달성하며, 폴라리스의 밤새 움직임은 100mm 초점 거리로 CMOS 센서에 담을 수 있습니다.  밤새 폴라리스는 180도 호를 그리며 움직일 수 있으므로 장기 모니터링 계획에서는 그 움직임을 고려해야 합니다.

그림 2: SM-2로 촬영한 폴라리스 영역의 두 합산 노출
(빨간색 윤곽선은 SM-4의 시야를 나타냅니다)

캘리포니아주 산타바바라의 위도(35도)에서 100mm 렌즈를 장착한 SM-3의 노이즈 플로어는 약 0.6 arcseconds FWHM입니다. 이는 폴라리스와 비슷한 밝기의 LED를 수평 방향으로 천천히 움직이며 야간에 실내에서 측정한 값입니다. 이 낮은 값은 낮은 수준에서 실제 시잉에 RMS 방식으로 추가된다는 점을 이해하십시오. 따라서 100mm 렌즈가 1.0 arcseconds의 시잉을 측정한 경우, 측정된 0.6초 바이어스를 (RMS 방식으로) 빼서 실제 시잉인 0.8 arcseconds를 구해야 합니다. 폴라리스 고도에서 측정된 시잉을 천정 값으로 변환하는 것은 널리 인정된 공식을 사용하여 수행되며, 천정에서의 시잉은 폴라리스에 대해 측정된 시잉을 에어매스의 0.6제곱으로 나눈 값과 같습니다. 에어매스는 1를 (90도에서 위도를 뺀 값)의 코사인으로 나눈 값과 같습니다.

그림 3: 설정 메뉴

시잉 모니터 메뉴: 여기에서 시잉 기록을 즉시 시작할지 선택할 수 있습니다. 특정 시간에 시작하려면 시간 기반을 선택하면 프로그램이 지정된 기간 동안 실행됩니다. 기록이 시작되면 천정 FWHM(별 이미지의 반치전폭)을 표시하는 그래프가 나타나며, 시작 시간은 이전 시간의 숫자에 해당하고 12시간 분량의 데이터를 표시합니다. 이 그래프의 길이는 12시간으로 고정되어 있습니다. 그래프와 시잉 데이터를 기록한 텍스트 파일은 5분마다 C:\SeeingMonitor 디렉터리에 기록됩니다. 시잉 그래프 이름은 변경되지 않으므로 외부 프로그램이 이 폴더를 모니터링하고 원하는 경우 파일을 웹 사이트에 게시할 수 있습니다. 즉시 기록을 시작하면 기록된 데이터 파일 이름은 매번 동일하며 지난 밤의 파일을 덮어씁니다. 저장하려면 지난 밤의 텍스트 파일 이름을 수동으로 변경하십시오. 시간 기반 시작 및 종료를 사용하는 다중 야간 모드에서는 파일 이름에 날짜가 포함되어 지난 밤의 데이터가 덮어쓰이지 않습니다. 시잉 그래프 항상 덮어씁니다.

그림 4: 메인 화면

그림 5: 그래프 보기

 
위의 그림 5에 표시된 그래프에서 흰색 데이터 포인트는 시잉 수치(초각)를 기록합니다. 파란색 데이터 포인트는 각 측정 시점의 폴라리스 밝기를 나타냅니다. 그래프에서 이 밤에는 시잉이 오전 3:00경에 악화되기 시작하여 다음 45분 동안 급격히 나빠져 이미징에 사용할 수 없게 되었음을 알 수 있습니다. 폴라리스의 밝기도 같은 시점에 악화되기 시작했는데, 이는 함께 구름이나 안개가 다가오고 있음을 나타냅니다. 초당 100회 샘플링하더라도 시잉이 정말 나쁠 때는 이미지가 끓어오르는 덩어리에 불과하므로 시잉 모니터가 그 악화 정도를 과소평가할 가능성이 있습니다. 시잉 모니터가 이러한 최악의 밤을 과소평가하지만, 그날 밤에는 천체 이미징보다 다른 일을 하는 것이 더 낫다는 명확한 신호를 제공합니다. 시잉 모니터의 유용성은 아래의 다음 그림에 잘 나타나 있습니다. 이것은 2주 동안 촬영된 13개의 그래프를 애니메이션으로 보여줍니다. 보시다시피, 시잉은 밤마다 좋은 시잉과 나쁜 시잉의 패턴은 크게 달라서, 역사나 경험에 의존하여 그 밤이 한 시간 노출에 적합한지 여부를 예측하는 것은 거의 불가능합니다.

모델 SM-4 EX

 모델 SM-4EX는 표준 SM-4에 Cat 6 또는 7 또는 8 케이블을 통한 USB 3 익스텐더를 추가하여 제어 컴퓨터에서 수백 피트 떨어진 곳에서도 작동할 수 있습니다*.  컴퓨터에는 보조 전원 공급 장치가 사용되어 이더넷 케이블을 통해 충분한 전력을 공급하여 원격 수신기와 카메라에 전원을 공급합니다.  따라서 원격 작동은 사용자가 제공한 이더넷 케이블만으로 달성됩니다.

SM-4 EX에는 표준 SM-4과 USB 3-이더넷 송신 장치, 카메라와 함께 하우징에 설치되는 이더넷-USB 3 수신 장치, AC 전원 공급 장치 및 USB 케이블이 포함됩니다.  필요한 길이의 Cat 6, 7 또는 8 케이블은 사용자가 준비합니다*

   * 참고:  당사는 SM-4 EX를 다음 길이의 CAT 케이블로 테스트했습니다:

   플랫 CAT 6 50피트에서 문제 없음
   매설용 CAT 8 100피트에서 문제 없음
   매설된 CAT 7의 200'에서 간헐적 연결 문제 발생 - CAT 7의 한계에 딱 걸쳐 있을 수 있습니다

SM-4 사용 설명서

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