Monitor de seeing SM-4 e SM-4EX

O Monitor de Seeing SBS SM-4 utiliza um sensor CMOS QHY de alta eficiência quântica e baixo ruído, bem como uma lente de alta qualidade de 100 mm e f/2.8, juntamente com software personalizado de monitorização de seeing escrito pelo Dr. Alan Holmes. O Monitor de Seeing monitoriza continuamente o seeing durante qualquer período de 12 horas e apresenta a medição no monitor do computador, registando os dados num ficheiro de texto para análise posterior. A câmara está montada numa caixa de alumínio resistente às intempéries com uma janela de qualidade ótica para proteção contra os elementos. Com a tampa removida, a câmara pode ser focada e o apontamento fino é ajustável de forma independente. A interface com o computador é USB3. No modelo SM-4 EX, um extensor USB alimentado por Ethernet está instalado na caixa de alumínio atrás da câmara.

Leia um artigo sobre o Monitor de Seeing do Dr. Alan Holmes ->

Detalhes do SM-4

O monitor de seeing SM-4 é essencialmente o mesmo que os anteriores SM-2 e SM-3, exceto pela nova câmara; de resto, o funcionamento é idêntico ao do SM-3.  O SM-4 utiliza uma nova câmara CMOS QHY5III462M, de 2 megapíxeis, com uma eficiência quântica excecionalmente alta (90%) e um ruído de leitura excecionalmente baixo (~1 a 3e-).  A lente é uma objetiva Kowa 100mm f/2.8 de alta qualidade, fabricada no Japão e com montagem C, ideal para esta aplicação. 

O Monitor de Seeing SM-4 é particularmente útil para quem tem uma instalação permanente, mas também para quem tem de montar o equipamento todas as noites para captar imagens astro. Ao reportar e representar graficamente o seeing noite após noite e hora após hora, o utilizador pode determinar o momento ideal para tentar imagens de alta resolução e os momentos em que talvez seja aconselhável usar equipamento mais adequado para campo amplo e menor resolução. O Monitor de Seeing integra o hardware necessário numa caixa resistente às intempéries e inclui software personalizado. O seeing é apresentado em unidades de Full Width Half Maximum (FWHM) zenital em segundos de arco esperados para uma imagem estelar de longa exposição.

Teoria de funcionamento

A maioria dos observatórios profissionais utiliza a técnica do Monitor Diferencial de Movimento de Imagem (DIMM) para medir o seeing. Esta técnica é implementada em hardware através de uma máscara com dois orifícios sobre uma abertura de telescópio Schmidt-Cassegrain de 8 a 11 polegadas, e medindo a flutuação do valor quadrático médio (rms) do espaçamento entre os dois pontos vistos quando uma estrela brilhante é imageada ligeiramente fora de foco com uma câmara rápida. A razão pela qual dois pontos são medidos é que o movimento agregado dos dois pontos devido a mau seguimento ou vibração do vento pode assim ser rejeitado. No entanto, o sistema resultante é complicado de automatizar e invariavelmente requer também um invólucro automatizado para alojar o telescópio, elevando o custo total para muitos milhares de dólares. Um problema com esta abordagem é que ela ignora completamente as correntes de tubo no SCT, que não são pequenas nem correlacionadas através da abertura. A abordagem utilizada com o SBS Seeing Monitor é usar um sistema fixo de abertura única apontado para a Polaris, montado num pilar sólido e pesado. Desta forma, o movimento do vento e o erro de seguimento desaparecem. A Polaris move-se através o espaço de uma medição, pelo que a deriva linear do centróide da posição de Polaris é determinada e corrigida. Chamamos a esta técnica SIMM.

Uma medição precisa do seeing requer exposições de 0.01 segundos ou mais rápidas para congelar o seeing e evitar erros devidos ao movimento da estrela ser calculado como média numa exposição longa. No caso do SM-4, o software recolhe 256 fotogramas de dados, cada um com uma exposição de 0.01 segundo.  O movimento de imagem RMS é então determinado. 256 fotogramas requerem cerca de um minuto para serem recolhidos e processados.  Uma lente de alta qualidade (Figura Um, acima) com uma distância focal de 100 mm alcançará precisão de subpíxel com o cálculo do centróide, e o movimento de Polaris durante uma noite pode ser contido no sensor CMOS com uma distância focal de 100 mm.  Ao longo de uma noite, Polaris pode mover-se num arco de 180 graus, pelo que o seu movimento deve ser considerado para qualquer plano de monitorização a longo prazo.

Figura Dois: Duas exposições somadas do campo de Polaris tiradas com SM-2
(O contorno vermelho indica o campo de visão do SM-4)

Na latitude de Santa Bárbara, CA (35 graus), o piso de ruído de um SM-3 com uma lente de 100 mm é de cerca de 0.6 segundos de arco FWHM. Isto é medido no interior durante a noite, observando um LED de brilho comparável ao da Polaris, sendo conduzido lentamente numa direção horizontal. Entenda que este valor baixo será adicionado de forma RMS ao seeing real em níveis baixos. Assim, se uma lente de 100 mm medir um seeing de 1.0 segundos de arco, é necessário subtrair o viés medido de 0.6 segundos (de forma RMS) para obter o seeing real de 0.8 segundos de arco. A conversão do seeing medido na elevação da Polaris para um valor zenital é feita usando uma fórmula bem aceite, onde o seeing no zénite é igual ao seeing medido para a Polaris dividido pela massa de ar elevada à potência 0.6. A massa de ar é igual a 1 dividido pelo cosseno da quantidade 90 graus menos a latitude.

Figura três: Menu de configuração

Menu do monitor de seeing: aqui pode escolher começar a registar o seeing imediatamente. Se pretender começar a uma hora específica, selecione Baseado no tempo e o programa será executado durante o período indicado. Quando o registo começar, aparecerá um gráfico que mostra a FWHM no zénite (largura total a meia altura da imagem da estrela), com uma hora de início que corresponde ao número da hora anterior, e que mostra 12 horas de dados. O comprimento deste gráfico está fixado em 12 horas. O gráfico e um ficheiro de texto com os dados do seeing serão gravados no diretório C:\SeeingMonitor a cada 5 minutos. O nome do gráfico de seeing nunca muda, pelo que pode fazer com que um programa externo monitorize esta pasta e coloque o ficheiro num site, se desejar. O nome do ficheiro de dados registados é o mesmo sempre se iniciar o registo imediato e irá substituir o ficheiro da noite anterior; por isso, altere manualmente o nome do ficheiro de texto da noite anterior se pretender guardá-lo. Ao operar em modo multi-noite com início e fim programados, o nome do ficheiro é personalizado com a data, para que os dados da noite anterior não sejam substituídos. O gráfico de seeing é sempre sobrescrito.

Figura quatro: Ecrã principal

Figura cinco: Ver gráfico

 
No gráfico mostrado na figura cinco, acima, os pontos de dados brancos registam o número de seeing em segundos de arco. Os pontos de dados azuis representam o brilho de Polaris no momento de cada medição. Pode ver no gráfico que nessa noite o seeing começou a deteriorar-se por volta das 3:00 da manhã e piorou rapidamente nos 45 minutos seguintes até ser inútil para imagem. O brilho de Polaris também começou a deteriorar-se ao mesmo tempo, o que, em conjunto, indica a aproximação de nuvens ou nevoeiro. Mesmo ao amostrar 100 vezes por segundo, quando o seeing está realmente mau, o monitor de seeing provavelmente está a subestimar o quão mau está, pois a imagem é apenas uma mancha a ferver. Embora o monitor de seeing subestime estas noites terríveis, fornece uma indicação clara de que seria melhor fazer outra coisa que não astro-imagem nessa noite. A utilidade do monitor de seeing é claramente demonstrada na figura seguinte, abaixo. Esta é uma animação de 13 gráficos obtidos ao longo de um período de duas semanas. Como pode ver, o seeing, e os padrões de boa vs. má visibilidade por noite variam muito, tornando quase impossível confiar no histórico ou na experiência para prever se a noite será digna de esforços de exposição de uma hora ou não.

Modelo SM-4 EX

 O modelo SM-4EX adiciona um extensor USB 3 sobre cabo Cat 6 ou 7 ou 8 a um SM-4 padrão para operação até várias centenas de pés do computador de controlo*.  Uma fonte de alimentação auxiliar é usada no computador, fornecendo energia suficiente através do cabo Ethernet para alimentar o recetor remoto e a câmara.  A operação remota é, portanto, alcançada usando apenas um cabo Ethernet fornecido pelo utilizador.

O SM-4 EX inclui um SM-4 padrão mais uma unidade transmissora USB 3 para Ethernet, uma unidade recetora Ethernet para USB 3 instalada na caixa com a câmara, fonte de alimentação CA e cabos USB.  O utilizador fornece o comprimento necessário do cabo Cat 6, 7 ou 8*

   * NOTA:  Testámos o SM-4 EX com os seguintes comprimentos de cabos CAT:

   50 pés de cabo CAT 6 plano sem problemas aparentes
   100 pés de cabo CAT 8 enterrável sem problemas aparentes
   200' de CAT 7 enterrado com problemas intermitentes de ligação - isto pode estar mesmo no limite para CAT 7

SM-4 Manual de instruções

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