Технические аспекты фотометрии переменных звезд

[Kostyan]

  Данная сводка полезных материалов является суммированием разговора по фотометрии переменных звезд, которое позволит, как предполагается, скорее разобраться новичкам, а также продолжающим в этом нелегком деле фотометрии переменных.
Благодарности

(кликните для показа/скрытия)

Сперва-наперво хотел поблагодарить Максима (а-как KMM), Ивана (а-ка SERIV) и Виталия (а-ка Астровитянин) за помощь в создании данной сводки. Без этой помощи я бы не смог просуммировать сказанное.

Литература

(кликните для показа/скрытия)

• AAVSO Руководство визуальных наблюдений переменных звезд. Переводчик на русский язык проф. Николай Самусь. Содержит базовые понятия наблюдения переменных.
• Переменные звёзды и их наблюдение. В. П. Цесевич. 1980 г.. Книга хоть слега и устарела по астрофическим принципам пояснения того или иного типа переменных, но дает наиболее полный список всех типов переменных, а также их исчерпывающее описание.
• The Handbook of Astronomical Image Processing / bу Richard Berry and James ВurпеН. Содержит базовые понятия и формулы для астрофотографии.
• Любительская астрофотография. Л.Л.Сикорук М.Р.Шпольский. 1986. Глава 5.16 дает вычисления предельной звездной величины, которая получается фотографически, а также определяет максимальную выдержку.
• AAVSO_DSLR_Photometry_software_tutorials. Фотометрия в программе IRIS.
• The AAVSO DSLR Observing Manual. Руководство по наблюдениям переменных с помощью цифровых фотоаппаратов. Здесь также описаны методы переводы фотометрических данных с различных систем.

Типы переменных

(кликните для показа/скрытия)

VSX
wikipedia

Каталоги переменных звезд

(кликните для показа/скрытия)

• General Catalogue of Variable Stars(GCVS). Официальный основной каталог переменных звёзд.
• The International Variable Star Index (VSX). Наиболее полный каталог на сегодня.
• VarAstro. Каталог чешского астрономического общества.

Программы для переменных звезд

(кликните для показа/скрытия)

Фотометрия

• ASTAP. Бесплатная.
• AstroImageJ. Бесплатная.
• Maxim DL. Платная.
• IRIS. Бесплатная.

Поиск новых

• VAST. Бесплатная.

Фотографические системы

(кликните для показа/скрытия)

• Johnson system UBV. Самая первая система. Содержит три фильтра со следующей центральной волной пропускания: U(364нм),   B(442нм),   V(540нм).
• The Johnson-Kron-Cousins UBVRI. Содержит пять фильтров со следующей центральной волной пропускания: U(343нм), B(425нм), V(547нм), R(590нм), I(860-950нм).
• Sloan, SDSS. Фактически является адаптацией адаптацией UBVRI под современные матрицы. Содержит пять фильтров со следующей центральной волной пропускания: u'(354нм), g'(475нм), r'(622нм), i'(763нм), z'(905нм).

Более подробно про разные системы можно почитать в оригинальной статье Бесселя.
Кривые пропускания для разных фильтров разных систем можно увидеть по следующей ссылке.
Примеры промышленно выпускаемых фильтров
- Баайдер (Sloan система)
- Антлия (Sloan система)
Руководство как использовать произвольную камеру и набор фильтров (глава 6.4-6.6).

Полезные формулы

(кликните для показа/скрытия)

• Предельная звездная величина
  \( m_{max} = a + 5·lg(D) + 2.15lg(T) \)
  где
  D - диаметр апертуры телескопа в мм,
  T – время накопления в минутах,
  a - константа, зависящая от вашего оборудования, подбирается индивидуально.
  
• Отношения размера пикселя к функции рассеяния точки (англ. point spread function, PSF)
  \( 2*d_{px} <= d_{psf} \)
  где
  \( d_{px} \) - линейный размер пикселя для ч/б камеры,
  \( d_{psf} \) – диаметр первого максимума дифракционного кольца.
  
  Иными словами, в первый максимум дифракционного кольца должно попасть два пикселя камеры.
  
  \( F_{min} = \frac{D*d_{px}}{1.22*\lambda} \)
  где
  D - диаметр апертуры телескопа в мм,
  \( d_{px} \) - линейный размер пикселя камеры в мкм,
  \( \lambda \) - длина волны в нм,
  \( F_{min} \) - минимально необходимое фокусное расстояние телескопа по Найквисту/Котельникову в метрах.
  
  Пример расчета для апертуры в 100мм, размере пикселя 3.76мкм(матрица IMX533) и длине волны 550нм :
  \( F_{min} = \frac{D*d_{px}}{1.22*\lambda}=\frac{100*3.76}{1.22*550}=0.56 м \)
  

Полезные онлайн калькуляторы

(кликните для показа/скрытия)

• Sharpcap. Позволяет рассчитывать количество электронов в секунду от засветки.
• astronomy.tools. Позволяет рассчитывать поле зрения для фотографии.

Прочие полезные материалы

(кликните для показа/скрытия)

Поглощение в атмосфере

* h, g, F, e, C and r spectral lines correspond to 406, 436, 486, 546, 656 and 707nm wavelength, respectively.
Пример расчета SNR
Ссылка на CN.

[Дмитрий Маколкин]

Неофита примете к компанию?

В этом году в Пиксинсайте появился процесс VariableStarsObserver. Ему можно скормить серию снимков, он их отсолвит, определит, какие переменные есть в поле зрения и отфотометрирует их. Процесс хорошо автоматизирован.
Не думая ни о каких переменных, этой осенью снимал планетарную туманность в Цефее, и в кадр попала переменная типа RR Лиры, которую мне и удалось отфотометрировать на серии в 1 ночь.

Вот что о ней говорится:
Variable Star
Label .............. V0742 Cep
AUID ............... 000-BLK-990
Position ........... 2027.93 x 684.63
Coordinate ......... 22 17 24.300 +70 53 42.216
Proper motion ...... RA 2.5000 / Dec 7.3000
Category ........... Variable
Constellation ...... Cep
Variability type ... RRAB
OID ................ 52735
Period ............. 0.43092
Max. mag. .......... 12.6 R1
Min. mag. .......... 13.7 R1

Снимал в фильтрах RGB, для фотометрирования взял G, который с хорошей степенью точности соответствует фотометрическому V (поправьте меня, если это не так). Съёмка в G чередовалась с другими фильтрами, поэтому на графике есть пропуски.
Телескоп: Synta 250PDS, камера ZWO asi533mm (моно), фильтр G из комплекта RGB
Результат фотометрии построил в Экселе.
Погрешность оцениваю +-0,05m или лучше

Тапками не бейте, первый блин.

[SERIV]

Тапками не бейте, первый блин.

Отлично! Наоборот, только плюсик Вам в карму! Я все свои наблюдения отправляю в AAVSO - и визуальные и фотографические, ранее отправлял пзс-наблюдения, когда была "жива" камера. Можно, конечно, наблюдать для души "в стол", но, хочется вносить свой посильный вклад в науку о переменных звездах. Еще может быть ситуация, когда наших наблюдений по той или иной звезде будет намного больше, чем с автоматических обзоров, тогда будет проведена качественная ревизия по той или иной звезде кем-то из команды VSX, уже в совокупности с данными автообзоров.

[Дмитрий Маколкин]

Тапками не бейте, первый блин.

Отлично! Наоборот, только плюсик Вам в карму! Я все свои наблюдения отправляю в AAVSO - и визуальные и фотографические, ранее отправлял пзс-наблюдения, когда была "жива" камера. Можно, конечно, наблюдать для души "в стол", но, хочется вносить свой посильный вклад в науку о переменных звездах. Еще может быть ситуация, когда наших наблюдений по той или иной звезде будет намного больше, чем с автоматических обзоров, тогда будет проведена качественная ревизия по той или иной звезде кем-то из команды VSX, уже в совокупности с данными автообзоров.

Спасибо за слова поддержки!
Пока для меня это некий "попутный процесс", для полноценных наблюдений нужно дооснаститься нужным фильтром, хотя бы V от Баадер (у нах есть набор UBVRI), да и наблюдательного времени в моём нынешнем расположении не так много.
Пока буду тренироваться и осваивать методику, а там посмотрим, возможно, какую-то часть времени буду уделять наблюдениям переменных.
Хорошо бы присоседиться к какой-нибудь программе по конкретным объектам. Есть ли такие и где их искать?

[SERIV]

В этом году в Пиксинсайте появился процесс VariableStarsObserver. Ему можно скормить серию снимков, он их отсолвит, определит, какие переменные есть в поле зрения и отфотометрирует их. Процесс хорошо автоматизирован.

Ого!!!!! С 2019 года я озадачился вопросом, а как, собственно, проводить массовую фотометрию всех переменных на своих снимках с олл-скай камеры? По какому пути идти? В VAST это сложно сделать, так как нужно софту показать все переменные, а потом уже проводить саму фотометрию, да и со сверхширокими полями он работает не очень хорошо - постоянно выбрасывает всевозможные еrrorы. Та же проблема с Maxim DL, но еще хуже - софт отказывается автоматически подхватывать изображения всего ансамбля звезд сравнения по определенной переменной звезде. А если таких звезд десятки и сотни? А тут появилась возможность  по автоматической фотометрии!   Может начаться новая эра среди наблюдателей переменных звезд! Вот еще бы сделали такой сервис на сайте AAVSO - загрузил серию изображений, на выходе получил файлик со всеми отфотометрированными звездами - информация поступила в их БД! Эдак можно любительские фототеки со всей планеты интегрировать в БД ААVSO!!! У меня с 2006 года лежит много архивных HDD, на которых большие обьемы пзс-снимков с Meаde DSI до 2015 года, а затем и с цифрозеркалок Nikon, Canon. КПД труда переменщика-фотометриста приблизится к 100%, а не ~ 0.01, как сейчас! Спасибо огромное за информацию!

[Дмитрий Маколкин]

Сильно сомневаюсь, что этот софт осилит снимки с all-sky камеры.
Но в целом, что-то подобное возможно.

[SERIV]

Хорошо бы присоседиться к какой-нибудь программе по конкретным объектам. Есть ли такие и где их искать?

У AAVSO есть такой сервис AAVSO Target Tool: https://targettool.aavso.org/ Можно выбрать какие-то определенные объекты и посмотреть ход наблюдений той или иной звезды, где находится, как долго ее никто не смотрел и т.д. и т.п. Но тут все зависит от предпочтений. Это все объекты из рабочих программ AAVSO. Кроме того, можно выбрать что-то из VSX aavso.org/vsx , особенно интересны обьекты с неизвестными типами переменности, остутствующими периодами, заподозренные в переменности, малоизученные и уникальные обьекты, не подпадающие ни под один тип  переменных звезд. А также имеются наблюдательные секции: https://www.aavso.org/observing-sections  Поле деятельности весьма широкое.

[Астровитянин]

Снимал в фильтрах RGB, для фотометрирования взял G, который с хорошей степенью точности соответствует фотометрическому V (поправьте меня, если это не так). Съёмка в G чередовалась с другими фильтрами, поэтому на графике есть пропуски.
Телескоп: Synta 250PDS, камера ZWO asi533mm (моно), фильтр G из комплекта RGB
Результат фотометрии построил в Экселе.
Погрешность оцениваю +-0,05m или лучше

А с какой выдержкой снимали? Что-то великоват разброс для вашего сетапа.

[Дмитрий Маколкин]

Снимал в фильтрах RGB, для фотометрирования взял G, который с хорошей степенью точности соответствует фотометрическому V (поправьте меня, если это не так). Съёмка в G чередовалась с другими фильтрами, поэтому на графике есть пропуски.
Телескоп: Synta 250PDS, камера ZWO asi533mm (моно), фильтр G из комплекта RGB
Результат фотометрии построил в Экселе.
Погрешность оцениваю +-0,05m или лучше

А с какой выдержкой снимали? Что-то великоват разброс для вашего сетапа.

1 минута. Тоже несколько удивлён разбросом, может причина в Bortle 9? Фон шумит изрядно.

[Астровитянин]

В принципе возможно, что засветка гадит. Надо пробовать сделать серию на нормальном небе и сравнить. У меня на главном калибре с минутными выдержками звезды 13.5m идут с разбросом +-0.01, причем на чипе IMX492, который чуть похуже 533. Камера же с холодильником?

[Дмитрий Маколкин]

В принципе возможно, что засветка гадит. Надо пробовать сделать серию на нормальном небе и сравнить. У меня на главном калибре с минутными выдержками звезды 13.5m идут с разбросом +-0.01, причем на чипе IMX492, который чуть похуже 533. Камера же с холодильником?

Да, камера с холодильником. На нормальном небе попробую, но не скоро.
Пока поставлю эксперимент. Эта серия сделана с дизерингом каждые 4 кадра. Выделю четверки кадров и сложу по этим четверкам. Посмотрю, как поменяется ошибка. В принципе, можно ожидать уменьшения разброса в 2 раза.

Кстати, нашел любопытную статью, китайцы тестировали камеру на 455-м сенсоре (линейка сенсоров с пикселем 3.76микрон: 533, 571, 455) на 60см телескопе в применении к фотометрии: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/ad359a/pdf

[рюрик]

У AAVSO есть такой сервис AAVSO .... Поле деятельности весьма широкое.

Немного не соглашусь. В отношении ААВСО розовые очки несколько поблекли. За 9 лет сотрудничества, получил от них почётную грамоту за первую тысячу оценок, письмо от Сары Бек про v374 UMa и усё. Негусто. Оценки отсылаешь пачками как в чёрную дыру, в ответ - тишина. Отсылаю туда больше по привычке, а не ради какого-то научного интереса. Скоро третью тысячу добью, и может брошу. Пусть несколько тысяч оценок и дальше гниют в компе. Пока отправляешь, теряешь массу времени, а такое ощущение что это и на х... никому не нужно. Ваня Брюханов гораздо лучше координировал работу "Бетельгейзы", чем эта ААВСО. Я, к примеру, наблюдаю звезду 10-15 лет, для постройки графика и уточнения периода. Как только график построил, статью написал, интерес к звезде угасает. Беру следующую.

[slava03]

За 9 лет сотрудничества, получил от них почётную грамоту за первую тысячу оценок, письмо от Сары Бек про v374 UMa и усё. Негусто. Оценки отсылаешь пачками как в чёрную дыру, в ответ - тишина.

У меня ещё интереснее. После того, как портал омен. ру перешёл к другому хозяину, вся почта оказалась недоступной. Я им и через личку писал и через робота и за меня другие люди с ними связывались- всё бестолку. Заводить новый ник не хочу, т.к. у меня к 2009г. в их базе было примерно 12тысяч оценок.

[Kostyan]

Я, к примеру, наблюдаю звезду 10-15 лет, для постройки графика и уточнения периода. Как только график построил, статью написал, интерес к звезде угасает.

Где можно почитать вашу статью ?

в их базе было примерно 12тысяч оценок.

А оценки сохранились ваши у вас локально на комьютере ?

[slava03]

в их базе было примерно 12тысяч оценок.

А оценки сохранились ваши у вас локально на комьютере ?

Конечно. До 2004г. в бумажном журнале, далее на компе.
У меня каждое астронаблюдение в телескоп записано в дневник, начиная с самого первого от октября 1988г.

[рюрик]

Где можно почитать вашу статью ?

Статьи публиковали различные астрономические журналы и газеты. Всех не упомнишь.

[Романов Филипп]

У меня ещё интереснее. После того, как портал омен. ру перешёл к другому хозяину, вся почта оказалась недоступной.

Читал о похожей проблеме недавно https://www.cloudynights.com/forums/topic/975611-contacting-the-aavso/ , её решили.

Оценки отсылаешь пачками как в чёрную дыру, в ответ - тишина.

Можете попробовать CCD наблюдения - члены AAVSO могут использовать удалённые телескопы AAVSOnet, фотометрия делается на их сайте через VPhot, тогда повышается шанс стать соавтором научных статей в рамках исследований переменных звёзд, чем только с визуальными наблюдениями.

[рюрик]

Оценки отсылаешь пачками как в чёрную дыру, в ответ - тишина.

Можете попробовать CCD наблюдения - члены AAVSO могут использовать удалённые телескопы AAVSOnet, фотометрия делается на их сайте через VPhot, тогда повышается шанс стать соавтором научных статей в рамках исследований переменных звёзд, чем только с визуальными наблюдениями.

Угу. Слишком много заморочек, при призрачной идее быть замеченным. Если бы само ААВСО стремилось к сотрудничеству, а не просило всё время: "ДАЙТЕ денег!", то и моё отношение к ним изменилось бы наверное. Нашли, у кого просить, пусть просят у Трумпа.

[SERIV]

Отсылаю туда больше по привычке, а не ради какого-то научного интереса. Скоро третью тысячу добью, и может брошу.

Бросать, Aндрей, не рекомендую. Дело интересное очень, но по времени очень затратное. Кстати, вот пример того, что можно определить из твоих наблюдений. По del UMa явно прослеживается нечто вроде небольшого ослабления яркости на ~0.3 зв.вел. и длительностью около 250-300 суток. Я это увидел после отправки своих фотонаблюдений в AAVSO и обалдел! Линк на звезду в VSX: https://vsx.aavso.org/index.php?view=detail.top&oid=44137 Пределы изменения яркости указаны 3,30-3,31 V. Необходима ревизия этой звезды.   Прилагаю график по этой звезде от AAVSO. Крестиками показаны наблюдения Андрея.  Как альтернативу визуалу, могу порекомендовать фотонаблюдения. Дешевая цифрозеркалка и простенький штатив,  софт ASTAP позволят автоматически фотометрировать сотни объектов легко и просто. Тем более софт бесплатный.

[KMM]

Вот еще бы сделали такой сервис на сайте AAVSO - загрузил серию изображений, на выходе получил файлик со всеми отфотометрированными звездами - информация поступила в их БД!

У них есть онлайн тулза для фотометрии. Вот только доступ к ней для членов AAVSO. Членство стоит денег, но небольших.
Но вообще, ASTAP реально рулит. Хотя порой подглючивает на некоторых снимках. А ещё я заметил, что ASTAP пишет разную точность измерений блеска в зависимости от того, сколько и каких снимков загружено для фотометрии за раз, что вообще-то странно и как-то не то, что ожидаешь.

1 минута. Тоже несколько удивлён разбросом, может причина в Bortle 9? Фон шумит изрядно.

А какие настройки камеры? У 533 сенсора шум считывания сильно зависят от гейна. Можете прогнать свою камеру в анализе сенсора в SharpCap, чтоб увидеть это. Да и на сайтах производителей камер на графиках это видно всё (только в отличие от ZWO и PlayerOne QHY привирает full well).
От засветки, если она постоянна, точность фотометрии никак не зависит. А вот от состоянии воздуха (его прозрачности, запылённости, влажности) зависит.
Но я бы для начала проверил снимки, а нет ли пересвета ни у переменной звезды, ни у звёзд сравнения. Всё-таки 60с на 250мм апертуре + засветка звёзды такого блеска проработаться должны были до очень больших значений яркости пикселей, потому вполне могли некоторые из них уйти в пересвет, особенно, если гейн был большим.
Ну и ещё посмотреть, где там горячие пиксели - их яркость от снимка к снимку может скакать, а если попал в изображение звезды, то это может сказаться.
А вообще, была ли полная калибровка снимков? Особенно флеты интересуют. У 533 шум низкий, а потому очень заметно проступает разница в чувствительности пикселей, что хорошо видно в муаре на флетах. И если из-за неточного ведения или атмосферы изображение звезды туда-сюда ходит, только из-за неравномерности чувствительности пикселей уже будет разброс.
Ну и попробуйте для сравнения сделать фотометрию в бесплатном ASTAP https://www.hnsky.org/astap.htm , чтоб проверить, насколько всё же разброс зависит от используемого софта. Там есть 2 режима: когда берёт эта софтина и по всему кадру в GAIA блеск в G берёт и пересчитывает в V, а можно выбрать только те, которые в базе AAVSO значатся, но тогда надо вручную прокликивать в списке, какие именно звёзды использовать хотите. Но для начала можно не заморачиваться.

В отношении ААВСО розовые очки несколько поблекли. За 9 лет сотрудничества, получил от них почётную грамоту за первую тысячу оценок, письмо от Сары Бек про v374 UMa и усё. Негусто. Оценки отсылаешь пачками как в чёрную дыру, в ответ - тишина.

Они каждое воскресенье присылают на имейл отчёт "AAVSO Weekly Data Usage Report", какие наблюдения были использованы. Вот, например, мой за прошлую неделю:

Your observations were included in the following
data downloads during the past seven (7) days:

  Request date                        Star name   # obs.      User      Purpose
---------------------------------------------------------------------------
  2025-12-14                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-15                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-15                            T CRB       54       Stu       Figure
  2025-12-15                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-15                           AE UMA       62       Pro    Education
  2025-12-15                           RZ CAS       48       Pro    Education
  2025-12-16                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-16                       BETELGEUSE        8        Am     Analysis
  2025-12-17                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-17                            T CRB       54       Stu     Analysis
  2025-12-17                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-18                          DEL CEP        1     Other     Analysis
  2025-12-18                            T CRB       54       Pro     Analysis
  2025-12-18                          DEL CEP        1        Am    Education
  2025-12-18                            T CRB       54        Am     Analysis
  2025-12-18                            T CRB       43        Am     Analysis
  2025-12-21                         V838 MON        5       Pro       Figure
---------------------------------------------------------------------------
Pro = Professional Astronomer   Am = Amateur Astronomer   Stu = Student

Как видно, в основном интересуются "хайповыми" звёздами, но иногда профи берут и что-то более специализированное для анализа, а то и просто для образования. Вон, я не так давно чисто для теста разброса фотометрии своего сетапа в двухчасовом просвете в сплошной облачности запустил съёмку максимума AE UMA, а вон, уже какой-то профи использовал мою фотометрию для каких-то образовательных целей. И даже вон загрузили себе мои "древние" наблюдения RZ CAS, которую я наблюдал когда-то визуально для Брюханова.
Если у вас не настроена такая рассылка, то стоит зайти в настройки своего профиля там, если вам важна такая обратная связь. У них давным-давно всё в онлайне и автоматизировано. Да и тысячами наблюдений уже никого не удивишь. Если посмотрите на кривую блеска той же T CRB, когда она в октябре-ноябре была с вечера видна долгое время, то там за вечер от одного наблюдателя десятки оценок, за месяц - сотни (хотя там порой такой разброс, что, как по мне, лучше меньше точек, но поточнее бы их).