Вопросы начинающих по наблюдению переменных звёзд

[smit]

Решил создать такую тему, потому что хочу начать по мере возможностей заниматься переменными звёздами. Вопросов у меня много (потому что знаний в данной области мало  ) Вот некоторые:
1) Расскажите, пож-та, в какой программе лучше всего делать фотометрию (и есть ли бесплатный софт?)
2) Касаемо фотометрии: её желательно делать по одной или нескольким звёздам сравнения, какой метод точнее? И есть ли подводные камни с выбором звезды сравнения (какие критерии выбора помимо стабильного блеска?)
3) Переменщиками часто употребляется слово SNR. Что это такое?

С уважением, Смирнов Александр

[kirx]

Вопросы хорошие, не на все из них есть общепринятые ответы. Вот моя личная версия...

1) Самая популярная и действительно очень неплохая программа для фотометрии - MaxIm DL. Она сильно не бесплатная, но... как известно, существует такое явление как пиратство.     Максим, безусловно, не единственная программа, и, кстати, тоже не лишённая недостатков. Думаю, другие участники форума приведут примеры своих любимых программ. Сам я обычно пользуюсь либо максимом, либо самописным софтом.

2) Хотя простая логика говорит, что чем больше звёзд сравнения - тем меньше шум, в реальной жизни простая логика работает не всегда. Если данные хорошие, в частности, хорошо проведена коррекция за неоднородности плоского поля и телескоп хорошо ведёт - тогда да, чем больше звёзд сравнения, тем лучше. Если наоборот, в течение ночи звезда ползает по плохому плоскому полю - тогда лучше выбрать хотя бы одну звезду сравнения, но максимально близко к переменной, чтобы они ползали по кадру вместе. Одна звезда сравнения близко к переменной помогает бороться с недоучтённой систематикой. Много звёзд сравнения позволяют бороться со случайным шумом (т.к. не только переменная но и звезда сравнения на каждом кадре измеряются с конечной точностью).
В любом случае, идеальная звезда сравнения должна быть достаточно ярка (но не слишком, чтобы не начала влиять возможная нелинейность отклика ПЗС). Пусть будет, скажем на величину ярче переменной (очень условно). Кроме того, в идеале, цвет звезды сравнения не должен сильно отличаться от цвета переменной т.к. поглощение в атмосфере чуть-чуть зависит от цвета звезды и при изменении воздушной массы относительная яркость красных и белых звёзд будет меняться. За цветовым соответствием особо гнаться не надо, важно не напороться на какой нибудь экстремальный случай - не выбрать в качестве сравнения уж очень красную или очень синюю звезду.

3) Это не только переменьщики употребляют, это вообще часто используют в науке и технике...
SNR - Signal-to-noise ratio - отношение сигнал/шум (или просто сигнал-шум):
http://en.wikipedia.org/wiki/Signal-to-noise_ratio
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D0%B3%D0%BD%D0%B0%D0%BB/%D1%88%D1%83%D0%BC
Конкретно применительно к апертурной фотометрии
SNR=(сумма_отсчётов_в_апертуре - фон_в_одном_пикселе*площадь_аперутры)/(дисперсия_на_один_пиксель*площадь_аперутры)
фон_в_одном_пикселе и дисперсия_на_один_пиксель часто оцениваются в кольце на небольшом расстоянии вокруг звезды (суммируются отсчёты в кольце, рассчитывается дисперсия отсчётов и делятся на площадь кольца, а потом предполагается, что под измеряемой звездой свойства шума такие же).
В небольших пределах справедлива формула: ошибка_в_звёздных_величинах=1/SNR, т.е. SNR=10 соответствует ошибке 0.1m, SNR=100 соответствует ошибке 0.01m. Но важно помнить, что эта упрощённая формула учитывает только вклад шума фона в ошибку измерений, она не учитывает фотонный шум от самой звезды и любую возможную систематику. Т.е. ей можно пользоваться только для небольших SNR.

[smit]

Спасибо за подробные ответы, многое стал лучше понимать. Но как посчитать SNR не очень сообразил, если можно, то расскажите по-подробнее на каком-нибудь конкретном примере.

[kirx]

Не, ну самом вручную суммировать отсчёты в пикселях не надо, это ж с тоски помереть можно!    Это должна сделать программа, которой производится фотометрия и выдать SNR уже в готовом виде. Если она этого не делает, но выдаёт ошибку в звёздных величинах - вероятнее всего это та самая ошибка, которая обратна SNR.
На самом деле точное значение SNR не так уж важно т.к. оно описывает только один из факторов, влияющих на точность измерений. Важно представлять его значение хотя бы примерно, в смысле это 10, 100 или 1000...

Если используемая программа не позволяет считать SNR, но позволяет смотреть отсчёты в отдельных пикселях, то для себя, как параметр позволяющий судить насколько один кадр лучше/хуже другого можно использовать отношение значения самого яркого пикселя на звезде к характерному значению фона вокруг неё. Это отношение пропорционально SNR, но значение коэффициента пропорциональности будет своё для каждого инструмента и для каждого размера апертуры. Так что абсолютное значение SNR так не посчитать, этот способ хорош только для быстрого сравнения качества кадров...

[smit]

Не, ну самом вручную суммировать отсчёты в пикселях не надо, это ж с тоски помереть можно!   

А я уж было калькулятор приготовил! Вообщем, я так понял, MaxIm DL SNR сам считает.
У меня есть ещё один жизненно важный вопрос. В моём арсенале пока нет ПЗСки, в наличии только фотик Никон Д40. В связи с этим, хотелось бы узнать, насколько точна будет фотометрия с ним? Существуют ли какие-нибудь хитрости при использовании фотика для повышения точности фотометрии (какие-нибудь фильтры, например)?

[kirx]

В моём арсенале тоже нет ПЗСки. Так всю жизнь и побираюсь по друзьям, знакомым и коллегам...
Я исследовал возможность использования своей цифрозеркалки Кэнон 350Д для фотометрии, могу сказать про неё - *полный бесперспективняк*. По пригодности для фотометрии цифрозеркалка очень далека даже от самой старой, плохой и дешёвой астрономической ПЗС камеры, которую только можно найти. Основные причины: она цветная, 12 битный АЦП, часто используются какие-то нездоровые режимы считывания (видна периодическая структура на темновых кадрах). Конечно, если уж очень надо, можно делать фотометрию и по снимкам цифрозеркалки. Но характерная точность будет как при глазомерных оценках, что-то порядка 0.1m вместо "типичных" для ПЗС 0.01-0.02m. Единственное достоинство по сравнению с глазом - можно сделать длинную экспозицию и получить лучшее проницанее. Ну и плюс документальность, конечно. За это приходится платить жуткой вознёй.
Может быть, хорошее применение для цифрозеркалки было-бы не измерение уже известных переменных звёзд или поиск ранее неизвестных, а патруль, поиск новых/сверхновых... Что-то где не так важна точность измерения...

[smit]

Я исследовал возможность использования своей цифрозеркалки Кэнон 350Д для фотометрии, могу сказать про неё - *полный бесперспективняк*.

Печально, но придётся тренироваться пока на фотике. Лиха беда-начало...
Посоветуйте, какие программы лучше использовать для построения графиков.

[SERIV]

После kirx добавить нечего. Конечно, цифрозеркалки и мыльницы НИКАК НЕ ГОДЯТСЯ ДЛЯ ФОТОТМЕТРИИ ПЕРЕМЕННЫХ. Лишь для поиска Новых звезд. А вот софт для построения графиков - программа Андронова И.Л. Effect  Для индивидуальных кривых за ночь (автонаблюдения) использую обычный Excel.

[smit]

Я исследовал возможность использования своей цифрозеркалки Кэнон 350Д для фотометрии, могу сказать про неё - *полный бесперспективняк*.

Кстати, забыл спросить, вы оценивали возможность Кэнона по SNR, или другим методом?

А вот софт для построения графиков - программа Андронова И.Л. Effect 

А можете дать ссылку?

[smit]

И ещё вопрос: насколько сильно на точность фотометрии влияет фокусировка телескопа?

[SERIV]

Cмит, софт вышлю сегодня позже. Специальлно изучением вопроса о влиянии точности фокусировки на точность фототметрии не занимался. понятно. Что точность упадет, т.к. уменьшится SNR. Я так понимаю. 

[smit]

Cмит, софт вышлю сегодня позже. Специальлно изучением вопроса о влиянии точности фокусировки на точность фототметрии не занимался. понятно. Что точность упадет, т.к. уменьшится SNR. Я так понимаю. 

Спасибо! И ещё, может бредовый вопрос, но всё же: я так понимаю, что цветная матрица-это не есть хорошо. Значит ли это, что дорогостоящие цветные CCD не подходят для фотометрии (т.е. такие матрицы только для фотографии)?

[kirx]

...я так понимаю, что цветная матрица-это не есть хорошо. Значит ли это, что дорогостоящие цветные CCD не подходят для фотометрии (т.е. такие матрицы только для фотографии)?

Всё так и есть. Дорогостоящие цветные матрицы не подходят для фотометрии. Честное слово, сердце кровью обливается каждый раз когда встречаю название какой-нибудь замечательной матрицы, а в конце названия приписана маааленькая такая противная буква "C", например "ST-2000C"...   И вот нафига спрашивается делают?    Что, с цветными фильтрами уже снимки хуже получаются? Может на Хаббл тоже цветную матрицу поставить тогда?!?
Цветная матрица, даже если она лишена прочих недостатков цифрозеркалки не подходит для фотометрии потому, что пиксели в Баеровской ячейке из 4 пикселей имеют каждый свою кривую чувствительности (R, G, B; ну зелёных пикселей там два из четырёх, но не в этом суть). Звезда на типичном снимке занимает всего несколько таких ячеек (в 4 раза меньше чем она занимает пикселей). Соответственно, отсчёт на ней будет меняться когда звезда будет чуть-чуть перемещаться по кадру - при этом она будет светить то в больше количество синих пикселей, то в больше кол-во зелёных, то красных. Теоретически, если изображение звезды сделать очень большим, чтобы звезда попадала в большое кол-во Баеровских ячеек, этот эффект можно минимизировать и наслаждаться фотометрией в забавной (кривая чувствительности будет состоять из трёх горбов), но вполне определённой инструментальной системе. Но размазывать звёзды по такому большому кол-ву пикселей уже не практично. И тут мы подходим ко второму вопросу...

Тема влияния фокусировки на точность фотометрии не менее холиварная, чем обсуждающийся в соседней ветке вопрос "о смерти визуала". Конечно, если измеряется предельно слабая звезда, то при ухудшении фокусировки она размазывается по большему числу пикселей, падает SNR и уменьшается точность фотометрии. Но что если мы измеряем яркую изолированную (чтобы даже при сильной расфокусировке на неё не налез никто из соседей) звезду? Тогда, уменьшение отсчётов в каждом пикселе мы можем компенсировать увеличением экспозиции и получит такие же высокие отсчёты как раньше, но в большем числе пикселей. Соответственно, уменьшится фотонный шум и усреднится неодинаковость чувствительности пикселей (недоубранная плоским полем)! Т.е. мы приходим к неочевидному на первый взгляд выводу, что плохой фокус это хорошо для фотометрии!   Но, как часто бывает в жизни, в деле расфокусировки телескопа важно вовремя остановиться.   Остановиться надо до того, как изображения расфокусированных звёзд начнут налезать друг на друга и до того, как для получения достаточного сигнала на звезде потребуется экспозиция, которую уже не тянет часовик (внеосевой автогид помрёт при сильном расфокусе).
Но я не могу гарантировать, что правильно понимаю все факторы, влияющие на точность фотометрии при расфокусе. Жаркие дебаты среди наблюдателей всё ещё идут. Лично я за попытку найти "золотую середину".
Так что, моё мнение в этой священной войне такое: если не идёт охота за слабым объектом, то небольшой расфокус - это не страшно, а даже может быть полезно, а стабильность фокуса важнее качества фокусировки.

[Иван С. Брюханов]

Smit,

смотрите лучше "журнал наблюдений переменных звёзд" ...

И подключайтесь к визуалу.

В начале нужно освоить визуал. Это ничуть не хуже ПЗС ... И есть часть задач успешно решаемая визуально

bis

[Евгений Ромас(BrainBug)]

2 Кирилл(kirx):
Про улучшения качества/надёжности фотометрии при небольшой расфкусировке я уже слышал неоднократно из абсолютно разных источников! В том числе и из англоязычных.
Видать, не с проста! 
И склоняюсь к тому что небольшую расфокусировку делать даже нужно в случае если опорая(ые) звезда(ы) не налазиют на соседние!
Нехватка фотонов при расфокусировке компенсируется бОльшей выдержкой... Внеосевик "сдохнет"? А если внеосевик сам по себе может фокусироваться? Ну или отдельная труба_гид+гидирующая_камера как это сделанно у меня? Всегда найдутся решения...
К слову сказать, я уже давно хочу провести эксперимент на счёт фотометрии по небольшой расфокусировке и с возможно точной фокусировкой - сравнить цифры и всё станет однозначно ясно. 

[KMM]

http://www.astrosurf.org/buil/exoplanet/phot.htm - вот пример использования цифрозеркалки для фотометрии. Как видно, был применена расфокусировка, правда, очень сильная.
Если ненужно сильно большое временнОе разрешение, то, я думаю, можно применить небольшой дефокус + небольшое смещение между экспонированием, а потом усреднять по несколько кадров.
В любом случае, нужно применять фильтры (тем более, что у некоторых цифрозеркалок ИК-блок-фильтр, который стоит перед матрицей пропускает ближний ИК), а то вон среди пзс-фотометристов идут споры, потому что даже не каждая ч/б астроматрица + фотометрические фильтры дают близкие результаты: разброс доходит между фотометрическими рядами разных наблюдателей до 0,2m (конечно, это "капельки" по сравнению с визуальными наблюдениями, где по базе AAVSO разброс для ярких мирид доходит до 1-1,5m!).

[kirx]

2 Евгений Ромас(BrainBug)
Здорово если гид можно отдельно сфокусировать! Одним ограничением меньше!  
Обязательно напишите о результатах эксперимента по измерению звезды с небольшой расфокусировкой и без. Я конкретных цифр на эту тему не видел никогда, всё больше общетеоретические рассуждения как в моём прошлом посте!

2 KMM
Спасибо за ссылку! Но у меня есть проблема - я вижу, что ссылка интересная, фотографии понятные, а на графиках очень аппетитные цифры... но я ни слова не разбираю по-французски! Это достойное наказание мне за все англоязычные ссылки, которые я постил на русскоязычных форумах.   Не могли бы Вы кратко пересказать методику наблюдений Буила и какой точности он в итоге достиг?

Вообще, я не уверен, что осваивая новый инструмент стоит сразу гнаться за точной привязкой своей инструментальной системы к системе Джонсона. В смысле это важно и нужно, но это уже следующий шаг. Первое, чего нужно добиваться - хорошей стабильности измерений в инструментальной системе. Потому, что множество задач можно решать и без привязки к системе. Например, измерения моментов минимумов, определение периодов короткопериодических переменных или периода сверхгорбов при вспышке карликовой новой. В общем, практически любые задачи с которыми можно справиться своими силами или при поддержке всего нескольких других наблюдателей.
Если наблюдений в различных, но близких друг-другу инструментальных системах достаточно много, то их всегда можно скомбинировать насильно приравняв блеск в соответствующих участках кривой блеска. Например, если для определения периода затменной типа Алголя нужно скомбинировать наблюдения с двух разных матриц с двумя разными R фильтрами - можно просто приравнять среднее значение блеска в максимуме, измеренное на каждой матрице... И это будет корректной процедурой до тех пор, пока изменениями цвета звезды можно пренебречь.  Например, наблюдения того же условного Алголя в B и в R так скомбинировать уже, вероятно, не получится - глубина затмений может быть заметно разной в этих фильтрах. Короче говоря, стремиться реализовать на своём инструменте стандартную систему надо. Но, не надо забывать и про задачи, которые можно решать пользуясь только инструментальной системой!

[KMM]

2 KMM
Спасибо за ссылку! Но у меня есть проблема - я вижу, что ссылка интересная, фотографии понятные, а на графиках очень аппетитные цифры... но я ни слова не разбираю по-французски! Это достойное наказание мне за все англоязычные ссылки, которые я постил на русскоязычных форумах.   Не могли бы Вы кратко пересказать методику наблюдений Буила и какой точности он в итоге достиг?

Я тоже не бум-бум во французском и нету там аналогичной статьи на английском, как это заведено у них на сайте во всех соседних статьях!
Можно рассматривать только картинки... Но по картинкам общие сведения понять всё-таки можно, даже кривая блеска есть - по ней-то о точности и судить можно.

Вообще, я не уверен, что осваивая новый инструмент стоит сразу гнаться за точной привязкой своей инструментальной системы к системе Джонсона.
...
Но, не надо забывать и про задачи, которые можно решать пользуясь только инструментальной системой!

Я ж не говорю, что обязательно сразу точную привязку делать, надо более-менее приблизится, причём сразу, чтобы потом не оказалось, что множество отснятого как бы для тренировки материала никуда нельзя использовать дальше.
Задач очень мало: с фотографическим объективом и цифрозеркалкой, боюсь, не хватит проницания, чтобы исследовать сверхгорбы у новоподных, чтобы точность измерений была лучше 0,05m, хотя да, эти звёзды белые во вспышке.
Цефеиды не померяешь, потому что там момент максимума зависит от того, в каком диапазоне наблюдать, не говоря уже о миридах, полуправильных - они очень красные и тут уже важно насколько близки характеристики фотоприёмника + фильтра к системным значениям.
Остаются только алголи, но для работы с ними нужно большое временнОе разрешение.

Кстати, тут вспомнил ещё одну ссылочку http://www.forum.belastro.net/viewtopic.php?p=5947#5947 - про фильтры и цифрозеркалки.

[smit]

Всего день отсутствовал на форуме, а сколько нового здесь появилось!
По поводу предложения Ивана Брюханова:
Честно говоря, несколько лет назад я занимался простенькими визуальными наблюдениями ро Кассиопеи (узнал про эту звезду в журнале Звездочёт; смотрел с монокуляром 8х30). Даже получил некое подобие графика (наблюдения проводились с марта 2004 по август 2005 года). Прекратилось это дело по причине обычной замкнутости, я не знал, куда нужно отправлять результаты, интернета у меня не было, и интерес постепенно угас. Я поэтому сейчас так активно включился в разговор об объединении всех, ведь наверняка где-то есть любители, которые, как и я в 2004 году, что-то смотрят, но не знают куда отправить свои результаты...Сейчас визуальные наблюдения меня немного отпугивают по причине очень засвеченного неба (наблюдаю преимущественно в городе, вокруг точки наблюдения навскидку могу насчитать до 20-ти натриевых фонарей - фон неба в телескопе просто ужасающий). На фотик могу снять-и всё, дальше обрабатывай, а с визуальной оценкой дело сложнее, меня просто субъективно будет раздражать фон ...Но от визуальных наблюдений я всё-равно не хотел бы отказываться, но нужно решить вопрос с местом за городом...

Также у меня появилась очередная партия вопросов по цифре  . Первое, насколько влияет засветка на фотометрию? А также, что если звёзды на кадре немного "поедут" из-за неточности гидирования? Кадр в топку или нет?
Второе, по поводу снимания в G-канале. Из статьи про Кэнон я понял, что результат будет близок к фотографированию с V фильтром. У Никона также? И как вы думаете по поводу оценок точности фотометрии в 0,05m, что озвучены в статье http://www.forum.belastro.net/viewtopic.php?p=5947#5947

[Иван С. Брюханов]

Добрый день !

КРАТКО.

Я принимаю любые визуальные наблюдения, консультирую по проведению таких наблюдений, предлагаю объекты для совместных наблюдений - с целью чтобы сам наблюдатель стал соавтором в очередной статье в журнале профессионалов ...

Как я горорил - ОЧЕРЕДНОЙ ОБЪЕКТ это Т Цефея ... И V0505 Персея ... Эти мирида и затменная войдут в очередную статью профессиналов, в которой мы будем соавторами. Так я работаю и с учениками и с заочниками вот уже 12 лет ...

НАСЧЁТ засветки в городе. Бояться ЕЁ не нужно. Свой фотопатруль при ших условиях я провожу ТОЛЬКО за городом в Городище ... А визуал могу проводить даже перемещаясь по Минску (неоднократно наблюдал явления затменных переменных, перемещаясь с биноклем или монокуляром по городу при решении других житейских фопросов). Нет проблем. Остаётся выбрать немного место потемнее ИЛИ подняться на крышу чтоб фонари остались внизу - и вопрос решён.

Я продолжаю интенсивно и успешно наблюдать прямо в мегаполисе Минск вот уже с 1996-го ...

bis