Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Nový systém pro pozorování slabých meteorů

Nový systém pro pozorování slabých meteorů

Jasná Orionida v souhvězdí Orionu v roce 2008.
Autor: Jens Hackmann.

CCTV systém NFC zaměřený na sledování slabých meteorů s limitní mezní hvězdnou velikostí kolem +6,5 mag (meteory) umožňuje výzkum drah méně hmotných meteoroidů v rámci jednotlivých meteorických rojů, případně sporadického pozadí, a také výzkum fragmentace slabých meteorů.

ÚVOD

Běžné kamerové systémy fungující v sítích EDMONd (European viDeo MeteOr Network) a BRAMON (BRAzilian MeteOr Network) pracují s CCTV kamerami, které jsou vybaveny CCD čipy o velikosti 1/2" a 1/3" a většinou CCTV objektivy s proměnným ohniskem (varifokální). Tyto systémy disponují zorným polem (FOV) o velikosti kolem 70 stupňů horizontálně a 56 stupňů vertikálně, což odpovídá běžnému PAL D1 signálu s rozlišením obrazu 720×576 pixelů. Kamery v této konfiguraci jsou schopné zaznamenat nejslabší meteory o zdánlivých jasnostech mezi +1,5 a +2,0 mag. Spíše výjimečně jsou pak schopné zaznamenat i meteory slabší, nicméně účinnost systémů pak drasticky klesá (pro meteory kolem +2,5 mag je to pouze kolem 10% – tedy průměrně každý desátý meteor této hvězdné velikosti je systémem zachycen).

CCTV systém zaměřený na sledování slabých meteorů s limitní mezní hvězdnou velikostí kolem +6,5 mag (meteory) umožňuje výzkum drah méně hmotných meteoroidů v rámci jednotlivých meteorických rojů, případně sporadického pozadí, a také výzkum fragmentace slabých meteorů. Stále otevřenou otázkou je pak absence stop u slabých meteorů. Zatímco standardní CCTV kamery zaznamenávají tělesa o hmotnostech v řádech gramů, citlivý NFC systém je schopný zaznamenat tělesa se vstupní hmotností mezi 10−1 až 10−2 g (v závislosti na vstupní rychlosti tělesa).

HISTORIE VÍCESTANIČNÍHO POZOROVÁNÍ SLABÝCH METEORŮ

„Narrow field camera“ systému CAMO Autor: The Department of Physics and Astronomy, The University of Western Ontario
„Narrow field camera“ systému CAMO
Autor: The Department of Physics and Astronomy, The University of Western Ontario

Vícestaniční pozorování slabých meteorů, ať už videotechnikou nebo fotografickou technikou, je v současné době poměrně opomíjeným odvětvím meteorické astronomie.

Prvním systémem pro zaznamenávání slabých meteorů byla dvojice Baker Super-Schmidt kamer (se třemi menisky), která byla instalována na dvou stanicích v USA (Sacramento Peak, Mayhill) od roku 1952 do roku 1954. Jednalo se o fotografický systém se zorným polem 56° a limitní mezní hvězdnou velikostí +11,0 mag (hvězdy) a +4,0 mag (meteory). Rotační sektor s 1 800 otáčkami za minutu dokázal rozdělit dráhu meteoru 60krát během jedné sekundy letu. Během trvání programu bylo zaznamenáno celkem 4 500 meteorů, z nichž více jak 3 500 bylo zachyceno z obou stanic. Výsledkem práce systému byl katalog 413 velmi přesných drah meteorů (Jacchia a Whipple, 1956).

Dalším pokusem bylo použití dvou identických zrcadlových dalekohledů (systém Newton) s průměrem zrcadla 40 cm a světelností f/4,5 v kombinaci s CCD kamerou se zesilovačem obrazu (QIEBIR) na observatoři Elginfield (Kanada). Systém byl spuštěn během 6 nocí v září 2003 a květnu 2004, zorné pole každého dalekohledu bylo 0,48° horizontálně a 0,34° vertikálně s limitní mezní hvězdnou velikostí +13,0 mag (hvězdy) a +9,0 mag (meteory). Vzdálenost obou dalekohledů byla pouze 27,5 m (9/2003) a 105,2 m (5/2004). V uvedeném období bylo zaznamenáno celkem 87 slabých meteorů, z nichž 56 bylo dvojstaničních.

Posledním dlouhodobějším projektem (fungujícím i v současné době) je kanadský systém CAMI (The Canadian Automated Meteor Observatory), který je v provozu od roku 2005. Systém sestává ze dvou identických stanic ve vzdálenosti 50 km. Každá stanice obsahuje vysokorychlostní (80 sn/s) CCD kameru Imperx LYNX IPX-VGA120-L se širokým zorným polem (25×10°) se zesilovačem obrazu ITT Nitecam 380i, která má limitní mezní hvězdnou velikost +7,0 mag (hvězdy). Slouží pro zaznamenání meteorů v reálném čase a pro určení pozice dvou zrcadel v okamžiku přeletu meteoru. Tato zrcadla dále odráží světlo meteoru do části kamery s úzkým zorným polem, která se skládá z refraktoru ZenithStar 80/545 mm (f/6,8) s vysokorychlostní (80 sn/s) CCD kamerou Imperx LYNX IPX-VGA120-L se zesilovačem obrazu ITT Nitecam 380i. Průměr zorného pole této části systému je 1,5° a absolutní magnitudy zaznamenaných meteorů se pohybují obvykle mezi +4,1 mag a −1,7 mag, limitní mezní hvězdná velikost tohoto systému je +6,0 mag (meteory). S tímto projektem je také spojena dvojice kamer PCO Imaging 1600, opět se zesilovačem obrazu ITT Nitecam 380i a širším zorným polem 21° (horizontálně), která má limitní mezní hvězdnou velikostí +10,0 mag (hvězdy) a +7,5 mag (meteory), nevýhodou je poměrně nízká snímkovací frekvence (20 sn/s), výhodou pak vysoké rozlišení (1 600 × 1 200 px).

SPECIFIKACE SYSTÉMU

Osazení a skladba systému NFC – stanice Kroměříž Autor: Jakub Koukal
Osazení a skladba systému NFC – stanice Kroměříž
Autor: Jakub Koukal

Rozsah systému NFC (Narrow Field Camera) v rámci sítě CEMeNt je prozatím plánován v počtu 6 stanic, z nichž 4 jsou realizovány v rámci projektu RPKS. Dvě jsou již v provozu a jsou umístěny v ČR (Valašské Meziříčí, Kroměříž) a 4 budou umístěny v SR (Banská Bystrica-Vartovka, Žiar nad Hronom, Zákopčie a Kysucké Nové Mesto).

NFC stanice na hvězdárně Valašské Meziříčí Autor: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí
NFC stanice na hvězdárně Valašské Meziříčí
Autor: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí

Základem každé ze stanic je citlivá CCTV kamera Watec 902 H2 Ultimate s 1/2" čipem Sony ICX429ALL a citlivostí v BW režimu 0,0001 lx se světelným objektivem Meopta Meostigmat 1/50 – 52,5 mm, o ohniskové vzdálenosti 50 mm a světelnosti f/1,0. Převod signálu z analogového výstupu z kamery Watec na digitální vstup do PC je zajištěn USB A/D převodníkem AverMedia DVD EzMaker, pro záznam a vyhodnocení jednotlivých meteorů je používán software UFO Tools (Ufo Capture, Ufo Analyzer a Ufo Orbit). Ochrana systému proti povětrnostním podmínkám je realizována krytem s vyhříváním Marathon MH 805/12 s krytím IP 66.

Zorné pole systému o rozměru 6,8° horizontálně a 5,4° vertikálně je plošně zhruba 100krát menší než zorné pole klasických CCTV kamer v síti EDMONd nebo BRAMON. Limitní mezní hvězdná velikost v průběhu nocí s průměrnými podmínkami je +9,5 mag (hvězdy) a +6,0 mag (meteory), v průběhu nocí s výbornými podmínkami pak +10,4 mag (hvězdy) a +7,0 mag (meteory).

VÍCESTANIČNÍ POZOROVÁNÍ METEORŮ SYSTÉMEM NFC

První meteor zaznamenaný systémem NFC a také běžnou kamerou (Kroměříž ENE) Autor: Jakub Koukal
První meteor zaznamenaný systémem NFC a také běžnou kamerou (Kroměříž ENE)
Autor: Jakub Koukal

První pevně instalovaná stanice systému NFC byla uvedena do provozu 1. 4. 2015 v Kroměříži. Stanice má fixní uložení, není tedy možné měnit polohu FOV, s azimutem středu FOV 27,9° a elevací 43,4°. Jako druhá v pořadí byla instalovaná stanice Valašské Meziříčí (15. 4. 2015), která je umístěna na terase jižní budovy hvězdárny. Stanice má možnost měnit polohu FOV jak v horizontálním, tak ve vertikálním směru a stávající azimut středu FOV je 4,1° a elevace 53,8°.

Srovnání zorného pole (FOV) stanic Kroměříž ENE a Kroměříž NFC Autor: Jakub Koukal
Srovnání zorného pole (FOV) stanic Kroměříž ENE a Kroměříž NFC
Autor: Jakub Koukal

Do 28. 4. 2015 bylo oběma systémy (včetně testovacího provozu v roce 2014) zaznamenáno v průběhu 22 nocí celkem 227 jednostaničních meteorů, z nichž 88 bylo zaznamenáno oběma stanicemi. K tomuto datu je tedy k dispozici 44 drah vícestaničních meteorů, největší zastoupení mají sporadické meteory (32 drah), z rojových pak ZCY (3 dráhy), LVI (2 dráhy) a KCG, LYR, PUM, SPE, AIC, NIA a NCY (po 1 dráze). Vzhledem k datu uvedení do provozu stanice Valašské Meziříčí (15. 4. 2015) byla tato stanice v provozu pouze 13 nocí, a to včetně 2 nocí v roce 2014.

Zorné pole (FOV) stanic Kroměříž a Valašské Meziříčí Autor: Jakub Koukal
Zorné pole (FOV) stanic Kroměříž a Valašské Meziříčí
Autor: Jakub Koukal

Před testovacím provozem systému NFC v roce 2014 byla zpracována teoretická distribuce rozložení zdánlivých jasností a odhad počtu zaznamenaných meteorů, který je možné očekávat při použití systému NFC. Jako referenční vzorek dat bylo využito distribuce zdánlivých jasností z běžných kamer sítě CEMeNt v roce 2014 (59 925 meteorů), uvažovaná mezní hvězdná velikost těchto systémů byla +5,2 mag. Odhad počtu zaznamenaných meteorů systémem NFC byl korigován na malé zorné pole systému a také na vyšší počet meteorů slabších magnitud při populačním indexu 2,8. Limitní hvězdná velikost systému NFC byla uvažována +9,6 mag, v souladu s měřeními provedenými během jednostaničních testů v roce 2014.

Teoretická distribuce jasností meteorů a její srovnání s reálnou ze systému NFC (stanice Kroměříž a Valašské Meziříčí) Autor: Jakub Koukal
Teoretická distribuce jasností meteorů a její srovnání s reálnou ze systému NFC (stanice Kroměříž a Valašské Meziříčí)
Autor: Jakub Koukal

Během provozu stanic v uvedeném období byla zpracována skutečná distribuce jasností z obou NFC kamer, která byla porovnána se skutečným počtem meteorů zaznamenaných v uvedeném období na běžných kamerách sítě CEMeNt, které mají shodný směr FOV jako kamery NFC. Pro stanici Kroměříž NFC bylo využito stanice Kroměříž ENE a pro stanici Valašské Meziříčí NFC pak kamery Zlín N, neboť na hvězdárně Valašské Meziříčí není osazena kamera se shodným směrem FOV kromě spektrografu, který není pro tyto účely vhodný.

Podle teoretického modelu by se mělo maximální množství meteorů zaznamenaných systémem NFC nacházet kolem zdánlivé jasnosti +5,0 mag, podle reálné distribuce jasností je to pak kolem +4,75 mag. Taktéž celkové množství zaznamenaných meteorů v poměru k běžnému kamerovému systému je podle modelu kolem 60%, podle reálných dat je to pak 79%. Vyšší množství zaznamenaných meteorů systémem NFC proti předpokladu ovšem může být způsobeno výběrovým efektem. Měsíc duben je charakteristický obecně nízkou meteorickou aktivitou (s výjimkou meteorického roje Lyrid) a také vyšším výskytem slabých meteorů. Pro přesné srovnání teoretického modelu a reálných počtů meteorů je tedy nutné mít větší soubor dat, ideálně pak z celého roku provozu NFC systému.

VÝSLEDKY – VÍCESTANIČNÍ DRÁHY SLABÝCH METEORŮ

2D projekce 44 dvojstaničních drah ve Sluneční soustavě Autor: Jakub Koukal
2D projekce 44 dvojstaničních drah ve Sluneční soustavě
Autor: Jakub Koukal

Během 13 nocí vícestaničního provozu systému NFC bylo zaznamenáno celkem 44 dvojstaničních drah, efektivita párování jednostaničních meteorů byla tedy 47%. Nižší efektivita párování je způsobena rozdílným stavem počasí na obou stanicích v některých nocích vícestaničního provozu. Prvním kritériem pro hodnocení kvality získaných dat bylo posouzení rozdílu geocentrických rychlostí (vg) drah meteoroidů mezi jednotlivými stanicemi. Minimální absolutní rozdíl vg byl 0,03 km/s, maximální 7,47 km/s a průměrný pak 0,81 km/s, poměrný rozdíl (ve vztahu ke geocentrické rychlosti unifikované dráhy) pak byl minimálně 0,12%, maximálně 21,71% a průměrně 4,11%. Průměrná zdánlivá jasnost meteorů zaznamenaných systémem NFC byla v uvedeném období +4,19 mag, zatímco průměrná zdánlivá jasnost meteorů zaznamenaných na přiřazených klasických kamerách sítě CEMeNt (Kroměříž ENE, Zlín N) byla +0,31 mag.

2D projekce atmosférických drah 44 dvojstaničních meteorů Autor: Jakub Koukal
2D projekce atmosférických drah 44 dvojstaničních meteorů
Autor: Jakub Koukal

Dalším kritériem pro posouzení kvality drah meteoroidů byla úhlová odchylka proložené přímky a skutečného záznamu meteoru (cdeg) a také odchylka v přesnosti určení polohy bodů dráhy meteoru, vycházející z astrometrie hvězdného pozadí (ddeg). Obě tyto hodnoty jsou udávány v úhlových stupních. Minimální hodnota parametru ddeg ze všech 227 jednostaničních meteorů byla 0,0014, maximální 0,00591 a průměrná 0,0027, přičemž průměrná hodnota ddeg ze všech běžných kamerových systémů v síti CEMeNt v roce 2014 je 0,0347. Kamerový systém NFC je tedy v tomto směru víc jak 13krát přesnější než běžné systémy. Minimální hodnota parametru cdeg ze všech 54 jednostaničních meteorů byla 0,0009, maximální 0,00323 a průměrná 0,0015, přičemž průměrná hodnota cdeg ze všech běžných kamerových systémů v síti CEMeNt v roce 2014 je 0,0195. Kamerový systém NFC je tedy v tomto směru víc jak 13krát přesnější než běžné systémy. V tabulce je uveden přehled části vícestaničních drah i s jednotlivými rozdíly vg mezi stanicemi.

Porovnání geocentrických rychlostí při měření z jednotlivých stanic NFC Autor: Jakub Koukal
Porovnání geocentrických rychlostí při měření z jednotlivých stanic NFC
Autor: Jakub Koukal
Vysvětlivky:
 
localtime … čas zaznamenání meteoru (UT)
ID1       … stanice
amag      … absolutní magnituda meteoru
vg        … geocentrická rychlost (km/s)
dur       … trvání úkazu (meteoru)
ddeg      … astrometrie hvězdného pozadí
            (masky) záznamu
cdeg      … úhlová odchylka proložené přímky
            a skutečného záznamu meteoru
dvg       … odchylka geocentrické rychlosti mezi
            jednotlivými stanicemi (km/s)
dvg%      … odchylka geocentrické rychlosti mezi
            stanicemi vztažená ke geocentrické
            rychlosti (%)

ZÁVĚR

Výsledky z prvního měsíce provozu dvojice stanic systému NFC jednoznačně ukazují možnosti jeho uplatnění při studiu slabých meteorů – výrazné zpřesnění orbitálních elementů drah meteoroidů ve Sluneční soustavě, možnost výzkumu stop slabých meteorů a také možnost detailního výzkumu fragmentace i v případě jasnějších meteorů.

Observační systémy jsou rozvíjeny v rámci mikroprojektu Rozvoj přeshraniční kooperující sítě pro odbornou práci a vzdělávání.

 

056483.jpg

Projekt je spolufinancován z Fondu Mikroprojektů Operačního programu příhraniční spolupráce Slovenská republika – Česká republika 2007 – 2013

 

056484.jpg




O autorovi

Jakub Koukal

Jakub Koukal

Narodil se v roce 1977 v Kroměříži (kde také začal v roce 1991 navštěvovat astronomický kroužek při Gymnáziu Kroměříž), vystudoval VUT FAST v Brně. Od roku 1991 se věnuje vizuálnímu pozorování meteorů, od roku 2010 pak videopozorování meteorů. Je členem Společnosti pro meziplanetární hmotu (SMPH), kde má na starosti koordinaci pozorování meteorů. Od roku 1995 je vedoucím Hvězdárny Kroměříž. V současné době působí jako hlavní koordinátor databáze EDMOND (European viDeo MeteOr Network Database). Doplňující činností je pak vizuální pozorování komet. Kontakt: j.koukal@post.cz

Štítky: Videometeory, NFC


39. vesmírný týden 2016

39. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 26. 9. do 2. 10. 2016. Měsíc bude v novu. Venuše, Mars a Saturn najdeme večer stále jen nízko nad obzorem. Neptun a Uran můžeme pozorovat celou noc. Na ranní obloze můžeme před svítáním pozorovat kužel zvířetníkového světla do něhož před východem Slunce stoupá planeta Merkur a bude zde také srpek Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Pradědovy Perseidy 2016

Píše se rok 258, 10. srpen. Na rošt nad horké uhlí je položen správce chrámové pokladny před několika dny popraveného papeže Sixta II a je opékán zaživa. Po chvíli volá: „Z jedné strany jsem již opečený, pokud mě chcete mít dobře udělaného, je čas mě otočit na druhou stranu.“ Toto utrpení podstoupil

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

ISS

Stanice ISS nízko nad JV obzorem,začínají večerní přelety nad ČR.

Další informace »