Beobachtung von Sternen am Nachmittag oder tagsüber Astronomie

Aufgrund der Tatsache, dass unser vorheriger Artikel „ Wie verschiedene Kameras und Geräte nachts sehen “ bei den Lesern großes Interesse weckte, haben wir uns entschlossen, Ihnen einen anderen hochspezialisierten Bereich der Verwendung von Videokameras vorzustellen, beispielsweise die Tagesastronomie. Viele mögen die Aufgabe, Sterne tagsüber zu beobachten, als Zeitverschwendung empfinden, aber wir werden versuchen, Sie am Ende des Artikels zu überzeugen.

Achtung! weiter im Artikel wird es ziemlich große GIF-Animationen von 4-8MB geben!

„Alle Videos und Fotomaterialien dieses Artikels sind einzigartig für Runet und gehören den Organisationen, die sie bereitgestellt haben. Beim Nachdruck ist ein Verweis auf diesen Artikel erforderlich. “

Dies sind keine Sterne, aber sie sehen lustig aus und wurden versehentlich mit einer Kamera aufgenommen, was im Artikel besprochen wird =)


Leider leben wir an einem so seltsamen Ort, dass wir den ganzen Herbst und Winter über ungefähr 20 Stunden klaren Himmel hatten und in den meisten Fällen waren diese Stunden tagsüber. Sternschnuppen am Nachmittag sind daher zumindest eine kleine Gelegenheit, Ihren Durst nach Astronomie zu stillen.

Zwei einzigartige Kameras, die möglicherweise tagsüber die Sterne sehen könnten, fielen uns in die Hände. Kameras arbeiten in verschiedenen Bereichen. Eine Kamera: VC1300HDR - Schwarzweißkamera im sichtbaren Bereich, die zweite VSM320 - Kamera im nahen Infrarot (0,9-1,8 Mikrometer). Beide Kameras werden in Russland entwickelt und hergestellt. Verarbeitungsalgorithmen sind trotz ihrer scheinbaren Einfachheit geistiges Eigentum der Gerätehersteller.

Im Allgemeinen werden wir versuchen zu erklären, was die Fähigkeit einer Videokamera, einen Stern während des Tages zu erkennen, einschränkt - dies ist natürlich eine riesige Hintergrundbeleuchtung des Himmels, der näher an der Sonne liegt - je größer. Wenn Sie versuchen, den Himmel direkt aufzunehmen, ist die Belichtung jedes einzelnen Bilds so kurz, dass das Signal vom Stern sehr schwach ist. Daher ist der helle Himmel die Haupteinschränkung beim Aufnehmen. Welche Methoden stehen zur Verfügung, um den Hintergrund des Himmels zu reduzieren? Seltsamerweise müssen Sie die Objektivblende reduzieren. Bei einer konstanten Blende (Durchmesser des Spiegels oder der Frontlinse) wird eine Verringerung der Blende durch Erhöhen der Brennweite erreicht.

Dies sind Einschränkungen seitens der Prozessphysik: Es ist wünschenswert, das Sichtfeld zu verkleinern.

Was schränkt die Möglichkeit der Beobachtung durch Technologie ein? Die Hauptsache, die die Erkennungsfähigkeit der Videokamera einschränkt, ist die Kapazität der lichtempfindlichen Elemente in den Elektronen. Wenn die Kapazität gering ist, müssen Sie die Belichtung reduzieren, um keinen weißen Rahmen ohne Informationen zu erhalten. Je kürzer die Belichtung ist, desto weniger Informationen erhalten Sie beim Beobachten, desto geringer ist das Signal-Rausch-Verhältnis.

Die Einschränkung seitens der Technologie ist daher die Pixelkapazität der Kamera.

Woher kommt der Lärm? Immerhin scheint es, dass Sie die beste rauscharme Kamera nehmen, ein Stück vom Himmel nehmen und dann die Helligkeitsstufe sorgfältig verarbeiten können und wo die Helligkeitsstufe die durchschnittliche Stufe überschreitet und es einen Stern gibt? Aber das ist nicht so. Das Rauschen aufgrund der Quantennatur des Lichts wird als Photonenrauschen bezeichnet und durch die Poisson-Verteilung beschrieben, deren wichtigste Eigenschaft die Streuung der Verteilung des empfangenen Signals ist, die gleich der Wurzel der akkumulierten Ladungsmenge ist. Wenn sich also 10.000 Elektronen in Ihrer Zelle angesammelt haben, ist das Photonenrauschen die Wurzel dieses Wertes oder 100e, und das Signal-Rausch-Verhältnis beträgt 100. Bei einer Pixelkapazität von 1 000 000e beträgt das Photonenrauschen 1000e und das Signal / Das Rauschen (als Pegel des maximal möglichen akkumulierten Signal-Photonen-Rauschens) beträgt ebenfalls 1000. Mit zunehmender Pixelkapazität steigt das erreichbare Signal-Rausch-Verhältnis. Um einen Stern zu erkennen, muss eine Signalmenge akkumuliert werden, die im Allgemeinen den Pegel des Photonenrauschens überschreitet. Wie oben gezeigt, steigt das Photonenrauschen mit einer Erhöhung der Akkumulationszeit um den Faktor hundert nur um das Zehnfache, und das Signal vom Stern wächst fast proportional, dh auch um das 100-fache.

Die Hauptschlussfolgerung dieses Arguments ist, dass die Kapazität des lichtempfindlichen Elements entscheidend ist. In den meisten Fällen überschreitet die Kapazität der Fotozellen von Haushaltskameras 20000e und von Kameras für wissenschaftliche Zwecke 100000e nicht.

Die Kapazität des Fotoelements der VC1300HDR-Kamera wird in 2,4 Millionen Elektronen angegeben.
Die Kapazität des Fotoelements der VS320-Kamera beträgt etwa 3,5 Millionen Elektronen.
Aufgrund der großen Kapazität sind diese Kameras möglicherweise für die Tagesastronomie geeignet.

Da der liebe Leser bereits auf die Bilder wartet, wird der Text kleiner.

Sichtweite Kamera , Auflösung: 640x512, Newton 200mm Teleskop, ohne Filter, die gesamte Verarbeitung erfolgt innerhalb der Kamera. Aufnahmebedingungen: 8. Februar 2018, Breite 58'31 ', Länge 31'16, Zeit von 10.30 bis 12 Tagen, alle Aufnahmen wurden im Videomodus bei 25 Hz durchgeführt.


Alpha Perseus (Mirfak), Stern = 1,8 m., Aufnahmezeit T = 11: 34


Gamma Perseus, 3,0 m, T = 11: 34


Delta Perseus, 2,9 m, T = 10: 38


Psi Perseus, 4,3 m, T = 10: 38

Für diejenigen, die das Quellvideo sehen möchten (ohne Schnitte, Komprimierung und SMS), Links: eins und zwei . Nun, der Wetterbericht während der Dreharbeiten ...





Fotokamera auf einem Teleskop. Lassen Sie uns echte Astronomen Vorwürfe machen, aber es war sehr kalt, also haben wir direkt vom Balkon aus geschossen, ohne das Fenster zu öffnen ... Brrrr ...)

Nahinfrarotkamera , VSM320, Auflösung 320x256, Newton-Teleskop mit Korrektor A = 114 mm, F = 1000 mm, ohne Filter, die gesamte Verarbeitung erfolgt innerhalb der Kamera. Aufnahmebedingungen: 16. Januar 2018, 58'31 'Breite, 31'16 Länge, Zeit von 14.00 bis 16 Tage, alle Aufnahmen wurden im Videomodus mit einer Frequenz von 25 Hz durchgeführt.


SAO75151 (Hamal alpha Aries), 2 m, T = 14: 11. Video


SAO55306, 3 m, T = 14: 42. Video


SAO38559 und SAO38551, 6 m und 6,9 m, T = 15: 32. Video


SAO38890, SAO38937, SAO38917; 4,35 m, 6,6 m, 5,45 m (blaue Sternklasse), T = 16: 03. Video

Nun, der Wetterbericht während der Dreharbeiten ...



Somit kann festgestellt werden, dass die vorgestellten Kameras die Aufgabe, Sterne tagsüber zu erkennen, auch bei starker Belichtung tagsüber astronomische Beobachtungen ermöglichen. Es ist zu beachten, dass die Nahinfrarotkamera trotz der geringeren Auflösung und der etwas größeren Fotozellenkapazität eine deutlich bessere Erkennungsfähigkeit aufweist, obwohl sie für orangefarbene und rote Objekte besser ist.

Jetzt können wir uns fragen: Warum könnte dies nötig sein?

Zunächst einmal können Sie bei Bedarf tagsüber an den Sternen oder anderen Weltraumobjekten arbeiten und diese begleiten. Und zweitens eröffnet es die Möglichkeit, tagsüber an atmosphärischen Objekten zu arbeiten.

Hier sind einige einzigartige Beispiele für optische Orte, die mit einer VC1300-Kamera aufgenommen wurden, Sichtfeld 12 x 10 Grad, Bildrate 25 Hz (Materialien aus dem Archiv 2014).


Optische Position, Langstreckenflugzeuge in einer Entfernung von mehr als 100 km (Frequenz reduziert, Anfangsfrequenz 25 Hz). Schwarze Punkte sind Vögel. Vollständiges Video auf dem Link .

Hier sind die Flightradar-Daten:



Und die Entfernung in Yandex:



Es ist zu beachten, dass der Durchmesser des Rumpfes trotz der Tatsache, dass die Hauptebenen groß erscheinen, 4 Meter nicht überschreitet. Das in einer Entfernung von 100 km ergibt ein Bild eines Flugzeugs, das viel kleiner als ein Pixel ist (für einen ziemlich weiten Blickwinkel, wie im Video).

Nun, ein kleiner Bonus für diejenigen, die den Artikel bis zum Ende gelesen haben =) ist ein weiteres bemerkenswertes Beispiel für einen optischen Ort, der bereits von Vögeln stammt (Bildrate wird reduziert):


→ Videolink

Und das ist auch ein Vogelschwarm:



Wir hoffen, dass dieser Artikel nützlich war und die Merkmale und Schwierigkeiten der Tagesastronomie klar demonstrieren und die Verwendung einzigartiger Videotools für optische Ortungsaufgaben demonstrieren konnte.

Ich möchte den Kollegen, die beim Sammeln, Aufnehmen und Verarbeiten des Materials geholfen haben, sowie den Organisationen, die Kameras, Archivmaterial und die Erlaubnis zur Veröffentlichung zur Verfügung gestellt haben, meinen tiefen Dank aussprechen.

Bei Verwendung dieser Materialien ist ein Link zu diesem Artikel erforderlich.