Observação de estrelas à tarde ou astronomia diurna

Devido ao fato de nosso artigo anterior, “ Como diferentes câmeras e dispositivos vêem à noite ”, despertou grande interesse entre os leitores, decidimos apresentá-lo a outra área altamente especializada no uso de câmeras de vídeo, como a astronomia diurna. Muitos podem achar a tarefa de observar estrelas uma perda de tempo durante o dia, mas tentaremos convencê-lo no final do artigo.

Atenção! mais adiante no artigo, haverá animações gif muito grandes, de 4-8 MB!

“Todos os vídeos e materiais fotográficos deste artigo são exclusivos para o Runet e pertencem às organizações que os forneceram. Ao reimprimir, é necessária referência a este artigo. ”

Não são estrelas, mas parecem engraçadas e acidentalmente filmadas em uma câmera, o que é discutido no artigo =)


Infelizmente, vivemos em um lugar tão estranho que durante todo o outono e inverno tivemos cerca de 20 horas de céu limpo e, na maioria dos casos, essas horas eram de dia. Portanto, estrelas cadentes à tarde é pelo menos uma pequena oportunidade para saciar sua sede de astronomia.

Duas câmeras únicas que poderiam ver as estrelas durante o dia caíram em nossas mãos. As câmeras funcionam em várias faixas. Uma câmera: VC1300HDR - câmera preto e branco na faixa visível, a segunda VSM320 - câmera próxima ao infravermelho (0,9-1,8 mícrons). Ambas as câmeras são projetadas e fabricadas na Rússia; os algoritmos de processamento, apesar de aparente simplicidade, são de propriedade intelectual dos fabricantes de dispositivos.

Em geral, tentaremos explicar o que limita a capacidade de uma câmera de vídeo em detectar uma estrela durante o dia - é claro que esse é um enorme clarão de fundo do céu, mais próximo do Sol - maior. Quando você tenta pegar o céu diretamente, a exposição de cada quadro individual é tão curta que o sinal da estrela é muito fraco. Assim, o fundo do céu claro é a principal limitação ao fotografar. Quais métodos estão disponíveis para reduzir o fundo do céu? Curiosamente, você precisa reduzir a abertura da lente. Com uma abertura constante (diâmetro do espelho ou lente frontal), uma diminuição na abertura é alcançada aumentando a distância focal.

Essas são limitações por parte da física do processo: é desejável reduzir o campo de visão.

O que limita a possibilidade de observação pela tecnologia? A principal coisa que limita a câmera de vídeo em sua capacidade de detecção é a capacidade nos elétrons do elemento fotossensível. Se a capacidade for pequena, você será forçado a reduzir a exposição para não obter uma moldura branca sem informações. Quanto menor a exposição, menos informações você obtém ao observar, menor a relação sinal / ruído.

Portanto, a limitação por parte da tecnologia é a capacidade de pixel da câmera.

De onde vem o barulho? Afinal, parece que você pode pegar a melhor câmera de baixo ruído, pegar um pedaço do céu e processar cuidadosamente o nível de brilho, e onde o nível de brilho excede o nível médio e haverá uma estrela? Mas isso não é verdade. O ruído devido à natureza quântica da luz é chamado ruído de fótons e é descrito pela distribuição de Poisson, cuja propriedade mais importante é a dispersão da distribuição do sinal recebido, que é igual à raiz da quantidade de carga acumulada. Portanto, se você tiver 10.000 elétrons acumulados em sua célula, o ruído do fóton será a raiz desse valor ou 100e, e a relação sinal-ruído será 100. Para uma capacidade de pixel de 1 000 000e, o ruído do fóton será 1000e e o sinal / o ruído (como o nível máximo de ruído acumulado possível entre sinal e fóton) também é 1000. Com o aumento da capacidade de pixels, a relação sinal-ruído alcançável aumenta. Para detectar uma estrela, é necessário acumular uma quantidade de sinal, geralmente excedendo o nível de ruído do fóton. Como mostrado acima, com um aumento no tempo de acumulação de um fator de cem, o ruído do fóton aumenta apenas 10 vezes e o sinal da estrela cresce quase proporcionalmente, ou seja, 100 vezes também.

A principal conclusão desse argumento é que a capacidade do elemento fotossensível é crucial. Na maioria dos casos, a capacidade das fotocélulas das câmeras domésticas não excede 20000e, e as câmeras para uso científico 100 000e.

A capacidade do elemento fotográfico da câmera VC1300HDR é declarada em 2,4 milhões de elétrons.
A capacidade do elemento fotográfico da câmera VS320 é de cerca de 3,5 milhões de elétrons.
A grande capacidade torna essas câmeras potencialmente adequadas para a astronomia diurna.

Como o querido leitor já está aguardando as figuras, o texto será menor.

Câmera de alcance visível , resolução: 640x512, telescópio Newton 200mm, sem filtros, todo o processamento é realizado dentro da câmera. Condições de filmagem: 8 de fevereiro de 2018, latitude 58'31 ', longitude 31'16, tempo de 10,30 a 12 dias, todas as filmagens foram realizadas no modo de vídeo em 25 Hz.


Alpha Perseus (Mirfak), estrela = 1.8m., Tempo de gravação T = 11: 34


Gamma Perseu, 3.0m, T = 11: 34


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


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

Para quem deseja ver o vídeo de origem (sem cortes, compactação e SMS)), links: um e dois . Bem, o boletim meteorológico durante as filmagens ...





Câmara fotográfica em um telescópio. Que astrônomos reais nos censurem, mas estava muito frio, então disparamos da varanda, sem abrir a janela ... Brrrr ...)

Câmera de infravermelho próximo , VSM320, resolução 320x256, telescópio Newton com corretor A = 114mm, F = 1000mm, sem filtros, todo o processamento é realizado dentro da câmera. Condições de filmagem: 16 de janeiro de 2018, latitude 58'31 ', longitude 31'16, horário de 14,00 a 16 dias, todas as filmagens foram realizadas no modo de vídeo a uma frequência de 25 Hz.


SAO75151 (Áries alfa Hamal), 2m, T = 14: 11. Vídeo


SAO55306, 3m, T = 14: 42. Vídeo


SAO38559 e SAO38551, 6m e 6,9m, T = 15: 32. Vídeo


SAO38890, SAO38937, SAO38917; 4,35m, 6,6m, 5,45m (classe estrela azul), T = 16: 03. Vídeo

Bem, o boletim meteorológico durante as filmagens ...



Assim, pode-se notar que as câmeras apresentadas realmente lidam com a tarefa de detectar estrelas durante o dia e permitem observações astronômicas durante o dia, mesmo sob condições de forte exposição. Deve-se notar que a câmera de alcance próximo ao infravermelho, apesar da resolução mais baixa e da capacidade de fotocélulas um pouco maior, possui uma capacidade de detecção notavelmente melhor, embora seja melhor para objetos laranja e vermelhos.

Agora podemos nos perguntar: por que isso pode ser necessário?

Bem, primeiro, se necessário, você pode trabalhar durante o dia nas estrelas ou em outros objetos espaciais e fornecer o acompanhamento deles. E em segundo lugar, abre a oportunidade de trabalhar com objetos atmosféricos durante o dia.

Aqui estão alguns exemplos exclusivos de locais ópticos capturados em uma câmera VC1300, campo de visão 12x10 graus, taxa de quadros 25Hz (materiais do arquivo de 2014).


Localização óptica, aviões de longo alcance a uma distância superior a 100 km (frequência reduzida, frequência inicial de 25Hz). Pontos pretos são pássaros. Vídeo completo no link .

Aqui estão os dados do Flightradar:



E a distância em Yandex:



Note-se: apesar de os planos principais parecerem grandes, o diâmetro da fuselagem não excede 4 metros. Isso a uma distância de 100 km dá a imagem de um avião muito menor que um pixel (para um ângulo de visão bastante amplo, como no vídeo).

Bem, um pequeno bônus para quem leu o artigo até o final =) é outro exemplo digno de nota de uma localização óptica, já por pássaros (a taxa de quadros é reduzida):


→ Link do vídeo

E este também é um bando de pássaros:



Esperamos que este artigo tenha sido útil e tenha sido capaz de demonstrar claramente os recursos e as dificuldades encontradas pela astronomia diurna, além de demonstrar o uso de ferramentas de vídeo exclusivas para tarefas de localização óptica.

Quero expressar minha profunda gratidão aos colegas que ajudaram a coletar, filmar e processar o material, bem como às organizações que forneceram câmeras, materiais de arquivo e permissão para publicar.

Ao usar esses materiais, é necessário um link para este artigo.