تعديلات DSI Pro لقياس الضياء الفلكي باستخدام DSI Pro

جيف هوبكنز
مرصد هوبكنز فينيكس
Phoenix, AZ

5 سبتمبر 2006

الملخص

لا يمكن استخدام كاميرا Deep Sky Imager (DSI) الملونة في قياس الضياء الفلكي عبر المرشحات، بينما يمكن لـ DSI Pro ذلك. يتطلب العمل الجاد إجراء بعض التعديلات البسيطة على الكاميرا. تشمل هذه التعديلات استبدال حامل الشرائح المرشحة بعجلة مرشحات، وإضافة مبرد حراري كهربائي (TEC) بسيط. وبفضل هذه التعديلات، توفر كاميرتا DSI Pro وDSI Pro II وسيلة لإجراء قياس ضياء فلكي احترافي حتى باستخدام تلسكوب متواضع، وحتى من مواقع ضواحٍ تعاني من تلوث ضوئي. تصف هذه الورقة تلك التعديلات وما يلزم لتنفيذ قياس ضياء CCD بنظام BVRI باستخدام هذه الكاميرا.

الشكل 1: كاميرا DSI Pro المُعدَّلة مثبتة على تلسكوب Meade 12” LX200 GPS

بينما كانت كاميرات CCD المخصصة للاستخدام الفلكي متاحة منذ أكثر من عقد، لم تتوفر أجهزة CCD ميسورة التكلفة وسهلة الاستخدام لهواة الفلك إلا مؤخرًا. كانت بعض أولى هذه الأجهزة هي كاميرات الويب. فقد تمكن البعض من فهم آلية عملها وإجراء تعديلات عليها أنتجت نتائج عالية الجودة بشكل مدهش. تعمل كاميرات الويب بشكل أفضل مع الأجرام الساطعة مثل الكواكب والقمر وفي تصوير الشمس. أما لتصوير الأعماق السماوية، فتحتاج كاميرات الويب إلى تعديلات تتجاوز قدرات العديد من الهواة. غير أن إطلاق شركة Meade لكاميرا Deep Sky Imager (DSI) الملونة غيّر المعادلة؛ إذ أصبح بالإمكان الآن تصوير الأعماق السماوية دون الحاجة إلى تعديل الكاميرا. علاوة على ذلك، فإن برنامج AutoStar المرفق بسلسلة DSI ممتاز جدًا، لدرجة أنه يستحق سعر الكاميرا بمفرده. غير أن تعلّم هذا البرنامج يتطلب بعض المثابرة، لأن جودة البرنامج تفوق بكثير جودة الوثائق المرافقة له.

ثمة مشكلتان تحولان دون استخدام كاميرا DSI الملونة في قياس الضياء عبر المرشحات. أولًا: لأن شريحة CCD في الكاميرا الملونة تحتوي على مرشحات RGB مدمجة، سيكون من الصعب – إن لم يكن المستحيل – العثور على مرشحات مناسبة لتطابق الكاميرا مع النظام القياسي لقياس الضياء. ثانيًا: رغم أن هذه المشكلة تظهر chiefly خلال الأشهر الدافئة، فإن الكاميرا غير مبردة وتعمل بدرجة حرارة المحيط. وبعد وقت قصير من إطلاق النسخة الملونة من DSI، أصدرت شركة Meade نسخة أحادية اللون وهي DSI Pro. تُعدّ كاميرا DSI Pro نقطة انطلاق جيدة لقياس الضياء CCD الجاد. ونظرًا لأن الكاميرا أحادية اللون، فهي تأتي مع حامل شرائح رباعي المرشحات لمرشحات RGB (تُباع المرشحات بشكل منفصل). ومن مزايا استخدام DSI Pro مع مرشحات خارجية أن الكاميرا الأحادية أكثر حساسية وتوفر دقة أفضل.

ذات صلة: Airtable — واجهة بسيطة لجدول بيانات تقع فوق قاعدة بيانات علائقية حقيقية، مع عمليات تشغيل تلقائية وطرق عرض وواجهات قابلة للمشاركة..

ورغم إمكانية استخدام حامل الشرائح المرفق لحمل مرشحات القياس الضيائي، يتضح سريعًا أن هذه ليست فكرة جيدة؛ فمرشحات القياس الضيائي باهظة الثمن، وحامل الشرائح مفتوح مما يعرّض المرشحات للغبار والندى وبصمات الأصابع والخدوش. لذا فإن عجلة المرشحات تمثل طريقة أفضل بكثير لحمل المرشحات وحمايتها.

الخطوة الأولى هي استبدال حامل شرائح المرشحات بلوحة محوّل منخفضة الملف مشابهة لتلك المستخدمة مع كاميرا DSI الملونة (انظر الشكل 2). هذا يلغي الفتحات الكبيرة الخاصة بالشرائح ويقلّل المسافة إلى شريحة CCD. يمكن شراء هذه المحوّلات من موقع ScopeStuff على الرابط http://www.scopestuff.com/ مقابل 37 دولارًا.
ملاحظة: يمكن استخدام قطعة الأنف الأصلية مقاس 1.25 بوصة مع المحوّل الجديد، لكن من الأفضل تركيب عجلة المرشحات أقرب إلى الكاميرا مما تسمح به قطعة الأنف.

استبدال محوّل حامل الشرائح الأصلي بلوحة المحوّل منخفضة الملف أمر بسيط للغاية. فهناك 4 مسامير صغيرة من نوع فيليبس تثبّت المحوّل في مكانه. يتم إزالة هذه المسامير والمحوّل الأصلي، ثم استبدالمهما بالمحوّل منخفض الملف ومسامير جديدة أقصر.
ملاحظة: توجد 4 مسامير سداسية الرأس في زوايا الكاميرا. هذه المسامير هي التي تمسك جسم الكاميرا معًا. لا تقم بإزالة هذه المسامير أثناء هذا التعديل.

إذا كنت تتسوق: Zoho Creator — أداة إنشاء تطبيقات ذات تعليمات برمجية منخفضة يتم توصيلها بمجموعة Zoho الأوسع والأسعار لكل مستخدم وليس لكل تطبيق..

الشكل 2: كاميرا DSI Pro الأصلية مع حامل الشرائح والمحوّلات (منخفضة الملف والأصلية)

بعد تثبيت المحوّل منخفض الملف على كاميرا DSI Pro، تكون الخطوة التالية هي إضافة عجلة مرشحات. تتوفر في السوق عدة أنواع تتراوح أسعارها من أقل من 100 دولار إلى ما يقرب من 1,000 دولار. ويُعدّ خيارًا ممتازًا ومتوازنًا عجلة المرشحات اليدوية من ATIK. يمكن شراء هذه العجلة أيضًا من ScopeStuff مقابل 199 دولارًا. العجلة مصنوعة بدقة عالية ويمكنها حمل ما يصل إلى 5 مرشحات لولبية مقاس 1.25 بوصة. يوضّح الشكل 3 الكاميرا مزوّدة بعجلة مرشحات ATIK ومختزل بؤري F/3.3. والسبب في استخدام المختزل البؤري هو توفير مجال رؤية أوسع للمصوِّر، مما يسهّل كثيرًا العثور على النجوم ووضع نجوم المقارنة ضمن نفس مجال الرؤية.

الشكل 3: كاميرا DSI Pro المُعدَّلة مع عجلة مرشحات ومختزل بؤري F3.3

بالنسبة لمعظم أعمال قياس الضياء، يجب استخدام مرشحات خاصة. فلا يمكن استخدام مرشحات RGB المخصصة لـ DSI Pro وDSI Pro II كمرشحات قياس ضيائي. تتوفر لقياس الضياء CCD خمسة مرشحات ضيائية قياسية. ورغم وجود مرشحات أخرى، فإن هذه هي الأكثر شيوعًا في الاستخدام: فوق البنفسجي (U)، والأزرق (B)، والمرئي (V)، والأحمر (R)، والأشعة تحت الحمراء (I) – أي نظام UBVRI. ما لم تكن تخطط لاستخدام تلسكوب بحجم متر أو أكثر، فلن يكون لمرشح U قيمة كبيرة، لأن شريحة CCD في كاميرا DSI Pro غير حساسة في هذا النطاق الطيفي. لذا خطط لاستخدام مرشحات BVRI فقط.

يمكن شراء المرشحات من عدة أماكن. تقدم شركة Astrodon مرشحات جيدة النوعية بأقل الأسعار، حيث يبلغ سعر مجموعة مرشحات BVRI منها 309 دولارات. انظر: “مرشحات Schuler UBVRI الضيائية من Astrodon” على الرابط http://www.astrodon.com/products/product.cfm?CatID=4

تعتمد كاميرات سلسلة DSI على التبريد الهوائي (بحرارة المحيط). ومع درجات الحرارة الليلية المنخفضة، تعمل هذه الوحدات بشكل جيد. غير أنه لا يزال من الضروري إنشاء إطارات مظلمة (Dark Frames) وطرحها من كل صورة للتخلص من البكسلات الساخنة. وخلال أشهر الصيف في مرصد فينيكس بولاية أريزونا، قد تقترب درجات الحرارة في منتصف الليل من 100 درجة فهرنهايت. ومع هذه الدرجات، حتى طرح الإطارات المظلمة لا يعطي نتائج جيدة.

ذات صلة: Knack — أداة إنشاء قاعدة بيانات بدون تعليمات برمجية تستهدف البوابات والأدلة والأدوات الداخلية - بسعر ثابت بدلاً من الرسوم لكل مستخدم..

بدأت فكرة إضافة نظام تبريد لكاميرا DSI Pro كتجربة لمعرفة ما يمكن تحقيقه بأقل تكلفة وأقل عدد من التعديلات.
ملاحظة: يمكن تطبيق تعديل التبريد هذا على جميع كاميرات سلسلة DSI. بالإضافة إلى تقليل التيار المظلم (Dark Current)، يزيد التبريد من حساسية الكاميرا.

ربما تكون أسهل طريقة لتبريد شريحة CCD هي استخدام مبرد حراري كهربائي (TEC). تُعدّ أجهزة TEC أجهزة مذهلة؛ فهي تتكون من طبقة Sandwich من أشباه الموصلات محصورة بين صفيحتين معدنيتين. وعند تطبيق جهد تيار مستمر (DC) عبر الصفيحتين، تسخن إحدى الصفيحتين بينما تبرد الأخرى. وقد يكون مقدار الحرارة والتبريد الناتجين مفاجئًا. يجب توخي الحذر أثناء التجريب لمنع ارتفاع حرارة الوحدة بشكل مفرط. ويُعدّ مشتّت حراري (Heat Sink) ضروريًا جدًا على الجانب الساخن. كما يحتاج سطحا الصفيحتين إلى معجون حراري لضمان نقل فعال للحرارة والتبريد.

قد يلاحظ البعض عدم وجود نظام تنظيم للحرارة أو مستشعر لقياسها. صحيح أنه يمكن إضافتهما، لكن ذلك يزيد التعقيد. غير أن غياب تنظيم الحرارة ليس مشكلة؛ فإذا سُمح للكاميرا بالعمل مع تشغيل الطاقة ونظام التبريد لمدة 15 إلى 30 دقيقة، ستستقر درجة الحرارة. وليست درجة الحرارة الدقيقة ذات أهمية كبيرة. بمجرد استقرار الوحدة، ينبغي التقاط إطارات مظلمة جديدة لتلك الليلة. وقد أثبتت هذهprocedure فعالية كبيرة.

اختيارنا: Claris FileMaker Pro — نظام أساسي لقاعدة البيانات الارتباطية طويل الأمد للفرق التي تحتاج إلى تطبيقات مخصصة على سطح المكتب والويب والهاتف المحمول من ملف واحد..

بالنسبة للأجزاء، أوصي بما يلي:

• مبرد TEC مقاس 40 ملم، رقم القطعة PJT-7 بسعر 14.75 دولارًا
• مصدر طاقة 12 فولت تيار مستمر و3.5 أمبير، رقم القطعة PS-1231 بسعر 15.85 دولارًا
• مشتّت حراري مع مروحة 12 فولت تيار مستمر، رقم القطعة