DSI Pro Mods: Astronomisk fotometri med en DSI Pro

Jeff Hopkins
Hopkins Phoenix Observatory
Phoenix, AZ

5. september 2006

Resumé

Farve-Deep Sky Imager (DSI) kan ikke bruges til astronomisk filterfotometri – det kan DSI Pro derimod. For at udføre seriøst arbejde kræves nogle enkle modificeringer af kameraet. Disse modificeringer omfatter udskiftning af filterskuffen med et filterhjul og tilføjelse af en simpel termoelektrisk køler (TEC). Med disse ændringer giver DSI Pro (og DSI Pro II) mulighed for at udføre professionel astronomisk fotometri selv med et beskedent teleskop og fra en lysforurenet forstadslokation. Denne artikel beskriver disse modificeringer og hvad der skal til for at udføre BVRI CCD-fotometri med kameraet.

Figur 1: Modificeret DSI Pro på Meade 12” LX200 GPS-teleskop

Selvom CCD-kameraer til astronomisk brug har eksisteret i mere end et årti, er det først for nylig, at overkommelige og brugervenlige CCD-enheder er blevet tilgængelige for amatørmarkedet. Nogle af de første var webcams.

Nogle entusiaster fandt ud af at modificere dem og opnåede overraskende høj kvalitet. Webcams fungerer bedst til lysstærke objekter som planeter, Månen og solbilleder. Til deep sky-billeder skal webcams modificeres, og disse modificeringer ligger uden for rækkevidde for mange amatører. Da Meade introducerede farve-Deep Sky Imager (DSI), ændrede dette sig.

Nu kunne man udføre deep sky-billedoptagelse uden at skulle modificere kameraet. Derudover er AutoStar-softwaren, der følger med DSI-serien, fremragende. Den er prisen for kameraet alene værd.

Relateret: Airtable — En regneark-simpel grænseflade, der sidder oven på en rigtig relationel database, med automatiseringer, visninger og delbare grænseflader..

At lære softwaren kræver dog lidt dedikation, da softwarens kvalitet langt overstiger dokumentationen.

To problemer forhindrer brugen af farve-DSI til filterfotometri. Fordi farve-DSI’s CCD-chip har indbyggede RGB-filtre, ville det være svært eller umuligt at finde passende filtre, der matcher kameraet til det standardiserede fotometriske system. Det andet problem, som primært gør sig gældende i de varmere måneder, er, at kameraet er ukølet og opererer ved omgivelsestemperatur.

Kort efter lanceringen af farve-DSI udgav Meade en monokrom version: DSI Pro. DSI Pro giver et godt udgangspunkt for seriøs CCD-fotometri. Da kameraet er monokromt, medfølger en 4-filters skuffe til RGB-filtre (filtrene sælges separat).

Hvis du handler: Zoho Creator — En lavkode-appbygger, der tilsluttes den bredere Zoho-suite og priser pr. bruger i stedet for pr. app..

Fordelene ved at bruge DSI Pro med eksterne filtre er, at det monokrome kamera er mere følsomt og giver bedre opløsning. Selvom den medfølgende filterskuffe teknisk set kan bruges til at holde fotometriske filtre, bliver det hurtigt tydeligt, at det ikke er en god idé. Fotometriske filtre er dyre, og filterskuffen er åben, hvilket udsætter filtrene for støv, dug, fingeraftryk og ridser. Et filterhjul er en langt bedre løsning til at opbevare og beskytte filtrene.

Det første skridt er at udskifte holderen til filterskuffen med en lavprofils adapterplade, svarende til den, der bruges på farve-DSI (se figur 2). Dette fjerner de store åbninger, hvor skuffen glider ind, og reducerer afstanden til CCD-chippen. Disse adaptere kan købes hos ScopeStuff på http://www.scopestuff.com/ for $37.

Bemærk: Den originale 1,25” næsstykke kan bruges sammen med den nye adapter, men det er bedre at montere filterhjulet tættere på kameraet, end næsstykket tillader.

Udskiftning af den originale adapter til filterskuffen med lavprofils-adapterpladen er meget enkel. Der er 4 små Phillips-hovedskruer, der holder adapteren på plads. Disse skruer og den originale adapter fjernes og erstattes med lavprofils-adapteren og nye, kortere skruer.

Bemærk: Der er 4 unbrako-skruer i hjørnerne af kameraet. Disse unbrako-skruer holder kameraet samlet. Fjern ikke disse skruer i forbindelse med denne modificering.

Figur 2: Original DSI Pro med filterskuffe samt lavprofils-/originale adaptere

Relateret: Knack — En kodefri databasebygger rettet mod portaler, mapper og interne værktøjer - med faste priser i stedet for gebyrer pr. bruger..

Når lavprofils-adapteren er installeret på DSI Pro, er næste skridt at tilføje et filterhjul. Der findes flere modeller på markedet, der spænder fra langt under $100 til næsten $1.000.

Et fremragende kompromis er ATIK Manual Filter Wheel. Dette kan også købes hos ScopeStuff for $199. Filterhjulet er velfabrikkeret og kan rumme op til 5 stk. 1,25” gevindfiltre.

Figur 3 viser kameraet med ATIK-filterhjulet og en F/3,3 fokuseringsreduktor. Formålet med fokuseringsreduktoren er at give billedtageren et større synsfelt. Dette gør det langt nemmere at finde stjerner og få sammenligningsstjerner med i samme billedfelt.

Vores valg: Claris FileMaker Pro — Den langvarige relationsdatabaseplatform til teams, der har brug for tilpassede apps på desktop, web og mobil fra en enkelt fil..

Figur 3: Modificeret DSI Pro med filterhjul og F3,3 fokuseringsreduktor

Til de fleste fotometriopgaver skal der anvendes specielle filtre. RGB-filtrene til DSI Pro og DSI Pro II kan ikke bruges som fotometriske filtre. Til CCD-fotometri findes der 5 fotometriske filtre.

Selvom der findes andre filtre, er disse de mest almindeligt anvendte: ultraviolet, blåt, visuelt, rødt og infrarødt (UBVRI). Medmindre du planlægger at bruge et teleskop på størrelse med en meter, vil U-filteret ikke være af stor værdi, da DSI Pro’s CCD ikke er følsom i dette bånd. Planlæg derfor kun at bruge BVRI-filtrene.

Der er flere steder, hvor du kan købe filtre. Astrodon tilbyder de billigste filtre af god kvalitet til $309 for et sæt BVRI-filtre. Se Schuler UBVRI Photometric Filters from Astrodon på http://www.astrodon.com/products/product.cfm?CatID=4

DSI-seriekameraerne bruger luftkøling (ambient cooling). Ved kølige nattemperaturer fungerer disse enheder godt. Dark frames skal dog stadig oprettes og trækkes fra hvert billede for at fjerne hot pixels. I sommermånederne i Phoenix, Arizona, kan observatorietemperaturerne ved midnat nå op på nær 100 grader Fahrenheit. Ved disse temperaturer virker selv subtraktion af dark frames ikke optimalt.

Tilføjelsen af køling til DSI Pro startede som et eksperiment for at se, hvad der kunne opnås med minimale omkostninger og modificeringer.

Bemærk: Denne kølemodificering kan bruges på alle kameraer i DSI-serien. Udover at reducere mørkstrøm øger kølingen også kameraets følsomhed.

Måske er den nemmeste måde at køle CCD’en på ved hjælp af en termoelektrisk køler (TEC). TEC’er er fascinerende enheder. En TEC består af et “sandwich”-lag af halvledere mellem to metalplader.

Ved at påføre en DC-spænding tværs over pladerne, bliver den ene plade varm, mens den anden køles ned. Det kan faktisk være overraskende, hvor meget varme og køling der produceres. Der skal udvises forsigtighed under eksperimentering, så enheden ikke overopheder. En køleribbe er meget vigtig på den varme side.

Termisk fedt er nødvendigt på begge pladeoverflader for at sikre effektiv overførsel af varme og køling.

Nogle vil bemærke, at der ingen temperaturregulering eller sensor er. Disse kunne tilføjes, men det ville øge kompleksiteten. Manglen på temperaturregulering er ikke et problem. Hvis kameraet får lov til at køre med tændt strøm og køling i 15 til 30 minutter, vil temperaturen stabilisere sig. Den nøjagtige temperatur er ikke afgørende. Når enheden er stabiliseret, bør der tages nye dark frames for den pågældende aften. Denne procedure fungerer godt.

Til dele anbefaler jeg følgende:

• 40 mm TEC, varenummer PJT-7 @ $14,75
• 12 VDC 3,5 A strømforsyning, varenummer PS-1231 @ $15,85
• Køleribbe med 12 VDC blæser, vare