Astronomisk fotometri med DSI Pro-modifikationer

Jeff Hopkins
Hopkins Phoenix Observatory
Phoenix, AZ

5 september 2006

Sammanfattning

Den färgkänsliga Deep Sky Imager-kameran (DSI) lämpar sig inte för astronomisk filterfotometri, men det gör DSI Pro. För att utföra seriöst arbete krävs några enkla modifieringar av kameran. Dessa innefattar att byta ut filterskjutaren mot ett filterhjul och att montera en enkel termoelektrisk kylare (TEC). Med dessa ändringar erbjuder DSI Pro (och DSI Pro II) möjlighet att utföra professionell astronomisk fotometri även med ett blygsamt teleskop, själv i en ljusförorenad förortsmiljö. Denna artikel beskriver dessa modifieringar och vad som krävs för att genomföra BVRI-CCD-fotometri med kameran.

Figur 1: Modifierad DSI Pro monterad på ett Meade 12” LX200 GPS-teleskop

Även om CCD-kameror för astronomiskt bruk har funnits i mer än ett decennium, är det först på senare tid som prisvärda och användarvänliga CCD-enheter har blivit tillgängliga för amatörastronomer. Några av de första var webbkameror.

Vissa entusiaster knäckte koden och gjorde modifieringar som gav överraskande bra resultat. Webbkameror fungerar bäst för ljusstarkare objekt som planeter, månen och solen. För djuprymdsfotografering måste webbkamerorna modifieras, vilket ligger bortom vad många amatörer klarar av. När Meade lanserade den färgkänsliga Deep Sky Imager (DSI) förändrades detta.

Relaterat: Airtable — Ett enkelt kalkylarksgränssnitt som sitter ovanpå en riktig relationsdatabas, med automatiseringar, vyer och delbara gränssnitt..

Plötsligt kunde man fotografera djuprymdsobjekt utan att behöva modifiera kameran. Dessutom är AutoStar-programvaran som följer med DSI-serien utmärkt. Den är värd kamerans pris i sig självt.

Att lära sig programvaran kräver viss insats, eftersom kvaliteten på mjukvaran vida överstiger dokumentationen.

Två problem hindrar användningen av den färgkänsliga DSI-kameran för filterfotometri. Eftersom CCD-chippet i den färgkänsliga DSI:n har inbyggda RGB-filter skulle det vara svårt eller omöjligt att hitta lämpliga filter som matchar det standardiserade fotometriska systemet. Det andra problemet, som främst gör sig gällande under de varmare månaderna, är att kameran saknar kylning och arbetar vid omgivningstemperatur.

Om du handlar: Zoho Creator — En appbyggare med låg kod som ansluts till den bredare Zoho-sviten och priser per användare snarare än per app..

Kort efter att den färgkänsliga DSI:n släpptes introducerade Meade en monokrom version: DSI Pro. DSI Pro utgör en bra utgångspunkt för seriös CCD-fotometri. Eftersom kameran är monokrom levereras den med en 4-filters skjutare för RGB-filter (filtren säljs separat).

Fördelarna med att använda DSI Pro tillsammans med externa filter är att den monokroma kameran är känsligare och ger bättre upplösning. Även om den medföljande filterskjutaren kan användas för att hålla fotometriska filter, blir det snabbt uppenbart att detta inte är någon bra lösning. Fotometriska filter är dyra, och filterskjutaren är öppen vilket utsätter filtren för damm, dagg, fingeravtryck och repor. Ett filterhjul är en betydligt bättre lösning för att hålla och skydda filtren.

Det första steget är att ersätta hållaren för filterskjutaren med en lågprofilerad adapterplatta, liknande den som används på den färgkänsliga DSI:n (se figur 2). Detta eliminerar de stora öppningar där skjutaren sitter och minskar avståndet till CCD-chippet. Dessa adaptrar kan köpas från ScopeStuff på http://www.scopestuff.com/ för 37 USD.

Obs: Den ursprungliga 1,25”-anslutningen kan användas tillsammans med den nya adaptern, men det är bättre att montera filterhjulet närmare kameran än vad anslutningen tillåter.

Att byta ut den ursprungliga adaptern för filterskjutaren mot den lågprofilerade adapterplattan är mycket enkelt. Fyra små krysskruvar håller adaptern på plats. Dessa skruvar och den ursprungliga adaptern tas bort och ersätts med den lågprofilerade adaptern samt nya, kortare skruvar.

Obs: Det finns fyra sexkantsskruvar i hörnen på kameran. Dessa håller ihop kamerahuset. Ta inte bort dessa skruvar för denna modifiering.

Relaterat: Knack — En databasbyggare utan kod som syftar till portaler, kataloger och interna verktyg – med schablonpris i stället för avgifter per användare..

Figur 2: Ursprunglig DSI Pro med filterskjutare samt lågprofilerad/ursprunglig adapter

När den lågprofilerade adaptern är installerad på DSI Pro är nästa steg att montera ett filterhjul. Det finns flera modeller på marknaden, allt från långt under 100 USD upp till nära 1 000 USD.

Ett utmärkt kompromissval är ATIK:s manuella filterhjul. Även detta kan köpas från ScopeStuff för 199 USD. Filterhjulet är välgjort och rymmer upp till fem 1,25”-skruvfilter. Figur 3 visar kameran med ATIK-filterhjulet och en F/3,3-fokusreducerare. Anledningen till fokusreduceraren är att ge bildsensorn ett större synfält.

Vårt val: Claris FileMaker Pro — Den långvariga relationsdatabasplattformen för team som behöver anpassade appar på skrivbordet, webben och mobilen från en enda fil..

Detta underlättar avsevärt när man ska hitta stjärnor och få med jämförelsestjärnor i samma vy.

Figur 3: Modifierad DSI Pro med filterhjul och F3,3-fokusreducerare

För de flesta fotometriska tillämpningar krävs specialfilter. RGB-filtren för DSI Pro och DSI Pro II kan inte användas som fotometriska filter. För CCD-fotometri finns fem fotometriska filter tillgängliga. Även om det finns andra filtertyper är dessa de vanligaste: ultraviolett, blått, visuellt, rött och infrarött (UBVRI).

Om du inte planerar att använda ett teleskop med metersdiameter kommer U-filtret inte att vara till stor nytta, eftersom DSI Pro:s CCD-chip inte är känsligt i det våglängdsbandet. Räkna därför med att endast använda BVRI-filtren.

Det finns flera ställen där du kan köpa filter. Astrodon erbjuder de billigaste filtren av god kvalitet; ett BVRI-filterset kostar 309 USD. Se Schuler UBVRI Photometric Filters from Astrodon på http://www.astrodon.com/products/product.cfm?CatID=4

Kamerorna i DSI-serien använder passiv kylning (omgivningstemperatur). Vid svala nattemperaturer presterar dessa enheter väl. Mörkerbilder måste ändå tas och subtraheras från varje bild för att eliminera heta pixlar. Under sommarmånaderna i Phoenix, Arizona, kan temperaturen i observatoriet vid midnatt nå upp mot 100 grader Fahrenheit. Vid sådana temperaturer fungerar inte ens subtraktion av mörkerbilder särskilt bra.

Att lägga till kylning till DSI Pro började som ett experiment för att se vad som kunde åstadkommas till minimal kostnad och med minimala ingrepp.

Obs: Denna kylmodifiering kan användas på alla kameror i DSI-serien.

Utöver att reducera mörkerström ökar kylning även kamerans känslighet. Kanske det enklaste sättet att kyla CCD-chippet är att använda en termoelektrisk kylare (TEC).

TEC-enheter är fascinerande komponenter. En TEC består av en sandwich av halvledare mellan två metallplattor. Genom att applicera en likspänning över plattorna blir den ena sidan varm medan den andra kyls. Det kan vara överraskande hur mycket värme och kyla som genereras.

Man måste vara försiktig vid experiment så att enheten inte överhettas. En kylfläns är mycket viktig på den varma sidan. Termiskt fett behövs på båda plattytor för att säkerställa effektiv värmeöverföring och kylning.

Vissa kanske noterar att det saknas temperaturreglering eller sensorer. Sådana skulle kunna läggas till, men det ökar komplexiteten. Bristen på temperaturreglering är inget problem. Om kameran får gå med ström och kylning påslagen i 15 till 30 minuter stabiliseras temperaturen. Den exakta temperaturen är inte avgörande. När enheten har stabiliserats bör nya mörkerbilder tas för den aktuella kvällen. Denna metod fungerar väl.

För komponenter rekommenderar jag följande:

• 40 mm TEC, artikelnummer PJT-7 @ 14,75 USD
• 12 VDC 3,5 A nätaggregat, artikelnummer PS-1231 @ 15,85 USD
• Kylfläns med 12 VDC-fläkt, artikel