Lucky Imaging - Astro-Aufnahmetechnik

Moin,

hier ist ein ganz interessanter Bericht über die Aufnahmetechnik von Objekten im Weltraum:

Der Asteroid Kalliope und sein Mond Linus

Von den Doppel-Asteroiden im Hauptgürtel können nur wenige erfolgreich mit bodengebundenen Teleskopen mittlerer Größe in ihre Komponenten aufgelöst werden. (22) Kalliope und sein Mond Linus sind solch ein Fall. Mit einem mittleren Abstand von etwa 1000 Kilometern zwischen Kalliope (Durchmesser ca. 120 km) und dem etwa 40 km großen Linus kann der Winkelabstand bis zu 0.85 Bogensekunden betragen. Das ist mehr als das Zehnfache des Auflösungsvermögens eines 2-m-Teleskops im sichtbaren Licht. Dennoch: Es ist von der selben Größenordung wie die Bildunschärfe, die durch atmosphärische Turbulenz verursacht wird - das "Seeing". Spezielle Techniken sind daher nötig, um scharfe Bilder von Objekten wie Kalliope und Linus zu erhalten.

Die üblichen Ansätze sind entweder, atmosphärisches Seeing komplett zu vermeiden, indem man Weltraumteleskope wie das Hubble Space Telescope benutzt, oder die Bildverzerrungen mit Hilfe Adaptiver Optiken aktiv zu kompensieren. Das obige Bild ist das Resultat einer völlig passiven Methode, des sogenannten "Lucky Imaging". Diese Technik setzen wir am Calar-Alto-2.2-m-Teleskop ein. Sie ermöglicht beugungsbegrenzte Aufnahmen im Wellenlängenbereich von 800-1000 Nanometern. Dazu werden mit AstraLux, einer Hochgeschwindigkeitskamera hoher Empfindlichkeit, zahlreiche Bilder mit sehr kurzer Belichtungszeit aufgenommen, von denen nur die schärfsten zur Auswerung gelangen.

Das Bild zeigt (22) Kalliope, Linus und den Hintergrundstern HD 35531. Dazu wurden 65000 Aufnahmen gewonnen, jedes Einzelbild wurde nur 30 Millisekunden lang belichtet. Obiges nahezu beugungsbegrenztes Bild von Kalliope und Linus ergab sich als Summe jener 2.5 Prozent aller Bilder, welche die beste Bildschärfe und die geringsten Verzerrungen durch atmosphärische Turbulenz zeigen.

Während der Beobachtungen wurde das Teleskop dem Asteroiden nachgeführt. Aufgrund seiner Eigenbewegung gegenüber dem Hintergrundstern erscheint dieser als Strichspur. Die ungleichmäßige Helligkeitsverteilung entlang dieser Spur spigelt das zeitlich variable Verhalten des atmosphärischen Seeings wieder: Die Phasen bester Bildqualität sind zeitlich nicht gleichmäßig verteilt, sondern neigen dazu, zu `klumpen`, entsprechend den helleren Abschnitten der Strichspur.

Aufgrund seiner rein passiven Natur lässt sich das "Lucky Imaging" einfach am Teleskop realisieren: Nur eine schnelle Kamera und geeignete Software sind nötig. So konnte AstraLux innerhalb von weniger als sechs Monaten gebaut und getestet werden -- zu einem Bruchteil der Kosten, die für Adaptive Optik nötig sind. Während das Instrument bisher hauptsächlich zur Entdeckung und Beobachtung enger Doppelsterne benutzt wurde (siehe Hormuth et al. 2007, A&A, 463, 707), kann es ebenso für Sonnensystemforschung eingesetzt werden. Durch die mögliche hohe Aufnahmegeschwindigkeit von bis zu 1000 Bildern pro Sekunde kann es gleichfalls als sehr schnelles Photometer benutzt werden. Dies erlaubt z.B. die zeitliche Auflösung der gepulsten optischen Strahlung von Pulsaren.



Jerry

Mahlzeit!


Festhalten, denn hier kommt was ganz neues, daß ich bisher nur aus einem utopischen Roman kenne:

[size=12]Ein flüssiger Spiegel für den Mond[/size]

Die Technik soll Teleskope widerstandsfähig gegenüber den rauen Bediungen machen

Wissenschaftler haben eine Möglichkeit für den Bau eines flüssigen Teleskop-Spiegels auf dem Mond gefunden. Anstatt einer polierten Glasoberfläche dient bei einem solchen Spiegel eine Metallschicht beispielsweise aus Silber, die auf einer Flüssigkeit schwimmt, als Reflexionsfläche. Wird diese Schale gedreht, entsteht ein perfekt geformter Hohlspiegel mit einer sehr glatten Oberfläche. Das Forscherteam um Ermanno Borra konnte durch eine geschickte Kombination mehrerer Substanzen einen solchen Spiegel für einen möglichen Einsatz unter den rauen Bedingungen auf dem Mond entwickeln.

Quelle und weiterlesen: http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/279470.html

Aber: Man kann doch mit so einem Ding nur ganz rasant den Sternenhimmel abgrasen. Ich meine damit, daß eine Nachführung, um ein Objekt im Fokus zu behalten, unmöglich ist. Oder?


Gruß
Peter

Hallo Peter,

das hört sich interessant an. Aber ich habe ein Vorstellungsproblem. Eine Flüssigkeit richtet sich auf einem Planeten ja entlang der Äquipotentiallinien des Gravitationspotentials aus. Also würde die Oberfläche grob der Krümmung der Mondoberfläche folgen. Damit hat man dann einen invertierten Holspiegel. Im Artikel wird etwas von "Drehen des Spiegels"  gesagt, um einen Hohlspiegel zu erzeugen. Es wird aber nicht genau erläutert.
Ich frage mich, wie man die konkave Seite nach außen bringen möchte. Ich könnte mir vorstellen, dass man das mittels Kohäsion zwischen Flüssigkeit und einem konkav geformten Untergrund schaffen könnte. Das ist aber nur eine Idee. Der Artikel sagt das natürlich nicht.

... Also würde die Oberfläche grob der Krümmung der Mondoberfläche folgen. ...

Da das eine bekannte Größe ist lässt sie sich bestimmt vom Computer herausrechnen.

Aber ich kann mir auch gar nicht vorstellen, daß es bei der Rotation keine (wenn auch nur geringen) Erschütterungen gibt, die wiederum Wellen auf der Oberfläche des Spiegels bilden. Dann gibt es ja auch noch seismische Aktivitäten. Aber auch dafür könnte es computertechnische Möglichkeiten der Bereinigung geben. Z. B. Könnte die Oberfläche ständig überwacht werden (Mit Laser?) und der Computer berechnet dann die Abweichungen und liefert ein Entzerrtes Bild.
Auch lässt sich eine solche Wanne, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, schlecht kippen um ein Objekt zu verfolgen. Objekt verfolgt -- Wanne leer.
 
Mal ganz abgesehen davon wie sich dann die rotierende Flüssigkeit verhält. Ich meine wie bei einem Gyroskop.

Also so richtig vorstellen kann ich mir noch nicht, daß das Gerät mal funktioniert wie es soll. Ich bin ja auch kein Wissenschaftler. Wenn ich mich recht erinnere wurde in dem utopischen Roman die Flüssigkeit während der Rotation gekühlt bis sie erstarrte. Dadurch konnte das Gerät dann auch problemlos gekippt werden. Da stelle ich mir dann aber wieder andere Probleme vor (mechanische Spannungen usw.). Naja, ein utopischer Roman eben...


Gruß
Peter

Jetzt verstehe ich es, danke Peter,

die Scheibe soll rotieren und dadurch einen "Trichter" in der Flüssigkeit erzeugen. Ich dachte das sollte ruhen. Daher kamen auch meine ersten Bedenken bzw. mein Unverständnis wie man eine konkave Form erzeugen wollte. Bei einer ruhenden Flüssigkeit würde sich ja eine konvexe Form ergeben (die von mir angesprochene Äquipotentialfläche/Oberflächenkrümmung).

ich glaube das ausrichten auf gewunschte Himmelabschnitt wird kein Problem sein: mann kann den Grossen Spiegel unbewegt lassen, und nur die Sekundäroptik bewegen. Man hat zwar dann nicht in alle Richtung die selbe Sammelfläche. Aber der Idee nach, kann ich es mir vorstellen, dass es gar kein Problem sein soll dieses Spiegel sehr gross zu gestalten, so dass lichtsammelde Fläche auch in einer Projektion auf eine Schräge gross wird.

Danke ILBUS! Sekundäroptik... Da hätte ich selber drauf kommen müssen.
 
Damit sind dann alle noch ausstehenden Probleme geklärt. Wann wird gestartet?
 


Gruß
Peter

Hallo,
zum Thema Lucky Imaging habe ich gerade interessante Neuigkeiten gefunden:

Einem Team von der University of Cambridge und dem California Institute of Technology gelang wohl der Durchbruch mit dem Lucky Imaging: Ihre Bilder sind, zumindest behaupten sie das, sogar schärfer als die des Hubble-Weltraumteleskops!
Sie nutzten das Palomar Observtory und wendeten die Lucky Imaging-Methode, die eigentlich nur vergleichsweise ziemlich einfache Technik berfordert, an. Aufgrund von Luftunruhen in der Erdatmosphäre werden ja die Bilder von Teleskopen auf der Erde nur bis zu einem gewissen Grad scharf. Um diese störenden Luftunruhen zu umgehen, werden von der Kamera 20 Bilder pro Sekunde geschossen. Viele davon sind eher unscharf, doch sind immer einige scharfe dabei. Diese werden vom Computer ausgesucht und zu einem Bild kombiniert.

Hier eine Animation mit einem Bild des Zentrums des Katzenaugennebels wie es ohne und mit dieser Technik aussieht:

Bild: Institute of Astronomy, University of Cambridge / CalTech

Mehr darüber gibt es hier und auf Englisch hier.

Mary

Hallo,
ich habe mal ein Hubble-Bild und dieses hier direkt verglichen- mir kommt das Hubble-Bild  (1,02 MB)noch immer schärfer vor. Was meint ihr?

Mary

EDiT:
Ich habe auf space.com noch einen direkten Vergleich zwischen Hubble und dem Palomar Observatory anhand eines Bildes von M13 gefunden-hier findet ihr es. Auf dem Bild von Hubble sind zwar mehr Sterne (längere Belichtungszeit), aber schärfer sind tatsächlich die, die mit Lucky Imaging aufgenommen wurden.

Hallo,
hier noch eine Raumfahrer.net-Meldung zu diesem Thema.

Bild: Zentrum des Kugelsternhaufens M 13, aufgenommen mit dem 5,1-Meter-Teleskop des Palomar Observatory mit der Lucky Imaging-Methode.
Credit: University of Cambridge/Caltech

Mary

Moin,

Astronomen der Universität Bonn haben einen Kameraverschluss (Bonn-Shutter) angefertigt, der die Größe einer Zimmertür hat. Dieser Rekord-Verschluss wird in 2010 in der weltgrößten Kamera zum Einsatz kommen - *Dark Energy Camera* (Decam). Mit ihr wollen Astrophysiker unter anderem nach Anhaltspunkten für die rätselhafte Dunkle Energie suchen.

*Decam* soll mit perfekten Aufnahmen einen Großteils des gesamten Himmels und dabei rund 500 Millionen Galaxien aufzuspüren. In diesem Datenmaterial wollen die Astrophysiker nach dem suchen, was ihnen Aufschluss über die Natur der rätselhaften Dunklen Materie liefern kann.

*Decam* soll auch Supernovae aufspüren. Die Entdeckung und Untersuchung von neu aufflammenden Supernovae in fernen Galaxien lieferte ursprünglich den entscheidenden Hinweis auf eine beschleunigte Ausdehnung des Weltalls. Als Ursache postulierten Astronomen die Dunkle Energie, deren Natur aber bis heute völlig unklar ist.


Foto: Dr. Klaus Reif, Universität Bonn

Info zu *Decam*: Auf dieser Grundplatte wird der gesamte Mechanismus des neuen "Bonn-Shutters" montiert. Die runde Shutteröffnung hat einen Durchmesser von 60 Zentimetern - so groß ist das Sensorfeld von *Decam* mit seinen 62 Sensoren und ca. 500 Megapixeln

Jerry

Moin,



Aus einer Serie von 50.000 Einzelbildern, aufgenommen mit einer Bildfrequenz von ca. 40 Bildern/s, wurden 5 verschieden lang belichtete Aufnahmen erzeugt.
Hier wurde ein Dreifachsystem beobachtet. Die hellste Komponente im Westen ist ein 14.9 mag heller M4V Stern. Die Position dieses Sternes wurde jeweils als Referenzposition benutzt. Die schwächste der drei Komponenten ist ein Stern der Spektralklasse M7-M8. Die Distanz zu Erde beträgt 150 Lj. Der Winkelabstand der beiden hellsten Objekte beträgt ~ 0.55 '', der Abstand zwischen den beiden schwächsten Komponenten dagegen nur ~ 0.15 ''.

Hier die aktualisierte Seite von
in englisch, aber sie ist sehr interessant.

Jerry

Bonjour, hier ein Mosaik unter Verwendung von 350 verschiedenen Bildreihenfolgen, hergestellt um ein 35 Mpixel Bild des Mondes zu machen. Da sieht man aber ganz deutlich den Unterschied.


http://www.ast.cam.ac.uk/~optics/Lucky_Web_Site/LI_Amateur.htm Jac

Moin,

in >>> Planetarische Nebel, Beitrag # 17 / *Ringnebel* (M 57) ist ein Bild, dessen Aufnahmetechnik ich hier beschreiben werde.

Das Bild vom *M 57* ist ein Composit von sechs verschiedenen Filtern. Die meisten Daten stammen aus den 1,23 m Zeiss Reflektor des Calar-Alto-Observatorium. Die Bilder wurden mit verschiedenen Zeiten durch schmalbandige Filter auf den Emissionslinien H-Alpha und O-III in insgesamt 18 Stunden erstellt. Zusätzlich mit Breitband-Bildern (Filter Johnson B, V und R) ergänzt, vom 3,5-m-Teleskop des Calar Alto, mit der Kamera LAICA, aufgenommen in einer Zeit von 3 Stunden unter schlechten Wetterbedingungen. Auch enthält das Bild 45 Minuten Archivmaterial von Infrarot-Beobachtungen von dem selben Teleskop mit der Infrarotkamera Omega 2000, auf der Emissionslinie von molekularem Wasserstoff (2,12 µm), das die Wellenfronten besser zu definieren hilft. Die Schmalband-Bilder wurden kombiniert mit der Breitband-Kodierung in 3 verschiedenen Farbtönen: cyan für O-III, Rot für H-alpha (mit H-beta kombiniert, violette Farbe als Ergebnis) und rot für den molekularem Wasserstoff.


Diese Sequenz zeigt die verschiedenen spektralen Beiträge zu dem Bild. Von links nach rechts: Emission von ionisiertem Sauerstoff (OIII), aus ionisiertem Wasserstoff (H-alpha), von molekularem Wasserstoff (H2, Infrarot-Licht), und die letzten drei Farbkanäle blau, grün und rot.

Das so erstellte Bild zeigt nicht nur *M 57* in vorher nie gesehenen Details, sondern auch eine große Anzahl von Sternen in allen Farben und eine überwältigende Menge an Hintergrund Galaxien.

Jerry

Moin,

Astrophysik im Breitwandformat

Wissenschaftler und Techniker des Astrophysikalischen Instituts Potsdam (AIP) haben eine neue elektronische Kamera für den Potsdamer Spektrographen *PMAS* am deutsch-spanischen Calar Alto Observatorium entwickelt und erste Aufnahmen am Teleskop damit gemacht. Damit können die Astronomen Galaxien und Sterne zukünftig noch effizienter vermessen.

Man ist nun in der Lage, Informationen über den doppelten Wellenlängenbereich zu erhalten, sozusagen Spektralanalyse in Breitwandformat, und das bei einer verbesserten Empfindlichkeit, niedrigerem Rauschen und einer schnelleren Verarbeitungszeit.

Die Kamera verwendet eine größere CCD (Charged-Coupled Device) und kann so mehr Informationen als zuvor von dem Spektrographen auffangen. *PMAS* ist ein vollständig am AIP entwickelter Vielkanalspektrograph, der Hunderte von Bildern oder Spektren gleichzeitig aufnehmen kann. Dazu verwendet das Gerät mechanische, optische und elektronische Hochleistungstechnologien, unter anderem optische Glasfasern und sensitive elektronische Bilddetektoren.

Der Erfolg der neuen Kamera ist auch ein wichtiger Meilenstein für ein weiteres Projekt mit Potsdamer Beteiligung. Ähnliche Detektoren sollen in dem zukünftigen europäischen Instrument *MUSE* zum Einsatz kommen. *MUSE* wird in der Lage sein 90.000 Spektren während nur einer einzigen Belichtung aufzunehmen. Das *MUSE*-Detektor-System ist ein wesentlicher und anspruchsvoller Bestandteil des VLT, bestehend aus 24 4k x 4k CCDs. Jeder CCD wird in einem eigenen unabhängigen Detektorkopf der Spektrographen montiert. Ein gemeinsames Vakuum-und Kryo-System sorgt für optimale Bedingungen und einen sicheren Betrieb für alle Detektoren. Die Datenerfassung erfolgt mit dem neu entwickelte New General-Detektor Controller (NGC) der ESO.


Der elektronische Bildsensor (CCD) besitzt 16 Millionen Pixel und wird mit flüssigem Stickstoff auf -120 °C gekühlt.


Das erste Bild mit der neuen PMAS Kamera. Es zeigt kombinierte Spektren der Galaxie *UGC 2238* im Sternbild Widder und des Nachthimmels. Der aufgenommene Spektralbereich deckt das gesamte sichtbare Licht von 390nm im Blauen bis zu 720nm im Roten ab, doppelt so viel, wie bisher.
Bilder: AIP

Jerry

Um mal ein ganz altes Thema nach vorne zu holen...

Mittlerweile ist das "klassische" Lucky Imaging eine etablierte Technik, etwa 200 Paper wurden bereits veröffentlicht, für deren Aufnahmen LI verwendet wurde. In diesem Paper wird eine neue Variante davon vorgestellt: http://de.arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1303/1303.5108.pdf

Bei der "Lucky Fourier"-Methode wird ausgenutzt, das viele für LI unbrauchbare Bilder nur in einer Richtung schlecht aufgelöst sind, in anderer Richtung aber eine gute lineare Auflösung bieten. Mit Fourier-Transformation wird es möglich, auch diese Bilder passend zu kombinieren. Dieser Ansatz kommt mir ziemlich bekannt vor aus der Radioastronomie, wo auch einzelne Aufnahmen mit hohen linearen Auflösungen im nachhinein kombiniert werden.

Da Bilder meist mehr sagen als Worte einfach mal ein Vergleichsbild:

Die vier Bilder zeigen jeweils das Zentrum von M13.
Ganz links eine Aufnahme mit dem Hubble-ACS Instrument
Die weiteren drei Bilder wurden mithilfe des 5m-Palomar Teleskops erzeugt unter Verwendung einer einfachen adaptiven Optik (System PALAO)
Das zweite Bild ist ein LI-Bild, bei dem 10% aller Frames verwendet wurden
Das dritte Bild ist ein LF-Bild unter Verwendung von 20% aller Frames
Das vierte Bild wurde per LF mit 50% der Frames erzeugt

Tatsächlich sieht man ganz gut, dass mit LF die Bilder schärfer und heller werden als mit den älteren Systemen. Die erreichte Auflösung liegt hier  bei  rund 35mas und damit 3mal so gut wie bei Hubble.