HMM - priprema, pozor, sad!!!

Četvrtak, 08. siječnja 2009. u 03:17 sati

Zagrijavanje...

Hrvatska meteorska mreža - HMM - je nastala kao plod dugogodišnje tradicije meteorske astronomije u Hrvatskoj. Prva vizualna promatranja u organizaciji Zagrebačke Zvjezdarnice odnosno tadašnjeg AAD Zagreb još tamo "70-ih godina prošlog stoljeća potakla su i druge udruge astronoma amatera na promatranja meteora, uglavnom velikih potoka. Početkom "90-ih, Zvjezdarnica u Višnjanu postaje dio Europske meteorske mreže (EN) all-sky kamera, ali je taj projekt zbog odnosa uloženog rada i dobivenih rezultata napušten. Razvojem tehnologija CCD kamera, sredinom "90-ih u svijetu počinju sa radom prve amaterske meteorske mreže bazirane na video zapisima. Video zapisi se tada analiziraju sa traka i obrađuju na PC. Korak naprijed napravljen je razvojem video capture kartica, koje su omogućavale direktnu analizu videa na PC, bez potrebe za video rekorderom i trakom.

Početkom novog milenija kamere video nadzora visoke osjetljivosti postale su dostupne i našim (plitkim) džepovima, tako da se sa Zvjezdarnici u Puli 2006. godine provode prva, zaista eksperimentalna promatranja meteora putem videa: u noći gotovo punog Mjeseca, uz vlagu od 95% i gradsku rasvjetu na +100% za maksimuma Perzeida snimljena su prva tri meteora. Vrijedno je napomenuti da su članovi ADIP-a i "uživo" pratili video te pripomogli pri detekciji prve trojke. Nakon Orionida, kada je uz poboljšani setup za 8 sati promatranja snimljeno 42 meteora, te pogotovo Geminida (192 meteora u noći 13/14) postalo je jasno da u rukama imamo alat kojim možemo efi kasno promatrati meteore i iz centra grada! Tada se pod okriljem Znanstveno edukacijskog centra Višnjan formira Hrvatska meteorska mreža - HMM, čime se održava kontinuitet promatranja meteora i daje potpuna nova dimenzija meteorskoj astronomiji u nas.

    

Kamera EN-1 (lijevo) i kamera EN-2 (desno)


Orionidi, "stackirano"

1. PRIPREMA...

1.1. 1004X kamera

HMM je bazirana na 1004X crno-bijelim visokoosjetljivim kamerama video nadzora, osjetljivosti 0.003 luxa pri F/1.2 objektiva. Prvi testovi, provedeni na ADPI-u za Perzeida 2006. provedeni su originalnim objektivom 3.6 mm F/2 uz nemodificiranu kameru. Testovi su pokazali da kamera u real-time (25 fps) registrira zvijezde do 1.5 mag, što nismo smatrali zadovoljavajućim. Stoga je kamera modificirana u smislu fiksnog pojačanja (kameru je modificirao Filip Lolić, bez kojega bi danas stvari sigurno izgledale drugačije) te je primijenjen objektiv 9 mm F/1.4. Uz ovaj setup snimani su Orionidi, granična magnituda zvijezda bila je oko 4 ali je sada vidno polje bilo malo premalo... trebalo je naći pravi objektiv. Izbor je pao na 4 mm F/1.2 objektiv, koji na 1/3" CCD chipu daje vidno polje od 64X48 stupnjeva - što otprilike odgovara korisnom vidnom polju ljudskog oka. Danas su sve HMM kamere opremljene takvim objektivima, što olakšava kalkulacije preklopa vidnih polja double i multi - station postavki.


Kamera čvora Bjelovar

Kućišta kamera (uglavnom, izuzetak su Mali Lošinj i Pula A) su dome kućišta video nadzornih kamera, popunjena silica-gelom kako bi se smanjila mogućnost kondenzacije vlage, a još je efikasnija varijanta Filipa Lolića sa dodatnom alu-folijom unutar kućišta čime se smanjuje i temperatura u kućištu. Posebnu pažnja pridana je i izboru napajanja kamera, budući da i najmanji "brum" (varijacija napona) napajanja dovodi nepoželjnih smetnji koje direktno utiču na rezultate promatranja.

1.2. PC + video capture

Kod prva dva eksperimenta (Perzeidi i Orionidi "06) video je sniman na digitalni video rekorder i naknadno analiziran na PC. Kako bi izbjegli potrebu za DVR-om, testirali smo nekoliko softvera za detekciju meteora. Danas nekako najrazvikaniji (i od strane IMO - International Meteor Organization - gotovo isključivi) softver je MetRec, autor Sirko Molau. Na žalost, iz samo njemu poznatih razloga autor ovaj softver radi isključivo uz Matrox Meteor karticu i DOS operacijski sustav. Kako je nama cijena jedne takve kartice neprihvatljiva, a njena instalacija iziskuje natprosječne informatičke vještine (i sreće), od MetRec-a smo odustali. Od pred nekoliko godina, u svijetu se (uglavnom Japanu) od strane astronoma amatera (i profesionalaca) koristi UFO, paket za automatsku detekciju i analizu pojava na nebu - uključujući meteore. Za razliku od Metrec-a, ovaj softver radi na Windows platformama - ali zahtjeva značajne hardverske resurse (čitaj: skupi PC), a samo podešavanje parametara sustava predstavlja svojevrsni rebus (ne preporuča se osobama slabih živaca). Pored softvera napisanih namjenski za detekciju meteora, testirali smo i softvere za detekciju pokreta (svodi se gotovo na isto), među njima je najviše obećava HandyAvi - problem je "jedino" što ne daje koordinate detekcija, sprema ogromne avi datoteke...


Kamera HMM mreže - Filip Lolić

1.3. SkyPatrol

Naš konačan izbor je freeware SkyPatrol - autor Mark Vornhusen. Softver radi na skoro svim Windows operacijskim sustavima - od Win"98 do XPSP2 (nije testiran na "95 i Visti), radi sa svim standardnim video capture karticama i ne zahtjeva moćan PC: dovoljan je Celeron na 700 MHz, već od 128 MB RAM-a, podešavanje parametara detekcije je jednostavno, instalacije nema (golo kopiranje). Ono što je izuzetno važno, SkyPatrol kreira datoteku sa svim potrebnim informacijama o detektiranom objektu.

1.4. Priprema: gotova

Jeftini (polovni) PC i jeftina (<150kn) video capture kartica u kombinaciji sa jeftinom (1100 kn sa objektivom) kamerom i freeware softverom čine osnovni alat HMM. Uz ukupnu cijenu manju od €300 po stanici, ovakve je sustave bilo moguće instalirati na više lokacija te omogućiti double i multi - station promatranja meteora.

2. ...POZOR...

2.1. SkyPatrol - pro et contra

SkyPatrol softver, koji smo izabrali za promatranja meteora, nije savršen - teško da će takav softver ikada biti napravljen - i kao takav ima neke mane i nedostatke, ali ima i svojih prednosti pred drugim softverima. Kako bi malo pojasnili problematiku, osvrnut ćemo se na neke od detalja. Prednosti SkyPatrol softvera sadržane su u automatskoj detekciji objekta koji se kreće - bio to meteor ili nešto drugo - te pohranjivanju koordinata/levela detekcije i dijela videa (slijed 80X80 pix). Činjenica da svaka snimka predstavlja sumu 1500 slika (25X60 sec) po načelu "if lighter" (zapisuje se samo najsjajnija pixela od 1500) smanjuje količinu informacija na disku te pruža uvid u uvjete promatranja, za razliku od ostalih softvera (gdje nije moguće procijeniti da li je bilo vedro ili oblačno). Budući da je rezultantna bitmapa puno kvalitetnija od pojedinačnih slika, na njoj su uočljive zvijezde slabijeg sjaja. To je od izuzetnog značaja za kvalitetnu kalibraciju optičke distorzije i astrometrijsku kalibraciju vidnog polja kamere, budući da na raspolaganju imamo veći broj zvijezda.


Obrada podataka u programu SkyPatrol

Nadalje, SkyPatrol Viewer program omogućava pregled i rekonstrukciju pojedinačnih snimaka sliku-po-sliku (dakle kroz 1500 slika u minuti), na koji je način jednostavnije razlučiti što je meteor a što nije. I zadnje ali ne i najmanje važno, moguće je rekonstruirati i video u avi formatu. Osnovnu manu SkyPatrol-a predstavlja gubitak 2(4) sekunde po bitmapi. To znači da u sat vremena imamo snimljeno 58 snimaka (minuta) umjesto 60. Preostali nedostaci su boljke i drugih softvera: propuštanje detekcije u slučaju više istovremenih objekata (do dva istovremeno radi kako treba) te nepreciznost koordinata detekcije u slučajevima jako sjajnih meteora. Nedostatak pak (za razliku od UFO i MetRec-a) predstavlja nepostojanje softvera za analizu promatranja... to smo morali napraviti sami.

2.2. SkyPatrol Analyzer

Zahvaljujući svesrdnoj pomoći Igora Terlevića, koji je isprogramirao SkyPatrol Analyzer, danas imamo program kojim je moguće filtrirati promatranja dobivena SkyPatrol softverom. Da malo pojasnim: nije sve što kamera na snimci zabilježi meteor: to može biti šišmiš ili avion (glavni "onečišćivači"), kukac ili noćna ptica (tu i tamo) a rjeđe i neka iznenađenja (najlonske vrećice, velike ptice od kojih se da lete noću očekuje samo u ranom djetinjstvu - rode...).


Kaos - avioni, ptice i druga smetala

Iz tog kaosa, koji je u gradskim uvjetima još puno izraženiji, treba izvući detekcije koje predstavljaju meteor. Dakle, potrebno je detekcije iz datoteke koju kreira Sky-Patrol prezentirati na pripadnoj snimci, te na osnovu trenutaka pojavljivanja i u usporedbi sa SkyPatrol Viewerom prepoznati što je a što nije meteor (vjerujte, nije ni izbliza tako komplicirano kao što zvuči). Kada smo izdvojili meteor, ostali su samo tehnički detalji...


Obrada podataka

Među tim detaljima važno je istaći da možemo korigirati koordinate detekcije - naime, kako SkyPatrol koordinate detekcija daje u diskretnim veličinama, rezolucije 1 pix, mi možemo zoomiranjem preciznije (do 1/8 pix) definirati koordinatu detekcije. Rezultat filtriranja SkyPatrol Analyzerom je datoteka sa čistim i preciznim koordinatama detekcije meteora. Kompletan posao filtriranja promatranja ovisi o broju detekcija i uvježbanosti operatera, ali prosječno traje manje od sat vremena. Naravno, Sky-Patrol Analyzer će se konstantno unapređivati kako bi se olakšalo i donekle automatiziralo filtriranje i dalja obrada promatranja.


Obrada podataka, eliminiranje lažnih tragova

2.3. PIXY2 - MetMath

Postupak određivanja nebeskih koordinata meteora iz X,Y detekcija provodi se u dva koraka: kalibraciji vidnog polja kamere i transformaciji koordinata. Kalibracija kamere rješava se programskim paketom PIXY2, autor Seeichi Yoshida. PIXY2 softver nije prvenstveno namijenjen meteorskoj astronomiji već astrometriji i fotometriji, ali je njegova sposobnost rješavanja parametara optičke distorzije vidnog polja kamere kao i astrometrijske kalibracije našla primjenu i u našem slučaju. Sam postupak provodi se izborom snimke sa što više (najmanje 10) jednoliko raspoređenih zvijezda, te unošenjem približnih koordinata centra vidnog polja kamere kao rezultat dobivamo tražene podatke: parametre optičke distorzije (polinom 3. reda), koordinate centra vidnog polja te rotacije (nagiba kamere prema nebeskom ekvatoru).

Velika prednost ovog načina kalibracije je ta da se može provoditi naknadno, a u slučaju da je kamera fiksna (za slučaj HMM - 95%) provodi se samo povremeno (kontrola). Nadalje, moguće je provesti kalibraciju preko cijelog vidnog polja kamere u slučaju ekstremne optičke distorzije vidnog polja (za potrebe neke-eventualno buduće all-sky kamere...). Preciznost kalibracije je velika: uz rezoluciju od tipično 606"/pix, astrometrijska je greška manja od 90" (tipično reda 70"). Pribrojimo li toj greški moguću grešku od 1/8 pix prenesenu iz SkyPatrol Analyzera, možemo konstatirati da je najveća greška promatranja reda 3" ili 0,05 stupnjeva. Nije baš kao UFO softver, koji postiže isti rezultat na gotovo dvostruko većem vidnom polju, ali držimo da je dovoljno precizno za našu opremu. MetMath je pak naš softver, autor autor koji transformira detektirane lokalne X,Y koordinate chipa u sferne nebeske koordinate. Kao izlaz, dobivamo datoteku meteor.hmm u kojoj se nalaze sve informacije potrebne za dalju analizu meteora.

2.4. MetPlot, MetSort, RadPlot, Triang...

U svrhu detaljne analize i vizualizacije promatranja meteora razvili smo više zasebnih softvera, iznosimo crtice o nekima od njih:
MetPlot - crta meteore sa pripadnim tragovima, uz mogućnost docrtavanja greške
MetSort - sortira meteore prema pretpostavljenom radijantu (koordinatama i geocentričnoj brzini)
StarMet – za vizualnu provjeru kalibracije


Program StarMet

RadPlot - crta točke sjecišta tragova meteora (prividni radijanti)
Triang - računa visine i brzine double-station meteora
Met Rad - računa koordinate radijanta iz sjecišta

2.5. ...Pozor.. gotov

Istovremeno sa razvojem osnovnih alata za analizu snimaka, krenulo se sa širenjem mreže. Prva kamera nakon ADIP-ove završila je u Šibeniku, potom u Zagrebu, Rijeci... Zahvaljujući Znanstveno edukacijskom centru Višnjan, kamere su stigle i do Osijeka, Bjelovara, Merenja... do Lirida 2007. u funkciji je bilo 6 kamera.

3. ...SAD!!!

3.1. Lokacije kamera

Dok ovo pišem, u Hrvatskoj rutinsko snimanje meteora provodi 14 stanica. Na slikama su prikazane lokacije kamera te pripadna pokrivenost neba na 100 km visine.


Lokacije kamera


Preklopi kamera

Iz slika je vidljivo da imamo velik postotak zajedničke pokrivenosti (preklapanja), što omogućava kvalitetan double i multi - station rad. Slijedeći čvorovi će (ovisno o mogućnostima) biti instalirani u smislu kvalitetnijeg kuta preklopa, kao i dopune pokrivenosti atmosfere u južnim krajevima (Dalmacija).

3.2. Stackovi

Na slijedećim slikama možete vidjeti kako to izgleda kada se meteori snimljeni u jednoj noći spoje u jednu sliku...


Geminidi i Perzeidi "stackirano" (Šegi i Denis)

... a promatranja "zmatematiciraju" i vizualiziraju.


Geminidi 131406

3.3. Slučaj "Westin"

Mnogo se medijske prašine podiglo oko bolida iz potoka Lirida, 22/23.04.2007. Meteor (ispostavilo se sjaja -10,7 mag) sagorio je u atmosferi na 75 km visine, ali su naši vrli novinari od toga napravili senzaciju - u stilu, "Pola sekunde od udara u Westin" i sličnih bombi. Taj nas je "slučaj" naučio pameti, tako da od tada informacije o takvim događanjima javnosti prezentiramo sa posebnim oprezom, makar se i nakon toga diglo puno nepotrebne prašine i dezinformacija oko Skradskog mete(o)r(it)a. Interesantno, isti bolid od 22/23.04.2007. snimila je Europska meteorska mreža (EN) all-sky kamera, a na osnovi tih snimaka i snimke HMM Osijek (pokazala se ključnom) određena je i precizna orbita ovog tijela. Tako je "Slučaj Westin" postao prvi slučaj suradnje HMM i IAU comission 22 te njenim predsjednikom dr. Pavelom Spurnyjem. Ako nekoga interesiraju detalji o tom bolidu, a ne radi u novinsko/izdavačkom poduzeću na mjestu "novinarske Katice za sve", neka se javi HMM.


Meteor - "Slučaj Westin"

3.4. ESO - Catch a Star 2007.

Kako Znanstveno edukacijski centar Višnjan ima razvijenu suradnju sa svjetskim studentskim organizacijama, prilikom jednog takvog susreta Bogumilu Giertleru predana je kopija promatranja Geminida iz noći 14/15.12.2006. Na osnovi tih promatranja Bogumil je napravio rad koji je osvojio prvo mjesto na ESO natječaju za mlade znanstvenike (CAS2007-388: Determining the relative radiant of Geminid meteor shower).

3.5. ... SAD!!! ... ne, nije gotovo

Ne, nikako nije gotovo, tek je počelo. Pored rutinskih promatranja, razvoja softvera za analizu i objavljivanja rezultata, cilj HMM je i uvođenje zainteresiranih mladih ljudi u svijet meteorske astronomije. Svi zainteresirani za rad pri HMM mogu se javiti na mail korado@astro.hr ili damirsegon@yahoo.com uz subject HMM - ZAINTERESIRANI.

Za kraj

Meteor nije pojava koju je moguće snimati kad god nam se prohtije, tu ne pomažu 5, 50 ili 100 metarski teleskopi... Ono što snimimo ekskluzivno je NAŠE, to nije snimka Mt-Palomara ili Hubble-a. Jedinstveni i neponovljivi komadić koji je sagorio iznad naših glava predstavlja rezultat "rada" našeg kišobrana/detektora_meteoroida - atmosfere, a crtice među tragovima zvijezda na snimci omogućavaju nam otkrivanje detalja o njemu. U radu HMM sudjeluju mnogi pojedinci i udruge, istaći ću samo nekolicinu: Željko Andreić (HMM RGN, HMM Merenje, HMM Varaždin), Korado Korlević, Maja Crnić (HMM Višnjan), Dario Klarić (HMM Osijek), Ivica Čiković (HMM Rijeka I i II), Dorian Božičević (HMM Mali Lošinj), Denis Štogl, Luka Oskoruš (HMM Rovišće odnedavno Velika Pisanica), Diego Širola (HMM ADIP), Krunoslav Vardijan (HMM Petrovsko), Gaj Tomaš (HMM Valpovo), i nezaobilazni Filip Lolić (HMM Žrnovnica). Neka se ne naljute oni koje sam slučajno ispustio...


Zahvaljujemo se gospodinu Marinu Tumpić i Damiru Šegon na ljubaznom dopuštenju za objavu članka na Zvjezdarnici. Članak je izvorno napisan za potrebe Prvog hrvatskog elektroničkog časopisa za astronomiju M111, broj 13. Ako ga niste do sada čitali, svakako ga skinite na svoje računalo, potpuno besplatno, sve brojeve i naravno - čitajte. Diskutirati o meteorima, kamerama, teleskopima i svemu onome što vas zanima u vezi svemira i astronomije, možete na AstroForumu.