Physik | Technik
Christopher Golling, 2002 | Näfels, GL
Diese Arbeit beinhaltet einen Theorieteil zu dem Prozess Deep Sky Astrophotographie. Zusammenfassend wird der Lebenszyklus der Deep Sky Objekten beschrieben. Ebenfalls wird die Funktionsweise der benötigten Gerätschaften erläutert und das in der Sternwarte der Kantonsschule Glarus vorhandene Equipment beschrieben.
Im Praktischen Teil wurde in dieser Sternwarte eine neue schweizer Montierung “Herkules V24” modernster Bauart installiert und eingenordet. Weiter wurde diese neue Kombination getestet und die auftretenden Fehler nach Möglichkeiten behoben. Ausserdem wurde eine Fernsteuerung der Geräte eingerichtet um diese auch aus dem warmen Schulhaus steuern zu können.
In einem weiteren Teil konnte mithilfe einer zweiten Kamera eine Methode der Weitwinkel Gradientenextraktion entwickelt werden.
Diese verbessert die Objektbilder durch individuelle Kalibration mit gemittelten linearen Helligkeitsgradienten. Die zeitgleich mit den Deep Sky Aufnahmen gemacht Kalibrationsbilder reduzieren so den lokalen ungewollten Helligkeitsverlauf wie z.B. Lichtverschmutzung.
Fragestellung
Aufgabenstellung Praxisteil 1:
Die Installation und Einrichtung der neuen, in der Schweiz hergestellten, Teleskopmontierung “Herkules V24” in der Sternwarte der Kantonsschule Glarus. Das Testen dieser neuen Ausrüstungskombination anhand erster Bilder.
Aufgabenstellung Praxisteil 2:
Implementieren einer Methode für die Aufnahme von zusätzlichen Bildern für die Kalibration mittels Weitwinkel-Gradientenextraktion in dieser Sternwarte.
Entwickeln eines Algorithmus für die automatische Verarbeitung dieser Kalibrationsbilder.
Methodik
Die Montierung wurde installiert und balanciert. Anschliessend wurde sie mittels der Scheiner-Methode während mehrerer Nächte eingenordet.
Fehler im Programm der Steuerung und ein signifikanter Produktionsfehler wurden festgestellt und dokumentiert. Diese bedingten eine Demontage der Montierung und deren mehrwöchige Reparatur durch die Entwickler in Zürich.
Weiter wurde das Internet-Netzwerk der Schule angepasst, sodass auch eine Fernsteuerung der Sternwarte eingerichtet werden konnte.
Das Testen des gesamten Systems wurde mittels Aufnahmesessionen von den Objekten Messier 81, Messier 74, NGC 891 und NGC 6992 durchgeführt.
Für die Gradientenextraktion wurde eine DSLR Kamera mit Teleobjektiv parallel auf Teleskoptubus befestigt. Um die teilautomatisierte Aufnahme von Kalibrationsbildern wie gewünscht umzusetzen, wurde diese Kamera mithilfe eines Python Skripts auf einem Raspberry Pi Computer angesteuert.
Die Verarbeitung, Extraktion und Kombination der Kalibrationsdaten wurde mithilfe von wissenschaftlichen und statistischen Bibliotheken Numpy, Scipy von Python durchgeführt.
Ergebnisse
Das Installieren und Balancieren der Montierung verlief ohne grössere Zwischenfälle gut. Mithilfe der Scheiner-Methode konnte eine Abweichung von weniger als 2 Bogenminuten der Rektaszensionsachse von der Erdrotationsachse erreicht werden.
Das Zusammenspiel von Montierung mit dem Rest der Sternwarte funktioniert gut.
Gradientenextraktion: Die Funktionen des Algorithmus funktionieren einwandfrei und können einen gradienten extrahieren, autonom mit astrometry.net die Drehung und Skalierung relativ zu den main Bildern berechnen etc.
Aufgrund von bewölktem Himmel und fehlendem Material konnten jedoch nicht früh genug gute Daten aufgenommen werden um den Algorithmus schlussendlich zu testen.
Diskussion
Die gelernte grundlegende Theorie der Astrofotografie für Interessierte so zusammenzufassen, dass sie nach Lesen dessen den Prozess so verstehen, um selbst in der Sternwarte arbeiten zu können hat sich schon bewährt.
Das Testen der Montierung und Ausrüstung hat sich als äusserst anspruchsvoll und zeitaufwendig herausgestellt.
Lange hat niemand eine Maturaarbeit in dieser Sternwarte gemacht. Jetzt machen zwei weitere jetzt eine Maturaarbeit in der Sternwarte. Diese Entwicklung freut mich sehr.
Gradient:
Leider konnte der Algorithmus nicht wirklich getestet werden. Doch ich bin sehr froh, dass jede Teilfunktion sehr gut funktioniert. Bis zum Final – so bin ich mir sicher – kann ich die Daten verarbeiten und testen.
Schlussfolgerungen
Obwohl ich während dieses Projektes viele Rückschläge und Probleme gehabt habe, konnte ich sehr viel lernen und erfahren. Gerne hätte ich noch mehr farbige Aufnahmen und Tests gemacht, was wegen den Umständen jedoch nicht ging. Die Fernsteuerung ermöglicht eine gute Benutzung und Kontrolle aus dem warmen, worüber ich sehr dankbar bin.
Somit bin ich sehr zufrieden mit dem Projekt und bin gespannt wie sich die Astrophotographie in Glarus weiter entwickelt.
Würdigung durch den Experten
Dr. Fabian Neyer
Die Arbeit wurde mit sehr grossem Durchhaltewillen, viel Enthusiasmus und Motivation geschrieben. Christopher Golling hat sich für ein Themenfeld entschieden, das heute wenig bis gar nicht an Schulen unterrichtet wird und somit auch eine entsprechende Anfangsüberwindung fordert. Sowohl im theoretischen wie auch im praktischen Teil überzeugt die Arbeit durch eine sorgfältige Herangehensweise und Ideenreichtum. Schön ist auch zu sehen, dass diese Arbeit als Grundlage für weitere Projekte dieser Art an der Kantonsschule Glarus dienen wird.
Prädikat:
hervorragend
Sonderpreis Paul Scherrer Institut – Forschung auf dem Jungfraujoch
Kantonsschule Glarus
Lehrer: Anton Schriber
