22,03 og lidt SQM nørderi

Generelt om astronomi
Besvar
Brugeravatar
morten
Reactions:
Indlæg: 78
Tilmeldt: 24 apr 2018, 09:39
Geografisk sted: NORDSJÆLLAND

22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af morten » 13 aug 2018, 13:49

Inspireret af Jacobsen bandens tur til Namibia og de 22,03, samt rapporter om tilsvarende mørke fra Vestjylland og Møn ledte jeg lidt i litteraturen, fordi jeg synes 22 er vældig mørkt, og jeg var i tvivl om man nu kunne stole på SQM apparatet, som nu ser ud til at være kommet til ære og værdighed, også som videnskabeligt måleinstrument. Jeg fandt et anbefalelsesværdigt review (Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 205 (2018) 278–290). Jeg har hentet den via det kongelige bibliotek, så jeg kan ikke reposte den i et offentligt forum uden at bryde copyright etc., og derved risikere at kompromittere mine lånerettigheder. Der er dog nogle ting i den artikel, som jeg finder relevante for os glade amatører og dermed værd at dele.

Først selve enheden; himmelens lysstyrke (Sky brightness) måles i \(\frac{mag}{arcsec^2}\). Tælleren er magnitude, som jo stammer fra oldtiden og derfor oprindeligt er en subjektiv, men senere kvantificeret, måleenhed for stjerner, d.v.s. punktkilder. Magnitude omsættes til flade-flux ved at tælle indstrålingen af fotoner (i det rigtige spektralområde, se nedenfor) svarende til et kvadratbuesekund. Man leger så at den fangne mængde fotoner pr tidsenhed kom fra en og kun en stjerne, og relaterer til den magnitude som denne stjerne ville have. Magnitude er som nævnt et mål, der er relateret til det humane øjes følsomhed, så vidt jeg har kunne finde ud af, lidt overraskende, svarende til ”dagsynet” (det photopiske syn), som jo er mest følsomt i det grønne område (nattesynet er har skiftet følsomheden ca 55nm i blågrøn retning). Ved målinger af himmelens lysstyrke skal man derfor tage højde for den spektrale sammensætning af lyset. Professionelt anvendes Johnson V filteret typisk. Sammenligner man med sit CCD kamera, vil dette have en anden, ofte en fladere (evt mere boks formet) spektralfølsomhed end det humane øje. I formelsprog er Sky brightness, SB, et relativt mål, hvor \(SB=2,5 \cdot \log_{10}{\frac{I}{I_0}}-k \cdot AM\), hvor I er antallet af indfaldne fotoner i det rigtige spektrale bånd pr kradratbuesekund, og Io er en referenceflux. SM er airmass og k er ekstinktionskoefficienten. Måler man samme sted, højt på himmelen kan man se bort fra K*AM, hvis formål er at normalisere til forholdene i zenith. SQM målingen måler alt lys som kommer fra himmelen, baggrund og stjerner – det skal man have sig for øje hvis man forsøger at sammenligne med baggrunden i sine billeder.

Professionelle målinger af Sky Brightness fra mørke steder på jorden kommer sjældent over 22 \(\frac{mag}{arcsec^2}\). Således er der fra Rocque observatoriet på Palma målt 21,9, på Mauna Kea, Hawai 22,05, Paranal 21,7 (range 21,0-22,3). Alle disse observatorier ligger højt over havets overflade og ser igennem meget mere atmosfære end vi gør her i DK. I rummet har Hubble målt 22,7 (range 22,1-22,3). Når man rapporterer enkeltstående gode målinger, så skal man være opmærksom på selektionsbias. Jo flere målinger man selekterer fra, jo mere fantastisk bliver ens SQM måling, som til sidst ikke har så meget med virkeligheden at gøre. Det fede ved Jens måling fra Namibia, er at den så vidt jeg forstår ikke er en ekstremværdi, og derfor ikke påvirket af selektionsbias. Jeg anerkender naturligvis, at ens site unægtelig er fremragende, hvis man kan finde en enkeltstående, troværdig måling på op mod 22, dog skal man ikke regne med, at det lige er denne ekstreme værdi der er repræsentativ for, hvad man finder, hvis man en dag rejser dertil.
SQM målinger er såkaldt endimensionale, d.v.s. der foretages ikke særskilte målinger i forskellige spektrale bånd. SQM vægter det blå lys højere end det humane øje (og end V filteret), og overvurderer derfor LED lysforurening. Herudover bliver vinduet (specielt under varmere himmelstrøg, og ved hårdhændet behandling) mindre transparent med tiden hvorfor instrumentet bliver mere optimistisk. Instrumentet findes i en version med en linse, der begrænser det målte felt til ca 20 grader (SQM-L), hvilket i flg ovenst artikel giver mere pålidelige målinger. SQM instrumentet er i real-life tests fundet at have en inter-instrument variation på 14% svarende til 0,14 \(\frac{MAG(SQM)}{arcsec^2}\). Rangen i dette hollandske studie (KIOS 2011) var dog større (-16% -> +20%). En måling på f.eks. 21,7 kan altså være 21,5 bare på grund af instrumentfejl.

Hvad betyder Sky Brightness for mig? Når jeg f.eks. har fotograferet Abell2218, så har jeg en baggrund på ca 3000 ADU i en 300s frame. Den tilsvarende dark frame har 510 ADU. Med en target ”flux” på 10 ADU pr frame har jeg et signal-støj forhold (SNR) på 0,098 for en enkelt frame. Jeg skal op på over 100 frames for at få et SNR på en. Min SQM værdi ligger for den del af himlen på ca 21,4 \(\frac{MAG(SQM)}{arcsec^2}\). Var jeg nede hos Jacobsenbanden (eller måske på Møn) og der var en SQM værdi på 22 \(\frac{MAG(SQM)}{arcsec^2}\), så kan man måske skønne over forholdet mellem min baggrundsflux hjemme og i Namibia ved at se på \(10^{\frac{22-21,4}{2,5}}=1,73\). D.v.s. mit SNR på en enkelt frame ville være forbedret til 0,13 og mine 350 L frames ville have haft et SNR på 2,38 i stedet for som nu 1,83. Det ville være muligt at nå de 2,38, men så skulle jeg have 600 frames, d.v.s. næsten dobbelt eksponeringstid.

Hvad er pointen? Med mindre jeg har regnet forkert (og det er meget muligt), så er det muligt selv fra steder kun en times kørsel fra København, at opnå rimeligt mørke steder som tillader, at man kan opnå dybe billeder, om end det kræver at man er villig til at bruge mere af den sparsomme skyfri og mørke tid. Visuelt er mørke naturligvis altafgørende fordi øjet er sådan en elendig integrator af fotoner. Man har kun ca 200ms til at skelne DSO'er fra baggrund, og så SKAL baggrunden være så lav som muligt. Har man opgraderet til silicium går det lidt lettere.
Brugeravatar
Rudi
Reactions:
Indlæg: 1587
Tilmeldt: 26 nov 2017, 21:43
Geografisk sted: Sydfyn
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Rudi » 13 aug 2018, 17:13

Interessante betragtninger. Den artikel vil jeg gerne læse. Må man ikke gengive en enkelt artikel?

Jeg er interesseret i en SQM, for at kunne kvantificere, hvor mørkt der er på en given observations aften, samt sammenligne med andre aftener. Jeg er mere interesseret i stor præcision end nøjagtighed, altså repeterbarhed. Jeg har købt en SQM app til min iPhone, som desværre ikke har særlig stor præcision. Derfor har jeg kik på dette SQM (som har en linse med et smalt (20°) felt):
https://www.firstlightoptics.com/unihed ... meter.html

PS: >>silicium opgradering<< er det noget du kan forestå ambulant 🤪

PPS: hvis du ønsker det, kan jeg hurtigt omskrive dine formler til \(\LaTeX\) for at øge læsbarheden
edit: \(\LaTeX\)ificeret
/Rudi

\(\sqrt{-1}\;2^3 \sum{} \pi\) ...and it was delicious!
Brugeravatar
Lindhard
Reactions:
Indlæg: 243
Tilmeldt: 27 nov 2017, 20:32
Geografisk sted: Esbjerg

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Lindhard » 13 aug 2018, 18:05

Hej Rudi

Det er netop den, vi bruger her i Namibia 😀
mvh
Lars
Brugeravatar
Rudi
Reactions:
Indlæg: 1587
Tilmeldt: 26 nov 2017, 21:43
Geografisk sted: Sydfyn
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Rudi » 13 aug 2018, 18:16

Viser den det samme, hvis I laver gentagne målinger?
/Rudi

\(\sqrt{-1}\;2^3 \sum{} \pi\) ...and it was delicious!
Brugeravatar
Lindhard
Reactions:
Indlæg: 243
Tilmeldt: 27 nov 2017, 20:32
Geografisk sted: Esbjerg

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Lindhard » 13 aug 2018, 22:00

Ja, vi tager flere kontrolmålinger hver gang
mvh
Lars
Brugeravatar
Rudi
Reactions:
Indlæg: 1587
Tilmeldt: 26 nov 2017, 21:43
Geografisk sted: Sydfyn
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Rudi » 13 aug 2018, 22:04

...og ca hvor meget varierer den?
/Rudi

\(\sqrt{-1}\;2^3 \sum{} \pi\) ...and it was delicious!
Brugeravatar
Tom A
Reactions:
Indlæg: 51
Tilmeldt: 19 dec 2017, 09:56
Geografisk sted: Midt i IDSC Møn & Nyord
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Tom A » 14 aug 2018, 09:23

Rudi skrev:
13 aug 2018, 22:04
...og ca hvor meget varierer den?
Unihedron skriver følgende om målepræcisionen i deres brugsvejledning:

Each SQM-L is calibrated using a NIST-traceable light meter. The absolute precision of each meter is believed to be ±10% (±0.10mag/arcsec²). The difference in zeropoint between each calibrated SQM-L is typically ±10% (±0.10 mag/sqarcsec).

Så i princippet, kan der være op til 20% (ca. 0,2 mpsas) difference mellem to forskellige instrumenter. Repeterbarheden mellem de enkelte målinger med det samme instrument er afhængigt af sensorens temperatur. Så før sensorens temperatur er stabiliseret variere målingerne nemt med 0,1-0,15 mpsas mellem de enkelte målinger. Når sensorens temperatur er stabiliseret, så er forskellen mellem de enkelte målinger nede på 0,01-0,02 mpsas.

Når jeg laver målinger, tager jeg altid målinger indtil værdierne er stabile, disse "målinger" skrotter jeg. Med den nu stabiliseret sensor tager jeg fem målinger kompasset rundt, så påvirkninger fra lokale lyskilder bliver minimeret. Gennemsnittet af de fem målinger er så målingen.
Brugeravatar
Xplode
Reactions:
Indlæg: 57
Tilmeldt: 21 jan 2018, 18:53

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Xplode » 14 aug 2018, 10:59

SQM kan variere en del gjennom natten og spesielt fra dag til dag, fra e-EyE i Spania har jeg sett til vanlig ca 21.6-22.1.

Her i Norge er det enda større variasjon, snø på bakken gjør en veldig stor endring i SQM. Der jeg tidligere hadde observatorie målte jeg 21.1 på høsten, mens senere når det var snø målte jeg ned i 20.4 :o

Her kan målinger fra i natt ses.
SQMMpsasGraph.jpg
SQMMpsasGraph.jpg (40.97 KiB) Vist 644 gange
Brugeravatar
Tom A
Reactions:
Indlæg: 51
Tilmeldt: 19 dec 2017, 09:56
Geografisk sted: Midt i IDSC Møn & Nyord
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Tom A » 14 aug 2018, 12:14

Xplode skrev:
14 aug 2018, 10:59
SQM kan variere en del gjennom natten og spesielt fra dag til dag, fra e-EyE i Spania har jeg sett til vanlig ca 21.6-22.1.

...
Ja, det er også min erfaring.
Brugeravatar
Rudi
Reactions:
Indlæg: 1587
Tilmeldt: 26 nov 2017, 21:43
Geografisk sted: Sydfyn
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Rudi » 15 aug 2018, 12:23

Jeg har fået fingrene i artiklen, min hustru har adgang gennem Sygehus Region Syddanmark.
I artiklen, er der en e-mail adresse på en af forfatterne, Thomas Posch, som jeg spurgte, om jeg måtte dele hans paper her på astronet.

Han refererede til arxiv.org, hvorfra artiklen også er tilgængelig:
https://arxiv.org/pdf/1709.09558.pdf

Arxiv artiklen er i et lidt anderledes layout end pdf filen fra Journal of Quantitative Spectroscopy & Radio Transfer.
Det fra Journal of Quantitative Spectroscopy & Radio Transfer egner sig bedre til at blive skrevet ud.
Jeg vil gerne printe et par stykker og tage dem med til Kompedal Starparty til særligt interesserede.

(Eller send en PM, så finder vi ud af noget)
/Rudi

\(\sqrt{-1}\;2^3 \sum{} \pi\) ...and it was delicious!
Brugeravatar
Lindhard
Reactions:
Indlæg: 243
Tilmeldt: 27 nov 2017, 20:32
Geografisk sted: Esbjerg

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Lindhard » 11 sep 2018, 18:29

Lige for at følge lidt op på SQM-måleriet:

Vi målte, som det fremgik, 22,03 en aften i Namibia. Vi målte aftenen efter (mener jeg det var) 22,08.

Målingerne blev foretaget med linseudgaven af SQM-måleren, og vi tog mindst fire målinger i forskellige retninger.

Der var tydelig forskel på at måle på mælkevejen, som var ca. 21,3 eller deromkring, og de mørkere dele af himlen, som lå på 21, 8 og opefter. Vi havde ofte målinger lige under 22.

Der var intet videnskabeligt ved målingerne eller resultaterne, det var kun for at tjekke, om det var bedre end de 19,98 og 20,35, jeg har her i Esbjerg.

Jeg har ikke læst den videnskabelige artikel, men Mortens indlæg viser vel det essentielle, det er ikke så svært at finde gode steder i Danmark, som man skulle tro.
mvh
Lars
Brugeravatar
nightsky
Reactions:
Indlæg: 423
Tilmeldt: 08 dec 2017, 17:54
Geografisk sted: Danmark

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af nightsky » 11 sep 2018, 18:37

Fredag nat mener jeg der blev målt 21,3 mod mælkevejen ved Kompedal Starparty på observationspladsen inde bag Stargate. Det var vist Heines SQL meter.
\Lars
Brugeravatar
Rudi
Reactions:
Indlæg: 1587
Tilmeldt: 26 nov 2017, 21:43
Geografisk sted: Sydfyn
Kontakt:

Re: 22,03 og lidt SQM nørderi

Indlæg af Rudi » 11 sep 2018, 18:46

I artiklen, står er der flere guldkorn; bla
At man bør skippe de første tre-fire målinger.
At man bør foretage fire målinger hvor man roterer 90° mellem hver.
BAB00D0C-3223-452C-93DD-7049CB0DACD3.jpeg
BAB00D0C-3223-452C-93DD-7049CB0DACD3.jpeg (70.26 KiB) Vist 403 gange
Jeg har artiklen printet som en booklet med A3 papir, dvs foldet er hver side A4, et behageligt læseformat. Jeg kan smidde det sammen med brevet fra Frank, hvis du er interesseret Lars?
/Rudi

\(\sqrt{-1}\;2^3 \sum{} \pi\) ...and it was delicious!
Besvar

Hvem er online

Brugere der viser dette forum: Ingen og 1 gæst