Парад планет

Доброго времени суток.
В этот раз я расскажу о моей попытке запечатлеть планеты во время их парада. Постараюсь это сделать в академическом стиле, но иногда, возможно, буду сознательно отступать от него.
Используемое оборудование:
— Sky-Watcher BK 809EQ2;
— Levenhuk T800 PLUS;
— Линза Барлоу Celestron 2x.
Дата наблюдений: 15.07.2020.
Время наблюдений: с 01:00 до 4:00.

Экспериментальная часть
Начнём с определения парада планет. Обратимся к самому распространённому источнику — Википедии. Парад планет — астрономическое явление, при котором некоторое количество планет Солнечной системы оказывается «на одной прямой» от Солнца с разбросом в 20-30° [1]. Википедия ссылается на источник [2]. Для более наглядного представления приведём расположение планет относительно Солнца и на Земле, рисунок 1 и 2 соответственно. Парад планет очень удобен для произведения наблюдений, так как все планеты можно увидеть за одну ночь.
Расположение планет во время их парада, рисунки 1 и 2
Рисунок 1 — Парад планет относительно Солнца [3]

Рисунок 2 — Парад планет, вид с Земли [4]

Было выбрано место для наблюдения с открытым видом на юго-восток, юг и юго-запад, часть вида приведена на рисунке 3. Утроение похожее на треугольник или трифорс вызвано большим временем выдержки и трясущимися руками оператора, съёмка проводилась на телефон модели Huawei P30.
Вид на выбранное место, рисунок 3
Рисунок 3 — Вид на часть выбранного места:
1 — Сатурн; 2 Юпитер

Из рисунка 3 видно, что Юпитер намного ярче всех стальных объектов в данной части неба — блеск изменяется от -2,5 до -1,2 звёздной величины [5] -, поэтому его очень просто найти. Сатурн же обладает блеском сравнимым с очень яркими звёздами, порядка +1 звёздной величины [5]. На фото блеск Юпитера и Сатурна соответственно -2,1 и 0,8 звёздной величины [4].
Сначала были произведены визуальные наблюдения Юпитера и попытки его сфотографировать на телефон, рисунок 4. Для наглядности и подтверждения условных обозначений рисунка 4 на рисунке 5 изображено расположение спутников Юпитера.
Фото Юпитера на телефон и изображение его спутников, рисунки 4 и 5
Рисунок 4 — Юпитер и его спутники, фото на телефон через телескоп методом окулярной проекции:
1 – Ганимед; 2 – Юпитер; 3 – Ио; 4 – Европа; 5 – Каллисто


Рисунок 5 — Юпитер и его спутники [4]

По рисунку 4 можно качественно определить относительный размер спутников Юпитера, они много меньше его самого и примерно сопоставимы размерами между собой. Меньше всего Европа, в самом деле, её угловой диаметр составляет 1''[4], проранжировать остальные спутники по размеру на основе приведённой фотографии невозможно. На момент проведения съёмок остальные спутники имели следующие угловые диаметры: Ганимед — 1,8''; Каллисто — 1,6''; Ио — 1,2''[4].
Так же можно провести качественный анализ блеска. Юпитер резко выделяется на фоне спутников своей яркостью. Ганимед и Ио имеют близкое значение блеска, меньшим значением блеска обладают Европа и Каллисто. Яркость наиболее яркого пикселя Европы 58, а Каллисто 76, яркость пикселей была определена с помощью MS Paint [6]. Разница между этими значениями несущественна, так как необходимо учитывать влияние размеров тел на яркость пикселей. В результате наиболее яркими являются Ганимед и Ио, затем Каллисто и Европа. На момент проведения съёмок спутники имели следующие значения блеска: Ганимед — 5,2m; Ио — 5,7m; Европа — 5,9m; Каллисто — 6,2m [4].
После этого была подключена астрокамера, дальнейшие наблюдения и снимки делались через неё. Рисунок 6 — аналог рисунка 4, но снятый на камеру. Вытянутость объектов объясняется большим временем выдержки, 2 с, и отсутствием ведения телескопа за объектом, поэтому планета и её спутники успели пройти заметное расстояние по небу. При меньших значениях выдержки спутники были не видны. По рисунку 6, так же как и по рисунку 4, можно качественно определить размеры и блеск спутников. На рисунке 7 приведены размеры объектов, изображённых на рисунке 6, вместе с ореолом, вызванным ахроматичностью линзы телескопа, так же проведено «повышение детализации» в программе LevenhukLite 4.10, измерения проведены в этой же программе [7].
Юпитер и его спутники, рисунки 6 и 7
Рисунок 6 — Юпитер и его спутники, фото на астрокамеру в прямом фокусе:
1 – Ганимед; 2 – Юпитер; 3 – Ио; 4 – Европа; 5 – Каллисто


Рисунок 7 — Размеры Юпитера и его спутников

Из рисунка 7 видно, что самым большим спутником является Ганимед, затем идут Ио и Европа, затем Каллисто. Для более точного определения необходимо произвести замеры на нескольких кадрах, даже на рисунке 7 видно, что Европа меньше Ио, замер же говорит об обратном. Скорее всего выбран неверный диапазон для замера размеров Европы. Размеры планеты получаются в 10÷15 раз больше размеров спутников, что неверно, размер Юпитера в момент наблюдения 48''. Скорее всего такие ошибки связаны с учётом ореола ахроматичности в размерах тел и принципиальной невозможностью телескопа разрешать объекты меньше 1,73'' [8]. Единственное, что можно сказать точно, что размеры Ганимеда больше остальных спутников. Больше можно сказать о блеске, качественно в порядке убывания блеска: Ганимед, Ио, Европа, Каллисто. Причём Ганимед много ярче других спутников.
Далее проводились наблюдения за самим Юпитером, одиночный кадр представлен на рисунке 8, и совмещение 40 кадров — на рисунке 9, совмещение производилось в программе AutoStakkert 2.6.8 [9].
Изображение Юпитера, рисунки 8 и 9
Рисунок 8 — Одиночный кадр Юпитера

Рисунок 9 — Изображение Юпитера, совмещённое из 40 кадров

На рисунке 9 отчётливо видны две тёмные полосы на Юпитере, а так же одна светлая, расположенная в верхней части планеты. Так же можно заметить несферичность самой планеты, вычислим отношение большой оси эллипса планеты к малой, рисунок 10.
Несферичность Юпитера, рисунок 10
Рисунок 10 — Юпитер и построенный на нём эллипс с длинами его осей

Вычислим значение отношение длины большей оси к малой: 120/112 = 1,071. Сравним его с табличным: 71492/66854 = 1,069 [10]. Видно, что значения мало отличаются друг от друга.
При обработке видеоматериала выявилась проблема деградации качества снимков с течением времени съёмки, рисунок 11.
Деградация качества, рисунок 11
Рисунок 11 — Покадровая деградация кадров видео

Возможно объяснение такой деградации заключается в использовании слабого ноутбука для подключения камеры, который не успевал обрабатывать поступающую информацию. Ранее такой проблемы замечено не было.
Далее производилась съёмка Сатурна, одиночный кадр представлен на рисунке 12, и совмещение 40 кадров — на рисунке 13.
Изображение Сатурна, рисунки 12 и 13
Рисунок 12 — Одиночный кадр Сатурна

Рисунок 13 — Изображение Сатурна, совмещённое из 40 кадров

На рисунке 13 можно различить только планету, и её кольца, других деталей не видно. Сравним размеры кольца и Сатурна, рисунок 14.
Размеры кольца и Сатурна, рисунок 14
Рисунок 14 — Размеры кольца Сатурна и диаметра Сатурна

Разделим диаметр кольца на диаметр планеты: 108/49 = 2,2. Согласно [5] отношение диаметра последнего видимого кольца Сатурна к его диаметру равно 2,3. Приведённая оценка отличается на 0,1, что приемлемо для нас. Большой проблемой здесь служит слабое разграничение между кольцом и самой планетой, что обусловлено малой апертурой телескопа.
После телескоп был переведён на Марс. Одиночный кадр представлен на рисунке 15, и совмещение 40 кадров — на рисунке 16.
Изображение Марса, рисунки 15 и 16
Рисунок 15 — Одиночный кадр Марса

Рисунок 16 — Изображение Марса, совмещённое из 40 кадров

Из рисунка 16 можно увидеть только две детали, первая — чуть более светлые пиксели сверху, что, возможно, соответствует северной полярной шапке Марса, и второе — нахождение Марса в фазе. Вычислим эту фазу. Для этого необходимо дополнение диска планеты до круга, рисунок 17.
Фаза Марса, рисунок 17
Рисунок 17 — Определение фазы Марса:
вверху — площадь тёмной области; внизу — площадь полного диска и диаметр Марса

При достроении было принято, что Марс является идеально сферическим телом, а так же не учитывались пиксели отвечающие за хроматизм. Фаза Марса равна: 1 — 127/1025 = 0,88, значение на момент наблюдений равно 0,85 [4].
Последним наблюдаемым небесным телом была Венера. Одиночный кадр представлен на рисунке 18, и совмещение 30 кадров — на рисунке 19.
Изображение Венеры, рисунки 18 и 19
Рисунок 18 — Одиночный кадр Венеры

Рисунок 19 — Изображение Венеры, совмещённое из 40 кадров

Из рисунка 19 можно только определить фазу Венеры, других деталей на ней не видно из-за её плотной атмосферы. Определение фазы аналогично таковому для Марса, за одним исключением, была определена освещённая часть Венеры, рисунок 20.
Фаза Венеры, рисунок 20
Рисунок 20 — Определение фазы Венеры:
вверху — площадь светлой области; внизу — площадь полного диска и диаметр Венеры

Таким образом, фаза Венеры равна 5809/1769 = 0,30, значение на момент наблюдения — 0,31 [4].
После этого были попытки обнаружить комету NEOWISE, но этого не удалось сделать.
Все кадры снимались на одном «увеличении», поэтому можно оценить отношение видимых размеров небесных объектов, примем за единицу диаметр Юпитера. Первое число — значение из наблюдений, второе — табличное [4]:
— Юпитер 1 и 1;
— Сатурн 0,41 и 0,39;
— кольцо Сатурна 0,90 и 0,90;
— Марс 0,30 и 0,27;
— Венера 0,72 и 0,73.
Наибольшая ошибка определения относительного размера Марса, наименьшая — кольца Сатурна. Большая ошибка для Марса может быть связана с его малыми размерами и относительно большого влияние ахроматизма, то есть красного и синего ореолов. В самом деле, если сопоставить размеры и относительную ошибку их определения, то при возрастании размеров уменьшается ошибка, рисунок 21.
Зависимость ошибки от размеров тел, рисунок 21
Рисунок 21 — Зависимость относительной ошибки от табличных видимых относительных размеров небесных тел

Данную зависимость можно объяснить тем, что при малых размерах на небесное тело приходится малое количество пикселей, то есть уменьшается диапазон выбираемых значений размеров тел. Для большей точности можно использовать определение относительных размеров по множеству фотографий, а не одному суммарному изображению.

Заключение
С помощью достаточно простого и небольшого телескопа было получено множество фотографий. Их качество, скорее всего, для данного телескопа в дальнейшем уже не улучшить. Возможно, получиться повысить качество, использовав специальные светофильтры или «разогнав» линзу Барлоу до x3. Основной же проблемой является малая собирающая поверхность телескопа, следовательно, для улучшения качества изображений необходим новый телескоп с большей апертурой.
Но даже с имеющимся телескопом, на основе фотографий, можно получить ряд достоверных данных о деталях некоторых планет и их относительных свойств, диаметры, фазы, блеск.
В дальнейшем планируются более подробные наблюдения за планетами, Солнцем и Луной с применением светофильтров, а так же попытки наблюдения кометы NEOWISE.

Список использованных источников
1 Парад планет — Википедия [Электронный ресурс] / URL: ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B4_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 17.07.2020 г.
2 Санько Н.Ф. Астрономический словарь / Н.Ф. Санько. — М.: Книжный мир, 2002. – 511 с.
3 Модель Солнечной Системы 3D [Электронный ресурс] / URL: www.contenton.ru/geo-solarsystem/single-solar-system-3d.html, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 17.07.2020 г.
4 Stellarium Astronomy Software [Электронный ресурс] / URL: stellarium.org/ru/, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 17.07.2020 г.
5 Дагаев М.М. Наблюдения звездного неба / М.М. Дагаев — Изд. 3-е доп. — М.: Наука, 1975. — 176 с.
6 Как получить Microsoft Paint [Электронный ресурс] / support.microsoft.com/ru-ru/help/4027344/windows-10-get-microsoft-paint, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 18.07.2020 г.
7 Levenhuk T500 PLUS [Электронный ресурс] / www.levenhuk.ru/products/levenhuk-kamera-cifrovaya-t500-plus/, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 18.07.2020 г.
8 Sky-Watcher BK 809EQ2 [Электронный ресурс] / www.4glaza.ru/products/sky-watcher-teleskop-bk-809eq2/?gclid=CjwKCAjwmMX4BRAAEiwA-zM4Jq5_vijEQovU4LgiKj1KIyVAnl_4D9r1SWJpllvzmjcokP1XTm3OnxoCLkgQAvD_BwE, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 18.07.2020 г.
9 Sky-Watcher BK 809EQ2 [Электронный ресурс] / www.autostakkert.com/wp/download/, свободный. – Загл. с экрана – Яз. англ. Дата обращения: 18.07.2020 г.
10 Юпитер — Википедия [Электронный ресурс] / URL: ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80, свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. Дата обращения: 18.07.2020 г.

11 комментариев

Пишите, как вам такой формат. Делитесь своими наблюдениями и мнениями, находите и пишите о допущенных ошибках.
А теперь мне можно и спать. =)
Зачёт. Всё таки возможности камеры для телескопа выше камеры мобильника. Хотел бы попросить, по возможности, в ближайшие дни сфоткать комету C/2020 F3 (NEOWISE), пока она более менее яркая. А то мой телефон не смог, но может твоя камера сможет. У неё как ни как по более настроек.
Вот траектория движения кометы.
Ну вот сдал предмет. =)
Я не смог найти комету, у меня она в часа 4 утра появляется, к этому времени уже достаточно светло. Да и на телефон снимки более яркие получаются, как мне кажется.
Эх, печально. В своём телефоне выставлял iso на 800 (это максимум), но он видел её только как размытую точку, вот и подумал, что может в спец камере эти настройки выше.
Рисунок 4 это на телефон, а рисунок 6 камера с самым большим значением выдержки, можно сравнить яркость. Не самую удачную камеру купил, есть камеры с выдержкой 30 и 60 секунд.
Но Юпитер и Сатурн получились намного четче, чем на фотках в моём прошлом посте. Кстати, как я понял ты их фотки не переворачивал.
Чётче могут быть из-за совмещения кадров, одиночные кадры достаточно нечёткие.
Я отзеркалил фото со спутниками, чтобы они соответствовали изображению в Stellarium. Остальные забыл, да и незачем.
Пишите, как вам такой формат.
Нравится!
Шикарное наблюдение с толкованием :-)
Спасибо. Хоть чему-то научился за студенчество. =)
Понял, что модуль ошибки лучше отражает зависимость, так как пикселей может быть как больше так и меньше, и «округление» может произойти в любую сторону.
К рисунку 21
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.