Астрофотография и фотометрия

Галактиките на Боде M81 и M82

Астрофотографията представлява фотографиране на астрономически обекти, събития или области от нощното небе. Първата снимка на астрономически обект (Луната) е направена през 1840 г., но едва в края на XIX в. напредъкът на технологиите позволява детайлна звездна фотография. Освен че може да записва детайли на отдалечени обекти като Луната, Слънцето и планетите, съвременната астрофотография има възможност да изобразява невидими за човешкото око обекти като слаби звезди, мъглявини и галактики. Това се постига чрез продължителна експозиция, тъй като както филмовите, така и цифровите фотоапарати или специализирани астрокамери (CMOS/CCD) могат да натрупват и сумират фотони за дълъг период от време.

Мъглявината Пеликан (IC5070)

Фотографията, използваща удължено време на експозиция, направи революция в областта на професионалните астрономически изследвания, записвайки стотици хиляди нови звезди и мъглявини, невидими за човешкото око. Специализираните и все по-големи оптични телескопи са конструирани като големи фотоапарати за записване на изображения върху фотографски плаки. Астрофотографията има водеща роля в обзорите на небето и класификацията на звездите.

Днес астрофотографията е предимно поддисциплина в любителската астрономия, като обикновено се търсят естетически изображения, отколкото научни данни. Любителите използват широк спектър от специализирано оборудване и техника, подходящи за любителски и ограничени професионални цели. Астрофотографията може да бъде едно от многото забавни скъпи хобита, но може да бъде и средство за научни изследвания, а в някои случаи е по малко и от двете. Може да е изненада за някои, но астрономите любители имат голям принос за съвременното разбиране за Вселената. Например, Том Болес от Съфолк, Англия, е идентифицирал над 100 свръхнови в частната си обсерватория. Тези кратки звездни експлозии са от научно значение и техните спектри помагат да се определи размерът и разширяването на Вселената.

Техниката

По партньорска програма с фирма Скорпион Шипинг ООД, Институтът за съвременни физически изследвания разполага със система за астрофотография и наблюдения на променливи звезди или други астрономически обекти с цел фотометрия. Оборудването се използва активно, като с негова помощ се генерират редовно данни за международната астрономическа база данни AAVSO (The American Association of Variable Star Observers) и се състои от следните основни компоненти:

  • Телескоп: Sky-Watcher Explorer PDS 250/1200 mm Newtonian
  • Камера: ZWO ASI533MM Pro (mono) cooled
  • Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro (Equatorial Go-To)
  • Фотометрични филтри: Baader Bessel (Johnson) V and B
  • Астрофотографски филтри: ZWO LRGB Filter Set; Astronomik SHO
  • Pixel Scale: 0,64 arc-sec/pixel
  • FOV: 32×32 arc-min
  • Резолюция: 3008×3008
  • Местоположение: Meshtitsa, Pernik (42º 42′ 00″; 23º 00′ 13″; 695m)

Фотометрия на променливи звезди, нови и свръхнови

SN 2023axu. N. Antonov.

Астрофотографията е един от най-ранните видове научна фотография и почти от самото си създаване се разделя на поддисциплини, всяка от които има специфична цел, включително звездна картография, астрометрия, звездна класификация, фотометрия, спектроскопия, поляриметрия и откриване на астрономически обекти като астероиди, метеори, комети и променливи звезди. Те често изискват специализирано оборудване като дългофокусни катадиоптрични телескопи. Астрономическите CCD/CMOS камери имат активно охлаждане за намаляване на термичния шум и позволят на сензора да записва изображения в други спектри. За получаване на изображения в специфични дължини на вълните се използват и специализирани теснолентови филтри, а за фотометрия – фотометрични филтри.

Supernova SN 2022hrs. N. Antonov.

Фотометрията е измерването на интензивността на звездната светлина или с други думи, това е методика, която измерва яркостта на дадена звезда на базата на получено нейно изображение. Върху всеки пиксел на CCD/CMOS попадат определен брой фотони от наблюдавания обект по време на неговото експоринаре. Фотоните се превръщат в електрони, които се съхраняват до момента на разчитането им с помощта на специализиран софтуер.

Променливите звезди са интересни по много различни причини, но в крайна сметка ги изучаваме, защото те са като физични лаборатории. Ако разберем как се променя светлината от променлива звезда, можем да научим повече за това как работят звездите. Едни и същи фундаментални физични процеси, които действат тук, на Земята (например гравитация, механика на флуидите, електромагнетизъм, светлина и топлина, химия и ядрена физика), действат по абсолютно същия начин в цялата Вселена. Като наблюдаваме как звездите се променят с течение на времето, можем да научим защо се променят. Наблюденията осигуряват суровия материал, който захранва последващия анализ и научно изследване.

Крива на блясъка на катаклизмичната променлива AM Her, съвместен патрул с НАО Рожен

Никола Антонов е член на Американската асоциация на наблюдателите на променливи звезди, чиято мисия е да даде достъп на широк кръг непрофесионалисти да участват в научни наблюдателни инициативи, свързани с астрономията. В рамките на това сътрудничество, Институтът за съвременни физически изследвания участва в Международната база данни на AAVSO (AID), която обединява данни от хиляди наблюдатели. Изследователите се обръщат към AID поради репутацията й на качествена база данни, която работи в партньорство с институции като NASA и Hubble Space Telescope.

Транзити на екзопланети

Фотометрия на звездата HAT-P-32, домакин на екзопланетата HAT-P32b

Екзопланетите са планети извън Слънчевата система, които обикалят около други звезди. Поради голямата им отдалеченост те не могат да бъдат наблюдавани директно дори с най-мощните инструменти. Използват се косвени методи. Например, ако планета, обикаляща около звезда, се окаже между наблюдателя и звездата, яркостта на звездата спада. Това явление се нарича транзит и обикновено трае около 2-3 часа. Както можете да се досетите, звездите са много по-големи от планетите и по време на транзит промените в яркостта са незабележими за окото, но могат да бъдат открити чрез прецизна фотометрия.

Графиката изобразява момента на преминаване на планета през звездата HAT-P-32 в съзвездието Андромеда. В продължение на 3 часа яркостта на звездата спада с 0,02 звездни величини. Изображението е генерирано с AstroImageJ. На нея е показан модел на транзита, базиран на обработените данни, който отчита много параметри, включително астрофизични. HAT-P-32b е планета, която обикаля около звезда на около 950 светлинни години от Земята. Смята се, че планетата е горещ Юпитер, и въпреки че е малко по-малка от Юпитер, тя е раздута до почти два пъти по-големи размери. Периодът ѝ е 2,2 дни, а транзитът продължава 3 ч. 10 мин.

Връзки

Публикации

  • Антонов, Н. Астрофотографията – между изкуството и науката. – Светът на физиката, 2022, № 2, 137 – 141