Obserwacje planet pozaziemskich za pomocą cyfrowej lustrzanki

Profesjonalna astronomia obserwacyjna to w dużej mierze nauka wykorzystująca rozwiązania typu zrób to sam. Nic dziwnego, wszak konstrukcje teleskopów do obserwacji naukowych buduje się w jednym, ewentualnie kilku egzemplarzach. Zatem pod tym względem jesteśmy w tej samej sytuacji co astronomowie - no może tylko z "trochę" mniejszym budżetem. Skąd jednak wziąć teleskop i urządzenie pomiarowe? Jak się okazuje wcale nie musi to być teleskop w typowym tego słowa znaczeniu. Wystarczy zwykła lustrzanka cyfrowa i obiektyw o dobrych parametrach optycznych, które zainstalujemy na samodzielnie wykonanym montażu. Za pomocą takiego zestawu można wykryć nawet planety pozaziemskie.

Kluczem do wykorzystania zwykłego aparatu cyfrowego, z niczym nie wyróżniającym się sensorem, jako urządzenia obserwacyjnego, jest coraz lepsza technika analizy danych obserwacyjnych. Warto mieć na względzie również fakt, że niewielkie teleskopy z obiektywami fotograficznymi wykorzystują również astronomowie.

Dla laika wszystko musi być nakreślone wyraźnie czarno na białym i wydaje mu się, że szumiący obraz nieba to niedoskonałość sensora. Fachowiec widzi wszystko inaczej i posiłkując się metodami matematycznymi (fotometria różnicowa) dostrzega rzeczy tak gdzie dla innych jest jedynie bałagan. Przykładem są dane obserwacyjne dla zestawu aparat cyfrowy marki Canon - EOS 1000D, z obiektywem Nikon o ogniskowej 300 mm kupionym na aukcji za grosze (w przeliczeniu około 300 złotych), który zastosował David Schneider, autor cytowanych tu obserwacji.

Za taką zmienność jasności gwiazdy HD189733 odpowiada gorący Jowisz obiegający macierzysty obiekt z okresem 2,2 dnia.

Jak widać pozornie chaotycznie rozrzucone punkty, które symbolizują jasność gwiazdy w momencie kolejnych obserwacji, układają się w charakterystyczny wzór, który odpowiada zjawisku tranzytu. Tranzyt czyli przejście planety przed tarczą gwiazdy wywołuje mikrozaćmienie, które sprawia, że jasność gwiazdy minimalnie maleje. I to bardzo minimalnie - na załączonym obrazku po dopasowaniu krzywej tranzytu, otrzymano spadek jasności o 28 mmag (milimagnitudo). Taka zmiana jasności odpowiada spadkowi strumienia świetlnego o 2,6%. I to wszystko za pomocą amatorskiej lustrzanki i, oczywiście, sporej dawki wiedzy o astronomii, a zwłaszcza fotometrii gwiazdowej. Istotna jest tu technika fotometrii różnicowej, czyli odejmowania obrazów, które w skrócie polega na pomiarze nie jasności gwiazdy, a jedynie różnic pomiędzy jasnością na obrazie wzorcowym i aktualnym zdjęciu. Tej techniki dziś można uczyć się nawet bez większych finansowych nakładów. Warto wiedzieć, że jednymi z pionierów, którzy zastosowali tę technikę analizy danych do uzyskania niesamowitej precyzji pomiarów są polscy astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego.

Owszem błąd pomiarów w przypadku takiego "domowego" zestawu jest znacznie większy niż w przypadku precyzyjnej aparatury naukowej, a obiekt był łatwy do obserwacji, jednak warto zwrócić uwagę na fakt jak bardzo rozwinęły się technologie fotograficzne na przestrzenii ostatnich dwóch dekad.

Ach zapomnielibyśmy o jednym istotnym drobiazgu. Każdy teleskop, niezależnie od tego jakie urządzenie obdarzymy takim określeniem, wymaga montażu, który pozwoli podążać za obiektem tak by gwiazdy nie rozmywały się w postać linii. O tym jak zorganizować takie urządzenie, w praktyce każdy astronom obserwator jest lub ma za sobą okres bycia majsterkowiczem, opowiada David Schneider na poniższym wideo.

Źródło: IEEE Spectrum, Inf. własna, ilustracja: ESA - C.Carreau