Projekt „Pi of the sky”

advertisement
Automatyczna analiza danych w
obserwacjach astronomicznych
Jakub Pietrzak
1
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the Sky”.
Ciekawostka
2
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the Sky”.
Ciekawostka
3
Automatyczne teleskopy
• Teleskopy zdolne prowadzić obserwacje bez
ingerencji człowieka,
• Mogą prowadzić obserwację zadanych obszarów
nieba a także reagować na „alerty” przesyłane przez
inne obserwatoria, bądź przez odpowiednie
organizacje (np. AAVSO, GCN),
•Zbierają one niezwykle duże ilości danych, które
muszą zostać przeanalizowane – silna potrzeba
automatyzacji procesu selekcji, redukcji i analizy
danych.
4
Automatyczny przegląd nieba.
• „Klasyczne obserwatoria patrzą „w głąb nieba” i
skupiają się na konkretnych obiektach,
• Celem automatycznego przeglądu nieba jest
obserwacja dużych obszarów sfery niebieskiej, oraz
wykrywanie nowych „nagłych” zjawisk, lub rejestracja
zjawisk krótkookresowych.
5
6
Polskie projekty zajmujące się przeglądem nieba
„ASAS”
(All Sky Automated
Survey)
„OGLE”
(The Optical Gravitational
Lensing Experiment)
„Pi of The
Sky”
7
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
8
Cele obserwacji:
• błyski gamma,
• gwiazdy zmienne,
• gwiazdy nowe.
9
Błyski gamma
• Krótkie błyski obserwowane dla praktycznie wszystkich długości
fal,
• po raz pierwszy wykryte przez satelity Vela4, które zostały
zbudowane w celu monitorowania przestrzegania układu
o zakazie prób broni jądrowej
10
Błyski gamma
11
Błyski gamma
Wyróżniamy dwa rodzaje błysków gamma:
• błyski krótkie, t < 2s o twardym widmie,
• błyski długie, t od 2 do kilkunastu sekund, widmo miękkie.
Twardość widma określamy, jako stosunek liczby zliczeń w
zakresie 300 – 1000 keV do liczby zliczeń w zakresie 25 – 100 keV.
12
Błyski gamma
Hipotezy powstawania błysków gamma:
• Krótkie – zderzenia dwóch zwartych
obiektów,
• Długie – zapaść hipernowej do czarnej
dziury.
13
Błyski gamma
Optyczna poświata po błysku GRB990123,
zarejestrowana 23 stycznia 1999
14
Błyski gamma -- Różne kształty widma:
15
Błyski gamma – kilka faktów
• BATSE → częstość występowania: 2-3 dziennie, unikatowe krzywe blasku,
• dwa typy błysków („krótkie” i „długie”),
• jaśniejsze od reszty nieba,
• Przesunięcie ku czerwieni → odległość od źródła powyżej 13*109 lat
świetlnych (5 tys. razy dalej niż odległość Ziemia – Galaktyka Andromedy),
• Najbardziej energetyczne zjawiska we wszechświecie, energia uwalniana
podczas błysku równa się energii wypromieniowanej przez nasze Słońce w
ciągu kilku milionów lat.
16
17
Sieć GCN
Sieć „Grb Coordinate Network” przesyła dane o zaobserwowanych
Błyskach, oraz ich pozycjach.
18
Wybuch Nowej
Nowa klasyczna – gwiazda wybuchowa, w rzeczywistości
ciasny układ podwójny złożony z białego karła i gwiazdy ciągu
głównego
Nova Cygni 1992 (zdjęcie wykonane
22 miesiące po wybuchu)
Nowa w Galaktyce Andromedy
19
Gwiazdy zmienne
Gwiazda zmienna – gwiazda, która w znaczący
sposób zmienia swoją jasność.
Ogólnie rzecz biorąc, każda gwiazda wykazuje drobne fluktuacje jasności, ale
są one w większości przypadków praktycznie niezauważalne – na przykład
jasność Słońca zmienia się o ok. 0,1% w 11-letnim cyklu
20
Gwiazdy zmienne
Automatyczny przegląd nieba umożliwia jednoczesną fotometrię wielu
obiektów, dzięki temu możemy dokonywać pomiarów jasności znanych
nam gwiazd zmiennych a także odkrywać nowe, jeszcze nie
skatalogowane.
Wolf 359, Pi od the Sky
21
Gwiazdy zmienne – klasyfikacja
Gwiazdy zmienne fizycznie to gwiazdy pojedyncze lub podwójne, których jasność zmienia się na
skutek procesów zachodzących w samej gwieździe lub otaczającej ją materii. Ze względu na charakter
i zakres zmian dzielimy je na następujące grupy:
• gwiazdy pulsujące, w których struktura gwiazdy lub jej atmosfery ulega regularnym
okresowym zmianom
• gwiazdy zmienne atmosferycznie, w których następują nieregularne zmiany w atmosferach
• gwiazdy wybuchowe, w których następuje jednorazowa lub powtarzająca się dramatyczna
zmiana struktury
Gwiazdy zmienne geometrycznie to gwiazdy pojedyncze lub podwójne, których jasność zmienia się
na skutek zmiany orientacji gwiazdy względem obserwatora. Ze względu na charakter zmian gwiazdy
te dzielimy na następujące grupy:
• gwiazdy zaćmieniowe, czyli układy podwójne gwiazd, w których jeden składnik okresowo
przesłania drugi składnik, a przyczyną obserwowanych zmian jest ruch orbitalny gwiazd
• gwiazdy świecące niesferycznie, w których przyczyną obserwowanych zmian jest rotacja
gwiazdy
• zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego, w których przyczyną pojaśnienia gwiazdy jest
mikrosoczewkowanie przez inny obiekt przechodzący w pobliżu linii widzenia od gwiazdy do
obserwatora
22
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
23
Pi of the sky – idee
• ciągła obserwacja dużego obszaru
nieba,
• duża rozdzielczość czasowa(10s),
• samodzielne rozpoznawanie błysków,
• praca autonomiczna i niezawodna.
24
Pi of the sky – Prototyp
•
2 CDD, 2k x 2k pikseli
• montaż paralaktyczny
• migawka 107 cykli
• kamery pracują w koincydencji
• FoV 20°x20°
• rozdzielczość kątowa 36’’,
• rozdzielczość czasowa 10s,
• chłodzone ogniwem Peltiera,
zasięg:
11 magnitudo (10s),
~13 magnitudo.
25
Pełna wersja detektora
~100 km → PARALAKSA
eliminacja błysków od bliskich,
poruszających się obiektów.
26
Pi of the sky – strategia
•system działa automatycznie, bez udziału człowieka,
• co wieczór jest automatycznie generowany plan
obserwacji – skrypt programujący ruch montażu na daną noc,
• 2 razy na noc robione są zdjęcia całego nieba (po 3 na pole),
• w momencie otrzymania alertu z sieci GCN zmieniane jest
obserwowane pole i jest ono obserwowane przez ½ h,
•własny trigger dzięki algorytmom do identyfikacji błysków.
27
Nowy detektor
28
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
29
Proces analizy danych.
Akwizycja danych
Redukcja online
Redukcja i analiza
offline
Wielopoziomowy
system triggerów
log
Magazynowanie i dalsza analiza
30
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
31
Proces online – astrometria.
• Szybka redukcja – odjęcie ciemnej klatki,
• Fotometria – identyfikacja i pomiar jasności zarejestrowanych
obiektów,
• Astrometria – znalezienie transformacji pomiędzy
współrzędnymi na klatce a współrzędnymi niebieskimi,
(wykorzystywanej także do korekcji trackingu)
32
Proces online – filtr Laplace’a.
33
Proces online – filtr Laplace’a
34
Trzy linie triggerów
• Linie pierwsza – bazuje na danych z każdej pojedynczej
kamery,
• Linia druga – korzysta z danych z innych kamer (w zależności
od konfiguracji systemu),
• Linia trzecia – finałowe algorytmy odrzucające kolejne
obiekty (porównanie danych z dwóch kamer, Transformacja
Hough’a).
35
Pierwsza Linia:
1. Odcięcie pikseli o wartości mniejszej, niż wyliczona na
podstawie histogramu wartość tła,
2. Odcięcie obiektów o stałej jasności –obiekty porównywane
są z obiektami z poprzedniej klatki (średniej z poprzednich
klatek),
3. Odcięcie pikseli o wartości mniejszej niż pewna ustalona
wartość, mające na celu usunięcie błędów wywołanych
przez filtr Laplace’a (występujące np. na brzegach jasnych
gwiazd),
4. Odrzucenie klatek, gdzie liczba obiektów zmiennych
wykrytych w kroku 2 jest zbyt duża (możliwe chmury),
5. Maksima lokalne – wymaga by wartość piksela była
lokalnym maksimum,
6. Odrzucenie otoczek,
36
Pierwsza Linia:
7. Dyskryminacja ze względu na kształt:
37
Pierwsza Linia:
8. Odrzucenie ciemnych pikseli ( wartość niższa niż średnia z
otoczenia ),
9. Odrzucenie gorących pikseli (gorące piksele, które
przetrwały odjęcie ciemnej klatki mogą być wynikiem
przesycenia piksela matrycy CCD na skutek
promieniowania kosmicznego),
10. Odrzucenie obiektów w zadanym promieniu („ifmore”),
38
Druga Linia:
1. Sprawdzenie, czy obiekt znajduje się na danych z obu
kamer (z jednego montażu) – pozwala odrzucić zdarzenia
spowodowane przez promieniowanie kosmiczne.
39
Druga Linia:
40
Druga Linia:
1. Sprawdzenie paralaksy – pozwala odrzucić obiekty
znajdujące się blisko ziemi.
41
Druga Linia:
42
Trzecia Linia:
1. Porównanie, czy sygnały z obu kamer są podobne,
2. Sprawdzenie sferyczności obiektu z bardziej zaostrzonymi
kryteriami,
3. Prosta transformacja Hougha, pozwalająca wykryć na
przykład linie prostą powstałą na skutek lecącego
samolotu.
43
Trzecia Linia:
3. Prosta transformacja Hougha, pozwalająca wykryć na
przykład linie prostą powstałą na skutek lecącego
samolotu.
44
• multilevel trigger concept (a’la particle physics exp.)
all pixels
coincidence
One night
stars
bad pixels
cosmics
planes
satellites
45
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
46
Redukcja danych.
• Uśrednianie,
• Odjęcie ciemnej klatki,
• Podzielenie przez FlatField..
47
DarkFrame i FlatField.
48
Szybka Fotometria.
49
Nowe podejście
50
Nowe podejście
51
Astrometria.
Poprawienie wyliczonych parametrów transformacji w oparciu o
porównanie położeń obiektów z katalogiem gwiazd, poprawienie
współrzędnych wszystkich obiektów.
52
Astrometria.
53
Baza danych.
http://grb.fuw.edu.pl/pi/index.html#databases
54
Ciekawe klatki.
55
Algorytmy offline
• Identyfikacja nowych –. poszukiwanie obiektów, które nie znajdują
się w katalogu (w zakresie jasności obserwowanych przez detektor),
a które nagle się pojawiły.
• Identyfikacja flar – poszukiwanie obiektów, które znajdują się w
katalogu gwiazd a które nagle zmieniły swoją jasność.
• Porządkowanie bazy danych i wizualizacja danych pomiarowych.
56
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
57
Ciekawe rezultaty obserwacji
• Przez pięć lat działąnia prototypu satelity wykryły łącznie 439 GRB,
• w 95 % przypadków system był aktywny (416 przypadków),
• 45 przypadków na półkuli północnej
• 209 w dzień,
• 64 pod horyzontem
• 16 zasłoniętych chmurami,
•78 poza polem obserwacji,
• 3 poniżej czułości aparatury,
• jeden błysk zaobserwowany.
58
Ciekawe rezultaty obserwacji
• System samodzielnie wykrył błysk!
59
GRB 080319B
• Najjaśniejszy zaobserwowany GRB (szczytowa jasność 5.3-.5.7)
• Pierwsza obserwacja optyczna – Pi of the SKy
60
Przykładowe krzywe blasku gwiazd zmiennych
61
Agenda
Wprowadzenie:
• Co to są automatyczne obserwatoria?
• Co chcemy obserwować?
Projekt „Pi of the sky”:
• cele projektu,
• wykorzystywana aparatura.
Automatyczna analiza zebranych danych:
• idea,
• procedury „online” ,
• redukcja danych,
• fotometria i astrometria,
• dalsza analiza.
Wyniki obserwacji projektu „Pi of the sky”.
Ciekawostka
62
Wersja „do it your self” teleskopu robota
Projekt „SGI” – teleskop zbudowany przez trójkę licealistów,
• Mechanika i elektronika sterująca urządzenia zbudowane samodzielnie,
• Główną przekładnię stanowił układ zębatek z żyroskopu z samolotu MIG29,
• Montaż sterowany za pomocą trzech silników krokowych ze stacji
dyskietek 5.5 cala,
• Urządzenie działało i przeprowadzono przy jego użyciu szereg obserwacji
gwiazd zmiennych.
63
Wersja „do it your self” teleskopu robota
64
Wersja „do it your self” teleskopu robota
65
Tracking
66
Agenda
Dziękuję.
67
Download
Random flashcards
123

2 Cards oauth2_google_0a87d737-559d-4799-9194-d76e8d2e5390

bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

66+6+6+

2 Cards basiek49

Pomiary elektr

2 Cards m.duchnowski

Prace Magisterskie

2 Cards Pisanie PRAC

Create flashcards