Esa Eronen:
Kevolan uusinta kaukoputkea kutsutaan Veiviksi. Reilu vuosi sitten se sai ahterilleen täysiverisen tähtikuvaukseen tarkoitetun CCD-kameran Moravian G4-1600, jonka käytöstä alkaa jo olla runsaasti kokemusta.
Veivin valovoima on f/6.8 ja polttoväli 2939 mm. Peilin halkaisija on 43 cm ja kokonaisuudessaan putki painaa 48 kg. Siis takapiha-astronomin pikkuputkeen verrattuna todellinen jättiläinen. Myös CCD-kamera on kooltaan ja ominaisuuksiltaan varsin hulppea. Sensorin pinta-ala on 37 mm x 37 mm (4095 x 4095) ja pikselikoko 9 mikrometriä, jotka yhdessä muodostavat noin 0,7 asteen kuvakentän ja 0,6” kaarisekunnin erotuskyvyn.
CCD-kameran kuvan resoluutio on valittavissa (binnattavissa) 1:1, 1:2…, jolloin erotuskyvyn 0,6”, 1,2”…. voi valita säähän ja kohteeseen sopivaksi. Kuvan siirtyminen kamerasta tietokoneelle kestää noin 30 sekuntia per kuva riippuen resoluutiosta. Lisäksi kameraan on integroitu seitsemän suotimen suodinpyörä, jolla voi kuvata esimerkiksi värikuvan muodostamiseen tarvittavat punaisen, vihreän ja sinisen värikanavan. Muita erikoisempia suodinvaihtoehtoja ovat H-alpha, O-III ja S-II.
Jalusta
Ennen syventymistä kuvaamisen metkuihin muutama sana kaukoputken 10Micron GM3000HPS jalustasta, joka on yhtä tärkeä osa systeemiä kuin siihen ripustetut putki ja kamera. Kokemuksen perusteella Veivillä ja G4-16000 kameralla kuvatessa sopiva valotusaika on 5 minuuttia eli 300 sekuntia. Veivillä ei välttämättä tarvitse kuvata yhdistyksen CCD-kameralla, vaan siihen voi helposti kiinnittää muutakin. Yhtä hyvin sen oheen voi ripustaa vaikkapa oman pienen kaukoputken tai järkkärin, jolloin Veivi toimii lähinnä kameran tai toisen kaukoputken jalustana ja seurantalaitteena. Veivin kolmen metrin polttoväliä selvästi lyhyemmillä polttoväleillä vain taivas on rajana maksimivalotusajalle.
Veiviä, jalustaa ja kuvausta ohjataan tietokoneella. Toistaiseksi systeemiä operoidaan kupolista käsin, mutta etäohjaus on suunnitteilla. Kupolissa operaattori istuu kaukoputken vieressä, tietokone on sijoitettu omalle tasolle. Kupoli avataan, suljetaan ja käännetään lihasvoimalla.
Käyttö
Ilta aloitetaan tarkistamalla kameran tarkennus, koska kamera on saatettu irrottaa aikaisemmin esimerkiksi visuaalisten havaintojen vuoksi. Tarkennuksessa apuna käytetään melko kirkasta tähteä ja putken suulle asetettavaa Bahtinovin maskia. Tarkennuskuvat voi ottaa alhaisemmalla resoluutiolla, koska 1:2 tai 1:3 resoluution kuva siirtyy tietokoneelle huomattavasti nopeammin kuin täyden koon kuvat. Tässä vaiheessa sopiva valotusaika on noin 2…3 sekuntia per kuva. Tarkennusta säädetään manuaalisesti, ja kuvanottoa jatketaan kunnes maskin muodostama diffraktiokuva on ”haarukassa”. Samassa yhteydessä tarkistetaan, että kameran jäähdytys on käynnistynyt, ja lämpötila on laskemassa kohti -25C astetta.
Tarkennuksen jälkeen putki suunnataan kohteeseen ja tarkistetaan kohteen sijoittuminen kuvakenttään. Suuntauskuvat voi valottaa alhaisemmalla resoluutiolla, mutta kohteesta riippuen valotusaika on jo pidempi, ehkäpä 20…30…60 sekuntia. Ennen kuvaussekvenssin aloittamista tehdään vielä tarkennuksen hienosäätö ohjelmallisesti, jolloin kuvausohjelma itsenäisesti ottaa kuvia ja säätää tarkennuslaitetta, kunnes tähtien kuvat ovat tarkkoja. Vihdoin voi alkaa varsinainen tähtikuvaus, joka tehdään kuvausohjelman avustamana. Eräs suosittu ohjelma on nimeltään SG Pro (Sequence Generator Pro). Kuvia voi ottaa yksittäin mutta ennen pitkää käy selväksi että kuvaus
kannattaa automatisoida, ja itse viettää aikaa Kevolan observatorion lämpimässä mökissä. Kuvauksen automatisointi tarkoittaa sitä, että määritellään ns. sekvenssi, eli perättäisten kuvien sarja, jonka kuvausohjelma suorittaa itsenäisesti.
Sekvenssissä jokaiselle kuvalle on määritelty resoluutio, valotusaika, suodin ja toistojen määrä. Yksittäisen tähtikuvan perusominaisuus on kohina, jonka vaikutus lopputulokseen pyritään minimoimaan mahdollisimman pitkillä valotusajoilla ja keskiarvoistamaan useita ”samanlaisia” kuvia. Olkoon esimerkki yksinkertaisesta sekvenssistä kaksi perättäistä kuvaa täydellä resoluutiolla kirkkaalla (L) suotimella eli bin1, 2x120s, L. Toinen esimerkki voisi olla värikuvan muodostamiseen tarvittavien kuvien valotus punaisella (R), vihreällä (G) ja sinisellä (B) suotimella: 2x120s R bin1, 2x120s G bin1, 2x120s B bin1, jolloin sekvenssin aikana suodin vaihtuu kaksi kertaa ja kokonaisvalotusaika täydellä resoluutiolla on 8 minuuttia, kun sekvenssin kokonaiskesto on noin 15 minuuttia kuvan siirtoineen ja suotimen pyörähdyksineen. Kullakin suotimella otetaan siis useita kuvia mahdollisimman pitkällä valotusajalla. Suotimenvaihtoon liittyy tavallisesti tarkennuksen hienosäätö, koska suodin voi vaikuttaa tarkennukseen.
Tarkennukselle on syytä varata muutama lisäminuutti per suodinvaihto. Joka tapauksessa tarkennus on hyvä tehdä muutamaan otteeseen yön aikana, koska siihen vaikuttaa myös lämpötila. Seuraavassa muutama kokemusperäinen yksityiskohta Veivillä kuvaamisesta. Koska systeemiä ohjataan tietokoneella putken viereltä jakkaralla istuen, niin ahtaassa kupolissa kaikenlainen hajavalo häiritsee kuvausta, minkä vuoksi taskulamppu, monitori ja kulkuvalot ynnä muut tulee olla pimeänä valotuksen aikana. Itse olen asettanut sekvenssin aloitukselle 30 sekunnin viiveen, jonka aikana ehdin taskulampun valossa luikkia ulos tornista. Kuvauksen aikana mökissä ei sovi nukkua, koska noin vartin välein täytyy kupolia käydä kääntämässä – pimeässä.
Putken suuntaamiseen, kuvaamiseen ja kuvankäsittelyyn tarvitaan useita ohjelmia. Näiden asentamiseen omalle tietokoneelle sekä toiminnan testaamiseen ja harjoiteluun on hyvä varata muutamia päiviä, ei välttämättä siis iltoja tai tähtikirkkaita öitä. Osa ohjelmista maksaa jonkin verran, mutta olkoon hyvä uutinen että myös ilmaisilla ohjelmilla voi onnistua.
Kuvaamisen suunnittelu ja laitteiston kalibrointi
Kuvaamista kannattaa suunnitella etukäteen niin, että tornille tullessa tietää minkä kohteen haluaa kuvata ja mihin aikaan. Kohdetta valittaessa kannattaa varmistaa, että se mahtuu putken ja kameran muodostamaan kuvakenttään. Syvän taivaan kohteille paras aika kuvaamiselle on kuuton yö ja hetki, jolloin kohde on etelässä. Muutaman
harjoitusillan jälkeen herää ajatus sopivista valotusajoista ja sekvenssiin tarvittavien kuvien määrästä halutun lopputuloksen saamiseksi. Joka tapauksessa kuvien määrän suhteen enempi on aina parempi, mutta jossain vaiheessa kuvaaminen on lopetettava ja valmistauduttava kuvien jatkokäsittelyyn. Kuvien jatkojalostus on tapahtuma siinä kuin kuvaaminenkin. Omaan kokemukseen perustuen kahden tunnin kuvaussessio voi hyvinkin vaatia toiset kaksi tuntia kuvien jatkokäsittelyyn. Tähän tietysti vaikuttaa se, kuinka hyvin tuntee ohjelmat ja kuvankäsittelymenetelmät.
Yksi tämän hetken tähtikuvienkäsittelyn kärkisofta on nimeltään PixInsight, jolla pääsee erinomaiseen lopputulokseen, mutta joka käyttöliittymältään on hitusen epätyypillinen. Ominaisuuksiltaan ohjelma on hyvin monipuolinen ja sen keskeisten toimintojen opetteluun ja harjoitteluun kannattaa varata päiviä, iltoja ja öitä.
Yhdistyksen CCD-kameralla, kuten muillakin CCD-kameroilla otetut kuvat ovat käsittelemättömiä ns. raakakuvia, joissa kohteen lisäksi kuvaa hallitsee erinäinen joukko systeemisyntyisiä epätäydellisyyksiä, kuten optisen kuvakentän epätasaisuus, kennon ja/tai suotimen pinnalla lojuvat pölyhiukkaset ja CCD-kennolle tyypilliset virheet ja ominaisuudet.
Raakakuville tulee tehdä kalibrointi eli tekninen korjaus, jonka jälkeen ne ovat valmiit jatkojalostukseen. Tästä syystä varsinaiset tähtikuvat tulee kuvat ”samalla tavalla” kuin kalibrointikuvat: sama valotusaika, lämpötila, suodin ja kameran asento. Systeemin kalibrointikuvien käyttöön ja tekemiseen on syytä yhtä lailla perehtyä kuin tähtikuvaamiseenkin, koska kalibrointi on hyvä tehdä ainakin muutaman kerran vuodessa. Tähtikuvien käsittely koostuu karkeasti kahdesta vaiheesta. Ensimmäinen vaihe on kalibrointi, jonka lopputuloksena on joukko kuvia, joissa on korjattuna taustan epätasaisuus ja erinäinen joukko pölyhiukkasista ja sensorin pikselivirheistä
aiheutuvia kuvan virheitä.
Korjauksen jälkeen kohde häämöttää kuvassa tasaista taustaa vasten, mutta yksittäistä kuvaa hallitsee vielä kohina. Seuraavassa vaiheessa yksittäiset kuvat kohdistetaan ja lasketaan kohdistettujen kuvien keskiarvo kohinan vähentämiseksi. Lopuksi eri suotimilla otetuista kuvista muodostetaan mustavalko-, väri- tai väärävärikuva –sen mukaan mitä suotimen kanavaa milloinkin halutaan korostaa. Lopputulos on tavallisesti yksi kuva tai kuva-animaatio.
Kalibrointikuvat ovat systeemikohtaisia, eli ne ovat yksilölliset juuri Kevolan kameran ja kaukoputken yhdistelmälle. Kalibrointiin vaikuttaa kameran lämpötila, suodin, orientaatio (kierto) kaukoputken suhteen ja jossain määrin myös valotusaika. Veivin ja yhdistyksen kameran tapauksessa on sovittu, että kamera jäähdytetään lämpötilaan -25°C ja että se kiinnitetään aina tiettyyn asentoon. Siis, jos kamera pitää irrottaa, niin se tulee kiinnittää takaisin mahdollisimman tarkasti samaan asentoon. Hyvällä tuurilla kameran voi siis välillä irrottaa ilman, että kuvakentän tasaisuutta korjaavaa kalibrointikuvaa pitää päivittää. Ongelmia tietysti syntyy, jos suotimelle tai kennolle pääsee uusia pölyhiukkasia…
Kalibrointikuvia kutsutaan mastereiksi, esimerkiksi dark-, bias- ja flät-masterit. Mastereiden muodostamiseksi otetaan vakiolämpötilassa kuvasarja, josta lasketaan keskiarvo. Esimerkiksi dark- ja bias- kuvataan ”pimeänä”, jolloin kameraan ei saa lainkaan päästä valoa. Yksittäiset flätit ovat suodinkohtaisia ja kuvataan kaukoputkella tasaisesti valaistua taustaa vasten kameran vakioasennossa. Darkilla vähennetään sensorille pitkään kestäneessä valotuksessa kertynyt CCD:lle tyypillinen pimeävirran aiheuttama epätasainen tausta. Pimeävirran määrä riippuu lämpötilasta ja valotusajasta, joten tähtikuvat tulee valottaa samalla valotusajalla ja samassa lämpötilassa kuin dark-korjauskuvat. Tämän vuoksi master-darkkeja voidaan tehdä useita vastaamaan esimerkiksi 60, 120, 180, 240 ja 300 sekunnin valotusaikoja. Itse olen kuvannut darkit edellä mainitussa – 25°C lämpötilassa ja valotusajoiksi olen valinnut 120 ja 300 sekuntia. Osa kuvakäsittelyohjelmista osaa skaalata
esimerkiksi 300 sekunnin darkin 90 sekunnin darkiksi. Darkkeja kuvatessa heräsi epäilys, että kameran kotelo ei ehkä olekaan täysin valotiivis, joten darkit kannattaa kuvata pimeässä yöllä ja tämän lisäksi kamera suojattuna kaikenlaiselta valolta (esim. katuvaloilta). Lämpötila -25°C on vaikea saavuttaa sisätiloissa.
Flätillä korjataan kuvaan systeemistä aiheutunutta epätasaista taustaa (ei siis taivaan aiheuttamaa epätasaista taustaa). Tasaisuuskorjausta voisi avata hitusen tarkemmin, koska itse kukin voi joutua kuvaamaan uudet flätit kuvaussession päätyttyä. Flätit voi joutua päivittämään, jos kamera on ollut irrotettuna putkesta ennen kuvaussession alkamista, tai jos kameran asentoa (kiertoa) on muutettu putken suhteen. Flätti on suodinkohtainen ja kuvataan tasaista taustaa vasten, jolloin systeemin virheet tulevat parhaiten esille. Tasaisuuskorjausta voisi havainnollistaa siten, että jos flätillä korjaa itsensä, niin lopputuloksena on tasainen kuva. Tasaisena taustana voi käyttää esimerkiksi taivasta juuri ennen pimeän tuloa eli ns. taivasflätti. Tähän mennessä Veivillä taivasflättien kuvaamisessa on käytetty yhtä tai kahta akryylilevyä sumentamaan kuvaa, jotta yksittäiset tähdet eivät näkyisi kuvassa. Kevolassa on työn alla myös valotaulu, jonka kirkkautta voi säätää ja jonka testaamisen pitäisi juuri alkaa. Moravian G4-1600 kameralla flättien kuvaamisessa valotusajan tulee olla yli 0,1 sekuntia, jotta sulkimen liike ei aiheuta kuvaan virhettä.
Kohina on yhtä lailla läsnä kalibrointikuvassa kuin tähtikuvassakin, mutta hyvä kalibrointikuva korjaa halutun virheen ja ei lisää kohinaa varsinaisessa tähtikuvassa. Tämän vuoksi kalibrointikuvia otetaan kasapäin, joista lasketaan keskiarvokuva kohinan minimoimiseksi. Ikuinen kysymys on kuinka paljon on riittävä määrä yksittäisiä kuvia, jotta masterista tulisi hyvä. Tähän en osaa antaa tarkkaa vastausta, mutta itse kuvasin biasseja 100 ja esimerkiksi 300 sekunnin darkkeja 80. Näissä toistoja on selvästi enemmän kuin tähtikuvissa, joiden kalibrointiin näistä tehtyjä mastereita käytetään, joten kalibroinnin ei pitäisi lisätä kohinaa. Kalibrointikuvien tekeminen on kohtuullisen aikaavievää, esimerkiksi 100 biassien ja 300 sekunnin darkkien kuvaaminen kesti reilut kahdeksan tuntia. Tämän lisäksi
yksittäisiä flättejä tarvitaan vähintään 20…30 kuvaa per suodin, jolloin taivasflättien kuvaamiseen meni useita iltoja. Uusi valotaulu tuo toivottavasti tähän parannuksen ja madaltaa kynnystä päivittää flätit useammin.
Tunnelmat tähän asti ja jatkosuunnitelmat
Kevolaan on suunnitteilla myös etäkuvausmahdollisuus, mutta aluksi ohjaus tapahtuisi lämpimästä mökistä. Tämän edellyttää aivan aluksi, että kuvun avaaminen, sulkeminen ja liike motorisoidaan ja automatisoidaan. Tähtikuvaaminen CCD-kameralla vaatii jonkin verran syvällistä asiaan vihkiytymistä, mutta ei ole lainkaan niin vaikeaa kuin miltä aluksi voi tuntua. Pikemminkin se on yksioikoista, mutta tarkkuutta ja aikaa vievää. Kenties ennen CCD:llä kuvaamisen aloittamista voisi tehdä muutaman harjoituksen järkkärillä ja pienellä kaukoputkella tai teleobjektiivilla. Tähän tarkoitukseen Kevola on erinomainen paikka, koska oma kamera tai pikkuputki on helppo ripustaa Veivin kylkeen. Järkkärillä harjoitellessa voi aluksi jättää kalibroinnit pois, mutta tulos paranee selvästi jo flättikorjauksen jälkeen. Harjoitusta voi syventää tekemällä myös dark- ja bias-korjaukset järkkärikuville. Hyvän kuvan perusta on hyvä kalibrointi ja mahdollisimman pitkä kokonaisvalotusaika. CCD-kuvaamisen voi aloittaa esimerkiksi vain yhdellä (L, kirkkaalla) suotimella, jolloin kuvaus- ja prosessointiaika lyhenee ja kuvankäsittely on mahdollisimman yksinkertaista. Seuraavaksi harjoitusta voi syventää esimerkiksi värikuvien eli RGB-suotimilla kuvaamiseen, ja suotimia löytyy kyllä
lisää…
Itse olen keventänyt tavoitteita ja ajankäyttöä, ja päätynyt kuvaamaan vain L (kirkkaalla) suotimella komeettoja. Komeetat ovat taivaalla nopealiikkeisiä kohteita, joiden liike usein rajoittaa valotusajan pituutta ja kuvausilta on usein ohi reilussa tunnissa. Komeettojen kuvaamiseen Veivin valovoima f/6.8 ei ole erikoisen optimaalinen, mutta muutamia hienoja pyrstöjä on saatu kuvattua ja esillä myös taivaanvahdissa. Veivillä on kuvattu paljon erilaisia kohteita kuten planeettoja ja niiden kuita, galakseja, sumuja, komeettoja ynnä muita. Se on erinomaisen varmatoiminen, tarkka ja sopii lähes kaikentyyppisten kohteiden kuvaamiseen. Joka ilta se odottaa
havaitsijaa Kevolanmäellä valmiina palvelukseen…
