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浅谈业余天文观测中的流星光学监测

作者:锋芒|分类:天文资料|标签:UFOcapture UFOAnalyze UFOcaptureHD 流星 观测 天文 教程

   在一年一度的双子座流星雨来临之前,科普一下流星的光学监测

   在业余天文观测中,流星观测并不仅仅是指流星雨的观测。当下就有很多天文爱好者进行日常的流星监测。国内也有流星观测爱好者组织相继组建了流星监测的网络。例如国内最早实现流星网络监测的“广东流星监测网”;以及目前国内最大的流星监测网络“中国流星监测网”。通过对一颗流星的多点观测甚至可以测算出流星的真实运行轨迹。对于那些没有完全燃烧的火流星,还可以计算出陨石坠落的大致范围。

   在业余天文观测中,流星光学监测也经历了一个漫长的发展阶段。由于早期的流星观测完全依赖于肉眼目视。而在非流星雨发生的时间段,天空中能够看到的流星并不多,肉眼目视监测几乎不可能。除非运气好,一抬头就看到一颗流星划过。否则真有可能整夜都看不到一颗流星。这种守株待兔的目视监测基本上没人会去做。所以那时候的目视流星监测一般都是在流星雨发生前后的一段时间内。即便是在流星雨发生前后的时间内去监测流星,整夜不眠对观测者来说依旧是非常辛苦的事情。

   随着照相技术在天文观测中的应用,在流星监测中也开始使用相机替代肉眼进行观测了。但无论是胶片摄影时代还是数码摄影时代,使用相机进行日常的流星监测也不是件容易的事情。一个晚上的监测,需要消耗大量的胶片。接着还要冲洗和检视,工作量十分巨大。即便使用数字相机,一晚上要拍摄数千张照片。检视工作量也是非常惊人的。如果是在非流星雨期间的日常监测,这样的方法费效比太高,因此极少有人这样做。即便现在已经有天文爱好者开发出了基于AI和神经网络的智能检视工具,也还仅仅是应用在流星雨发生前后的流星照相监测。

浅谈业余天文观测中的流星光学监测

图一、大光圈超广角监控镜头和WATEC902h微光摄像机

   近几年,随着微光级和星光级CMOS数字影像传感器的出现,使得视频流星监测成为可能。里程碑式的星光级CMOS摄像机当WATEC的902H系列单色工业级微光监控摄像机莫属。这是一款能够在F1.4镜头下实现最低照度0.0003Lux的高灵敏度模拟摄像机。它使用标准的CS镜头接口,并可以输出标准清晰度(NTSC/PAL制式)的模拟视频信号。用于流星监测可以选择光圈更大的超广角镜头,例如2.0mm/F1.0CS监控镜头。更加里程碑的是一款专门用于流星监测的软件UFOcapture以及其配套的流星分析软件UFOAnalyzer的发表。前者可以选择性地记录流星视频,有效减小了对计算机存储空间(硬盘)的消耗;后者可以分析记录到的流星是偶发还是属于某个流星群,以及测量流星的亮度。

浅谈业余天文观测中的流星光学监测

图二、USB视频数据采集卡

   WATEC902H+USB视频采集卡+UFOcapture/UFOAnalyzer可以构成一套标准的流星光学监测系统。这个系统的优势是适合建设固定的流星光学监测台站。WATEC902H微光摄像机输出的标准清晰度视频信号可以通过同轴电缆进行远距离传输。选择USB视频采集卡时需要注意,不要选择压缩视频的采集卡。笔者曾经尝试过几款市面上能够买到的低价USB视频采集卡。有些型号图像数据被严重压缩。白昼使用尚且清晰,但在夜晚使用马赛克现象明显,视频图像几乎没有细节。这套系统只能获得单色的标清图像,无法满足要求较高的流星爱好者所希望的高清甚至超清的彩色流星影像和视频。

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图三、UFOcapture流星监测工具

图五、UFOAnalyzer流星数据分析工具

    UFOcapture因此推出了升级版的UFOcaptureHD,可以支持最高4K的高清彩色视频影像数据。而在监测摄像机方面,已经可以选择2K级的微光高清SDI彩色摄像机。同时搭配高清或者超清SDI视频数据采集卡,即可实现高清的光学流星监测。当然,这套系统下来成本真不低,尤其是SDI高清/超清的视频采集卡,价格不菲。事实上,高清级的数字微光摄像机价格并不贵。如天文爱好者常用的行星摄像机,QHY和ZWO品牌很多型号的行星摄像机都具有极高的灵敏度。这类摄像机使用高速的USB3.0接口直接传输高清数字影像数据。因无需使用价格昂贵的SDI高清视频数据采集卡,可以大大降低整套系统的配置成本。同时由于可以使用USB端口直接供电,还省去了模拟监控摄像机必须的电源适配器,有效提升了系统可靠性。

图七、UFOcaptureHD搭配T7C彩色摄像机捕捉的流星

    不过由于UFOcaptureHD软件本身对数字摄像机的支持有限,需要数字摄像机搭配本地WDM驱动才能使用。而且似乎也不是所有的行星摄像机都能够被支持。笔者试用过几款行星摄像机,包括QHY5II-L-M/C、QHY5R-II-C、QHY5III-290C以及T7C(使用ZWOASI120MC驱动),都可以被UFOcaptureHD支持,能够稳定捕捉图像。但由于不同摄像机的WDM驱动不同,能够设定和调整的参数也不尽相同。因此使用上有的比较友好,而有的就不太友好。另外还有一点是值得注意的,USB3.0的数据线不能太长,否则会影响视频数据传输。因此使用USB3.0接口传输数据的距离比较有限(一般3-5米就是极限了),因此这种配置不太适合固定的流星监测台站,可以作为移动监测或者监测空窗区域的临时补充。

24 12月

2020-12-24 10:53:29

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