• Jste zde:
• Úvodní stránka » 
• Odborné články » 
• CCD pozorování Slunce a vzdělávání

V rámci našich kurzů a seminářů si studenti mohou vyzkoušet veškerou techniku, kterou má hvězdárna k dispozici – od dalekohledů pro přehledové pozorování fotosféry, její detailní snímkování, až po speciální přístroje vybavené filtry umožňujícími sledovat děje v chromosféře.

A právě pozorování chromosféry je jedním z velmi slibně se rozvíjejících odborných programů, na kterých se pracovníci hvězdárny podílejí a které jsou v současnosti využívány také ke vzdělávání. Hlavním přístrojem, který slouží k odborné práci i jako výuková pomůcka je chromosférický dalekohled (objektiv o průměru 135 mm a ohniskové vzdálenosti 2 350 mm, efektivní ohnisko systému 5 170 mm, H-alfa filtr DayStar s pološířkou propustnosti 0,7Ä), který byl na hvězdárně instalován v roce 2001. Právě tento přístroj a s ním spojený pozorovací program byly vybrány jako první k použití moderní CCD techniky ke sledování Slunce na Hvězdárně Valašské Meziříčí. 

K záznamu obrazu sluneční chromosféry dnes používáme CCD kameru G1-2000 (Moravské přístroje). Ve spojení s původním chromosférickým dalekohledem má kamera zorné pole 4,7' na delší stranu čipu (tedy asi 1/6 slunečního kotouče) a teoretické rozlišení asi 0,8“. Při kombinaci s  malým přenosným dalekohledem je zorné pole asi 40‘, což umožňuje najednou zachytit celý sluneční disk.

Systém práce s CCD kamerou je výrazně odlišný od klasické fotografické techniky, která byla k tomuto účelu v minulosti používána. CCD kameru ovládáme prostřednictvím počítače pomocí dodávaného software SIPS. Výstupní data získáváme v digitálním formátu, který zpracováváme a archivujeme.

Jednotlivé snímky z CCD kamery nepředstavují hotová data. Výstup z kamery je totiž zatížen řadou artefaktů, se kterými se musíme vyrovnat. Na straně kamery je to tepelný a vyčítací šum. I když vstupní signál do systému bude nulový (do dalekohledu neproniká světlo), na snímku z kamery nalezneme zaznamenaný takzvaný tepelný šum, jehož intenzita je úměrná teplotě snímače (která je v případě pozorování Slunce poměrně vysoká). Dále také vyčítací šum – signál, který je ke každému snímku přidán v průběhu procesu vyčítání. Oba druhy šumu lze dobře eliminovat pomocí temného snímku (dark frame, krátce dark). Např. pořídíme-li detailní snímek aktivní oblasti expozičním časem 0,005 s, následně za stejných podmínek, ale při zakrytém dalekohledu, pořídíme snímek o stejné expozici. Po vzájemném odečtení těchto snímků dostaneme záběr bez tepelného a vyčítacího šumu.

 Při průchodu světla použitým dalekohledem dochází v důsledku optických vlastností přístroje k nerovnoměrnému osvětlení čipu v ohniskové rovině. Podobný efekt mohou způsobit jemné prachové částice na některých optických členech či samotném čipu. Snímek bez těchto vad získáme tak, že pořídíme takzvaný plochý snímek (flatfield neboli flat), který by měl představovat rovnoměrně osvětlenou plochu. Při průchodu tohoto signálu optickým systémem se na snímku zachytí nerovnoměrnosti dané jeho vlastnostmi (vinětace, odlesky, případně nečistoty na krycím sklíčku i čipu kamery). Konečný snímek chromosféry vznikne teprve aplikací těchto korekčních záběrů. Výsledek je však nesrovnatelný s primárními daty. 

Cílem celého snažení je dlouhodobý monitoring aktivních oblastí s vysokým časovým a prostorovým rozlišením, který by umožnil fyzikální, fenomenologický a statistický popis probíhajících dějů. K tomu je však třeba dlouhodobého pečlivého pozorování, které je v naších podmínkách velmi náročné.

Pozorování sluneční chromosféry, získání obrazových dat, jejich zpracování a interpretace, to jsou hlavní schopnosti, které by si studenti měli odnést ze seminářů a kurzů, které pořádáme. Rádi bychom tímto způsobem vychovali spolupracovníky, studenty, kteří by tato pozorování prováděli společně s pracovníky hvězdárny například v rámci svých studentských projektů. Co je však důležité, nabyté zkušenosti, praktické poznatky a znalosti využijí žáci a studenti i v řadě dalších technických oborů, vědě i zájmové činnosti, která se sluneční fyzikou a pozorováním Slunce už nesouvisí.

Podle našich zkušeností je právě důraz na metodiku pozorování a zpracování získaných dat velmi potřebný. V době, kdy každý mobilní telefon má v sobě digitální fotoaparát (jehož funkce je principiálně stejná jako v případě námi užívaných kamer) se setkáváme se situací, že řada studentů nemá nejmenší tušení jak tento přístroj (alespoň v základních principech) funguje, a k čemu všemu je možné jej využít. Také statistické postupy, používané při zpracování obrazu, se jistě budou hodit nejen studentům se zájmem o přírodní vědy. Slunce samotné pak představuje pro moderní astrofyziku trvalou výzvu, neboť řada procesů, které se zde odehrávají, není zdaleka pochopena. Naším úkolem je nalézt a podpořit nadané mladé lidi, kteří by se touto problematikou chtěli, společně s námi, zabývat.