Projecto Medição do Seeing em oito locais da ilha da Madeira e seu estudo comparativo Aluno: Ilídio Adalberto Gomes Andrade Orientador: Prof. Dr. Pedro Augusto
Introdução Medir o seeing em oito locais da ilha da Madeira: Pesquisa do método mais adequado (trilhos da Estrela Polar) ao material disponível no LAI; Invenção de uma montagem rígida para o telescópio Mizar Tal-1; Solução para alimentação eléctrica da CCD SBIG ST-7XE; Escrita de rotinas no software Mathematica para representação das imagens a 3D e aplicação do método escolhido. 2
Introdução Medições meteorológicas: Determinação de noites descobertas (CN < 66%); Determinação de noites espectroscópicas (Hr < 90% e V vento < 15m/s); Determinação de noites fotométricas (noite espectroscópica com CN < 33%); Período de estudo do projecto: 35 semanas (01 de Fevereiro de 2008 a 26 de Setembro de 2008) do total de 58 semanas do estudo global (até 05 de Março de 2009). 3
Os Locais Os Locais B1 (32º 45 42 N, 16º 55 08 W; 1590m) B2 (32º 45 30 N, 16º 55 40 W; 1784m) B3 (32º 45 18 N, 16º 56 18 W; 1862m) C1 (32º 44 06 N, 17º 05 34 W; 1403m) C2 (32º 46 30 N, 17º 04 41 W; 1640m) C3 (32º 45 06 N, 17º 03 00 W; 1620m) A1 (32º 44 00 N, 16º 55 20 W; 1796m) A2 (32º 43 06 N, 16º 54 48 W; 1580m) A1 Juncal, A2 Achada Grande; B1 Achada do Teixeira, B2 Encumeada Alta, B3 Pico Ruivo de Santana; C1 Loiral; C2 Pico Ruivo do Paúl; C3 Bica da Cana. A+C; A+B: 04-07-08 (A+B1+B2; A+B1+B3) 4
A Montagem Portabilidade (pequena e leve tanto quanto possível); Construção sólida (transporte por terrenos acidentados sem descalibração da montagem); Rígida (permitir operação em locais expostos ao vento); Simplicidade de operação; Flexibilidade de maneira a observar a Estrela Polar nos oito locais + Campus da Penteada, a qualquer hora da noite e durante todo o ano: h [31.9192º, 33.5108º] [31.5172º, 34.0320º]. 5
A Montagem H = 813mm (comprimento do telescópio). a = 813mm cos(h). o = 813mm sen(h). 813mm cos(31.5172º) 693mm. 813mm sen(31.5172º) 425mm. 425mm + 100mm telescópio não tocar no chão. 30 mm espessura (rigidez; leve). 6
A Montagem 140mm (largura do telescópio). 70mm (semi-circunferência para apoio do telescópio). Mesma altura e espessura da peça X. 7
A Montagem 200mm (largura do conjunto) = 140mm + 2 30mm. 813mm sen(34.0320º) = 455mm. 455mm 425mm = 30mm parafusos. 200mm (largura). 745mm (comprimento) = 693mm + 52mm. 30mm (espessura). 8
A Montagem 30mm profundidade interna = 30mm espessura peça Z. 52mm (espessura externa). 905mm (comprimento) = 745mm + 2 80mm. 360mm (largura) = 200mm + 2 80mm. 12 furos fixar a montagem ao solo com ferros (usados para fixar cabos tendas campismo). 9
A Montagem Parafusos rodam através de porcas embutidas (elevação medida por uma escala em mm). Assentam sobre uma peça de metal incrustada na montagem (peça W). Esponja em todas as superfícies onde assenta o telescópio. Peso de 12kg. Executada por Élio Freitas na Carpintaria Mecânica do Laranjal, Lda. 10
Alimentação eléctrica da CCD SBIG ST-7XE CCD: 5V 5A + 12V 1.5A + -12V 0.5A = 49W. Fonte de tensão SBIG: 12V 5V, 12V, -12V. Bateria 12V: 49W/12V = 4.1A. 8 30min = 4h. 4h 4.1A = 16.4Ah. Efeito de Joule na fonte de tensão 18Ah. 11
Setup Final 1 Telescópio; 2 Montagem de apoio e elevação do telescópio; 3 CCD; 4 Barlow 3X; 5 Bateria de 12V; 6 Adaptador para isqueiro de automóvel; 7 PC portátil; 8 Grampo universal para segurar telescópio à montagem. Filtro B não é visível pois este encontra-se acoplado à CCD entre esta última e a Barlow 3X. 12
Medição do Seeing Trilhos da Estrela Polar e o parâmetro de Fried Exposição raw de 5min. Subtracção por uma dark frame e divisão por um master flat frame normalizado. Representação a 3D no Mathematica. Determinação das posições centróide. Ajuste de um arco de parábola às posições do centróide. Discretização do arco de parábola. Cálculo das diferenças entre as posições do centróide e o arco de parábola amostrado. Cálculo do desvio-padrão e da variância das diferenças entre as posições do centróide e o arco de parábola amostrado. 13
Medição do Seeing Trilhos da Estrela Polar e o parâmetro de Fried r 3 6.88 5 0 [ 2 2 3 ] s (2π / λ ) D 1/ = (1) Onde: D é a abertura do telescópio (106mm) λéo comprimento de onda de observação (420.45nm filtro B) s 2 é a variância das diferenças entre as posições do centróide e o arco de parábola amostrado. r o D/r 0 Deff/r 0 (graficamente). Deff θ = 1.22λ / Deff = seeing (2). 14
Medição do Seeing Exemplo (Achada do Teixeira 05/07/08 às 02h02min) Imagem raw Imagem final Representação a 3D no Mathematica e determinação das posições do centróide 15
Medição do Seeing Exemplo (Achada do Teixeira 05/07/08 às 02h02min) Centróide = {550, 550, 550.5, 550.5, 550, 549.5, 549.5, 549, 549, 548.5, 548.5, 548, 548, 547.5, 547, 547, 546.5, 546.5, 546, 545.5, 545.5, 545.5, 545.5, 545.5, 545.5, 545.5, 545.5, 545, 544.5, 544.5, 544.5, 543.5, 543.5, 543.5, 543.5, 543, 543, 543, 543, 542.5, 542.5, 542.5, 542.5, 542.5, 542.5, 542, 542, 542, 541.5, 541, 540, 540, 540, 540, 540, 540, 540, 540, 539.5, 539, 539, 538.5, 538.5, 538.5, 538.5, 539, 539, 539, 539, 538.5, 538, 538, 537.5, 536.5, 537, 537, 536, 536.5, 536.5} Ajuste de uma parábola às posições do Centróide: 550.652-0.225458x + 0.000617789x 2 Discretização da parábola 16
Medição do Seeing Exemplo (Achada do Teixeira 05/07/08 às 02h02min) Diferenças, linha a linha entre a posição do centróide e o arco de parábola amostrado s = 0.25 pixéis = 0.25 0.77 = 0.19 = 9.2 10-7 rad. s 2 = 8.5 10-13 rad. Substituindo s 2 na Equação 1 vem: r 0 = 0.21m. 17
Medição do Seeing Exemplo (Achada do Teixeira 05/07/08 às 02h02min) D/r 0 = 0.106/0.21 = 0.50 Deff/r 0 = 0.43. Deff = 0.43 0.21 = 0.09m. Substituindo Deff na Equação 2 vem: θ = 1.2 = seeing. 18
Medição do Seeing Resultados Data A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2 08-02-08 6.7±0.59 * 29-02-08 1.9±0.18 07-03-08 1.6±0.15 6.0±0.55 * 2.9±0.27 * 1.6±0.14 14-03-08 1.9±0.18 1.7±0.16 * 1.9±0.18 28-03-08 1.5±0.14 * 2.4±0.22 * 23-04-08 1.7±0.16 * 1.6±0.15 * 07-05-08 1.9±0.18 12-06-08 4.3±0.41 27-06-08 2.5±0.23 * 04-07-08 6.7±0.65 1.6±0.15 1.2±0.11 * 1.6±0.15 1.4±0.13 * 11-07-08 2.4±0.22 18-07-08 1.9±0.17 2.2±0.20 1.9±0.18 * 2.5±0.23 * 31-07-08 3.9±0.37 1.2±0.11 4.2±0.38 * 3.0±0.28 * 06-08-08 2.2±0.21 1.3±0.13 22-09-08 1.3±0.12 1.5±0.14 1.4±0.13 26-09-08 1.2±0.11 19
Medição do Seeing Resultados Local N Média ( ) Mediana ( ) Seeing mín ( ) Seeing máx ( ) A1 11 2.7±0.26 2.2±1.6 1.3±0.12 6.7±0.65 A2 6 2.5±0.23 2.0±1.8 1.2±0.11 6.0±0.55 B1 3 2.6±0.24 1.9±1.4 1.6±0.15 4.2±0.38 B2 2 2.3±0.22 2.3±1.0 1.6±0.15 3.0±0.28 B3 2 2.0±0.18 2.0±0.8 1.4±0.13 2.5±0.23 C1 1 2.9±0.27 2.9±0.27 C2 1 1.6±0.14 1.6±0.14 C3 0 20
Noites descobertas, espectroscópicas e fotométricas Resultados LOCAL N N* Nd Ne Nf A1 34 10 (29%) 58.8% ± 15.6% 52.9% 47.0% A2 34 14 (41%) 52.9% ± 15.9% 41.2% 35.3% B1 16 6 (38%) 56.3% ± 24.1% 43.8% 43.8% B2 13 10 (77%) 46.2% ± 27.5% 15.4% B3 13 11 (85%) 46.2% ± 27.5% 15.4% C1 17 12 (71%) 41.2% ± 23.4% 35.3% 35.3% C2 17 15 (88%) 35.3% ± 22.4% 35.3% 35.3% C3 17 17 (100%) 35.3% ± 22.4% 29.4% 29.4% 21
Conclusões Conclusões finais apenas com o estudo completo (01/02/08 a 05/03/09). Noites descobertas: à volta dos 50% (58.8%±15.6% para A1 a 35.3%±22.4% para o C2 e C3) com 7.4% de cobertura do total possível de observações 50% do grupo STORM com 23% de cobertura do total possível de observações. Por local: B2 46.2%±27.5% / 50% STORM; B3 46.2%±27.5% / 57% STORM; C2 35.3%±22.4% / 39% STORM. A1 (58.8%) melhor que A2 (52.9%) com 34 saídas. B1 (56.3%) com 16 saídas!!! B2 e B3 (46.2%) com 13 saídas. C1 (41.2%) melhor que C2 e C3 (35.3%) com 17 saídas. Zona B é a melhor? Zona C é a pior? Noites fotométricas: 104h média anual de horas fotométricas por mês = 42.7% de noites fotométricas anuais (McInnes B2). A1 (47.0%), A2 (35.3%), B1 (43.8%), C1 (35.3%), C2 (35.3%), C3 (29.4%). Para já A1 e B1 melhores que os resultados de McInnes para B2. A2 é, para já, o pior local. Locais da Zona C pouco promissores. 22
Conclusões Valores do seeing: médias e medianas da ordem de 2 mas valores mínimos da ordem de 1 seeing piorou? Seeing: movimento da imagem (pequenas aberturas); distorção da imagem (grandes aberturas). Calcular r 0 com pequena abertura; Calcular seeing com grande abertura. D/r 0 >10 Deff/r 0 >1.θ= 1.22λ/r 0. D = 2m, 6.7 passam a 6.2 e 1.2 passam a 0.5!!! Comparar os locais mesmo método não existem diferenças significativas entre os locais. Locais da Zona B, para já, são os melhores candidatos. 23
Futuro No estudo final calcular o seeing para um telescópio de grande abertura. O objectivo final é instalar, no melhor local, um observatório profissional. Instalar permanentemente o telescópio Meade de 30cm de abertura do GAUMa numa seeing tower e utilizar o método DIMM (eliminação das vibrações do telescópio e do seeing devido à turbulência do ar junto ao solo) para determinação do seeing todas as noites, durante pelo menos um ano no melhor local. Juntamente com a medição do seeing, instalar uma estação meteorológica. Conjunto de dados de todos os dias do ano determinação com maior fiabilidade se a ilha da Madeira continua a ter excelentes condições de observação. 24
Fim! 25