Vzájemné úkazy Jupiterových měsíců

Galileovské měsíce Jupiteru: Io, Europa, Ganymedes a Callisto, jak je lze vidět dalekohledem při malém zvětšení. Zdroj: http://catholicsensibility.wordpress.com.

       V článku je popsáno: co lze amatérsky pozorovat, jak a čím pozorovat, a je uvedeno vlastní pozorování autora z 3. 10. 2009.

V roce 2009 nastalo další z období, kdy je možné pozorovat vzájemné úkazy (zatmění a zákryty) v soustavě Galileovských měsíců Jupiteru a byla proto vyhlášena další kampaň PHEMU09 (zkratka pochází z francouzského PHEnomene MUtual a posledního dvojčíslí roku kampaně). Tato období nastávají každých zhruba 6 let, kdy Země prochází rovinou oběhu těchto měsíců, resp. v době kolem průchodu Jupitera jedním z uzlů jeho dráhy. Když jsem v roce 2004 posílal svoje videozáznamy tří úkazů z tehdejší kampaně PHEMU03, posílal jsem ještě surové záznamy a vyhodnocení jsem ponechal na organizátorech, protože jsem neměl technické prostředky na samostatné vyhodnocení toho, co jsem nahrál na VHS pásky. Stačilo, že jsem se snažil držet pokynů k pozorování. Výsledky kampaně byly publikované právě včas, aby potvrdily mou chuť se té nové opět účastnit, možná i právě proto, že jakž takž spokojený jsem byl pouze s dvěma ze tří mých tehdejších pozorování. S postupem doby se ale technika vyvíjí, ceny klesají a tím se rozšiřují technické možnosti jednotlivce.

Co pozorovat?

Vybíráme úkazy z předpovědí, které připravuje organizátor kampaně. Můžeme použít předpovědi, které jsou již spočítané, nejbližší místo jsou Drážďany. Anebo si necháme spočítat předpovědi podle vlastních představ a nastavení na jednom z následujících míst IMCCE1, IMCCE2 anebo IMCCE3 (můžeme použít i program Occult). Pokud nezadáváme přímo zeměpisné souřadnice, vybereme si nějakou blízkou MPC stanici, kdy jako Observatory code můžeme použít např. 541 (Praha), 557 (Ondřejov) , 046 (Kleť), případně 118 (Modra) nebo 056 (Skalnaté Pleso). Z vytvořeného seznamu si pak můžeme vybírat úkazy k pozorování, ale je potřeba provádět dodatečnou kontrolu – občas se stane, že některý z měsíčku kromě toho, že má být ve vzájemné akci druhým měsíčkem, je také momentálně např. ve stínu samotného Jupitera. K této kontrole se hodí programy typu planetárium, např. komerční Guide případně volně dostupné Stellarium nebo CdC. Můžeme samozřejmě podle konfigurace měsíčků případně přizpůsobit i konfiguraci dalekohledu a použít delší ohnisko nebo vhodný Barlow, pokud to pomůže při následné redukci pozorování. Protože jsou měsíčky jasné, typicky kolem 5,0 magnitudy, není potřeba nijak velký dalekohled, postačil by 80-100mm, hodí se ale ohnisko alespoň 1 až 1,5 metru. Pro zeměpisnou polohu Prahy vychází pozorovací sezóna u této kampaně na květen až prosinec 2010.

Jak a čím tedy pozorovat?

V zásadě je možné pozorovat jakkoliv, za předpokladu dodržení určitých pravidel. Zjednodušeně se dá říci, že pravidla jsou tato:

— odpozorovat co nejpřesněji světelnou křivku úkazu (z fotometrického hlediska)
— pokrýt křivku dostatečným množstvím bodů s rezervou před a po úkazu
— mít každý bod pozorování navázaný na přesný čas s chybou, odpovídající technice pozorování, nejhůře však s chybou 1 sekunda.

Je tedy možné a akceptované např. vizuální pozorování, kdy je nejkritičtější požadavek na časovou přesnost. Je ale potřeba zdůraznit, že pro vizuálního pozorovatele se kampaň v podstatě omezuje na ten zlomek z celkového počtu úkazů, kdy jsou poklesy jasnosti dostatečně hluboké. Drtivá většina úkazů má totiž pokles jasnosti menší než 0,5 magnitudy. Navíc je nutno být opravdu dobrý pozorovatel, máme-li udělat odhad jasnosti během jednotek sekund, protože mnoho těchto vizuálních úkazů se odehraje během 10 minut či méně a je tak nutno pořizovat odhad např. každých 15-20 sekund. Výrazně pomůže diktafon a současně nahrávaný časový signál ve formě pípání.

Další používanou technikou je fotoelektrická fotometrie. Ta ale mezi českými amatéry zrovna dvakrát rozšířená není a proto s ní nebudeme ztrácet čas. V dnešní době ji totiž zcela vytlačila CCD fotometrie. Za předpokladu dodržení základních pravidel používaných pro zpracování CCD snímků je možné získat dobrou fotometrii, určitým problémem ale bývá časová přesnost pozorování, protože drtivá většina ovládacích SW zapisuje čas s přesností na 1 sekundu, přičemž ale mnohdy není jednoduché zjistit reálný čas, odpovídající tomu z hlavičky snímku. K tomu přistupují problémy s udržováním přesného času v počítači, ze kterého se čas pro zápis do snímku bere. Při použití standardních fotometrických balíků, jako např. (C-)Munipack nebo Iris také může působit problémy vzájemná blízkost měsíčků či kotoučku Jupitera. Buď vymyslíme postup jak na to, nebo se úkazu vyhneme. V tomto případě tedy platí – CCD technika je použitelná, ale za předpokladu, že si celý záznamový proces předem časově zkalibrujeme. CCD fotometrie je natolik přesná, že si zaslouží znát absolutní časy s přesnosti 0.1 sekundy. Do této skupiny by se dala zahrnout pravděpodobně i pozorování např. webovými kamerami, pokud je možné fotometrické zpracování s dodržením výše uvedených pravidel.

Posledním typem pozorovací techniky, kterou chci zmínit, je pozorování TV kamerou. Snaha dodržet podmínky požadované organizátory kampaně je samozřejmá, zmíním proto jen princip. TV signál v normě PAL je sledem 50 půlsnímků za sekundu, umožňující tím pádem časové rozlišení 0.02 sekundy. Nevýhodou je, že digitalizace je pro každý barevný kanál pouze 8-bitová, takže dostáváme pro barevný signál 3 krát 256 úrovní intenzity, který je ale ve skutečnosti pro ČB kameru opravdu jen 8-bitový a máme tak jen 256 úrovní jasu. To je oproti 12-ti až 16-ti bitovým CCD kamerám nevýhoda z hlediska přesnosti fotometrie, která je částečně kompenzovaná tím, že obraz hvězdy je rozložen na více pixelech. Síla TV techniky je ale v množství snímků bez mrtvých časů mezi expozicemi a možnosti přesné časové kalibrace např. vkladačem času.

Moje vlastní pozorování

Pro pozorování v této sezóně používám vlastní pozorovací techniku. S jedinou výjimkou to zatím byl vždy 8“ Newton 1:4 na paralaktické montáži GS600 (při pohledu na to, čím amatéři v této republice disponují, tedy žádný extra dalekohled, navíc umístěný na balkóně sídlištního paneláku v 7. patře), na kterém je za 2x (někdy 3x) prodlužujícím Barlowem posazená kamera Watec-120N, což je starší model kamery, na který odkazuje link. Pro časovou kalibraci používám KIWI-OSD, který bere čas z 1-PPS signálu GPS družic. Tento časové kalibrovaný TV signál pak digitalizuji pomocí AverMedia DVD EZMaker USB Gold přímo do počítače. V počítači tento digitální TV signál zachytávám pomocí aplikace VirtualDub a bezztrátového kompresního kodeku Huffyuv v rozlišení 720×576 a datovém formátu YUY2 do AVI souboru. S tímto nastavením se produkuje datový tok kolem 10MB/s, což v pohodě zvládají i pomalejší disky a můj starý procesor AMD Athlon XP 2400+ (s výjimkou použití Barlowa je to moje standardní sestava pro pozorování zákrytů hvězd Měsícem anebo planetkových zákrytů). Půlhodinový záznam typický pro jeden úkaz potom představuje objem kolem 15 GB dat.

Prostředí programu Limovie pro úkaz 3. 10. 2009. Je vidět nastavení měřených objektů s clonkami, vložený čas v UT (20 h 07 m 13 s), začátky a konce expozic jednotlivých půlsnímků a pořadové číslo půlsnímku (9849) od okamžiku synchronizace času. Vpravo je přes okno přeložený výstup jednoho z dalěích okem s 3-D obrazem hvězdy umožňujícím např. volit optimální velikost clonky. Je také ideální před vlastním pozorováním pro kontrolu nastavení sestavy, aby nedocházelo k saturaci pixelů.

Následné zpracování videozáznamu má na starost program Limovie, který provádí klasickou aperturní fotometrii (prostý součet intenzit všech pixelů se signálem v dané clonce očistěný o hodnotu pozadí určenou v jiné clonce), i když pro zpracování takto dlouhých záznamů potřebuje prostředníka jménem AVIsyth. Zpracování (pokud je to bez komplikací) trvá na mém stařečkovi zhruba trojnásobek původní doby záznamu a jeho výsledkem je CSV soubor s veškerou fotometrií a nastavením. Pokud byl záznam pořízený v dobrých podmínkách, je úkaz patrný na grafech na první pohled, jinak je dobré ještě pro vlastní kontrolu provést normalizaci programem LimovieAverage – provést diferenciální fotometrii s vyrovnáním křivky podle referenčního fotometrického objektu, což bývá některý z měsíčků, kterého se úkaz netýká, spolu s časovým vyhlazením sdružováním skupiny dat. Tím sice ztratíme na časovém rozlišení, ale získáme snížení šumu v datech. Máme tak kontrolu i pro úkazy s malým poklesem jasnosti – v mém případě mám spolehlivě zaznamenané úkazy s poklesem necelých 0,15 magnitudy.

Jak můžou vypadat taková data v grafické podobě vidíme v připojených obrázcích. Úmyslně jsem vybral případ, kde bylo celkem nepříznivé počasí, přecházela cirrovitá oblačnost a ještě 20 minut před začátkem záznamu Jupiter úplně mizel za mraky. Do toho ještě vítr občas zacloumal nijak robustní sestavou, takže místy jsou výpadky a seeing se také výrazně měnil. Hrubá světelná křivka pro tři měsíčky, které byly v zorném poli je tedy na prvním obrázku. Zatmění Europy je patrné i v těchto hrubých datech a je také evidentní, že jasnost všech měsíčků se mění synchronně a normování podle vybraného referenčního nebude od věci.

V dalším obrázku je světelná křivka po normalizaci s tím, že referenční objekt byl měsíček Io a byly průměrovány údaje z 8 po sobě jdoucích měření, což v tomto grafu znamená jeden bod každých 0,64 sekundy.

Na této křivce je patrné, že vzestup jasnosti nebyl monotónní, ale byl zhruba do poloviny o něco strmější, než zbytek vzestupu. Rovněž tak samotné dno křivky vykazuje mírné anomálie a celkově křivka není symetrická. Ačkoliv to vypadá, že za to mohou špatné pozorovací podmínky, ve skutečnosti za to velmi pravděpodobně mohou albedové útvary na povrchu Evropy - anomálie na světelné křivce jsou spíše pravidlem než výjimkou. Takovéto normalizované křivky, slouží výhradně samotnému pozorovateli, organizátorům kampaně se poskytují původní, matematicky nezpracovaná data.

Po provedeném pozorování (pokud víme že bylo úspěšné) posíláme vyplněné hlášení o provedeném pozorování na adresu arlot [at] imcce.fr, finální zpracování můžeme provést a dodat později.

Do okamžiku psaní tohoto příspěvku se mi podařilo uspokojivě zaznamenat 14 úkazů, z nichž některé byly v předběžné podobě prezentovány na internetu. Pro představu, jak takový úkaz probíhá, je možné podívat se na zrychlené video pořízené shodou okolností jako jediné na jiném než mém vlastním dalekohledu (bylo to na 8. MHV v Zubří) a zachycuje velmi hluboké zatmění Europy měsícem Io večer 26. září 2009.

Článek poprvé vyšel na stránce České skupiny pozorvatelů planet 18. 10. 2009.