Avaleht Foorum Ajakiri «Vaatleja» Tähistaevas Maailm Õpik Astronoomia Facebookis Astronoomia Twitteris
None

Andromeeda ilupildi saamislugu

Elmo Tempel | 17.10.2010

Andromeeda galaktika, rahvapäraselt tuntud ka kui Andromeeda udukogu, on olnud ahvatlevaks pildistamisobjektiks paljudele amatöörastronoomidele. Professionaalsetele astronoomidele on Andromeeda eelkõige meile lähim suur naabergalaktika, mille uurimine annab uut informatsiooni galaktikate ehituse ja arengu kohta. Käesolev artikkel annab ülevaate sellest, kuidas teaduslikel eesmärkidel Sloani teleskoobiga tehtud vaatlused annavad suurepärase võimaluse kokku panna käesoleva hetke detailseima pildi Andromeedast kui tervikust.

Andromeeda galaktika on meile lähim suuruselt Linnuteega võrreldav naabergalaktika. Kuna ta asub meist ainult 785 kiloparseki (umbkaudu 2.56 miljoni valgusaasta) kaugusel, siis ulatub ta taevas üle mitme kaarekraadi. Kuna enamasti on teleskoobi vaateväli väiksem, siis on Andromeedat väga keeruline tervikuna ühte kaadrisse saada. Kui õnnestubki kasutada laia vaateväljaga teleskoopi, siis me ei saa ikkagi väga detailset pilti galaktikast, kuna detektori suurus seab piirid pildi lahutusele. Õnneks on võimalik mõlemat probleemi korraga lahendada, kui kasutada spetsiaalseid teleskoope, mis vaatlevad taevast küll väikeste osade kaupa, kuid kaader kaadri haaval on võimelised katma väga suure ala taevast. Üheks selliseks teleskoobiks on Sloani teleskoop Apache Point observatooriumis.

Andromeeda galaktika mosaiikpilt.

Andromeeda galaktika mosaiikpilt. Pilt on kokku pandud Sloani teleskoobi vaatlustest g,r,i filtrites. Täismõõdus pildi suuruseks on 425 megapikslit. Vaatlused: SDSS; töötlus: Taavi Tuvikene ja Elmo Tempel.

Sloani teleskoop

Sloani teleskoop on eelkõige mõeldud kosmoloogilisteks vaatlusprogrammideks, mis nõuavad väga suure taeva-ala kaardistamist. Sloani teleskoobiga on tehtud senini suurim kosmoloogiline vaatlusprogramm, Sloani digitaalne taevaülevaade (SDSS), mis katab ligikaud veerand taevast viies erinevas lainepikkuste vahemikus (u,g,r,i,z). Lisaks kosmoloogilistele vaatlustele on Sloani teleskoopi kasutatud ka teisteks eesmärkideks, millest üheks oli meie naabergalaktika Andromeeda kaardistamine.

Sloani 2.5-meetrine teleskoop.

Sloani 2.5-meetrine teleskoop. Foto: SDSS.

Sloani teleskoop asub Apache Point observatooriumis, New Mehhikos, USAs. Teleskoobi peapeegli läbimõõt on 2.5 meetrit. Sloani teleskoobi puhul on tegemist skaneeriva teleskoobiga – teleskoop keeratakse taevas soovitud piirkonda ning siis skaneeritakse taevast vastavalt sellele, kuidas tähed taevas liiguvad. Teleskoobi vastuvõtvaks elemendiks on 30 CCD-d, mis on paigutatud 6×5 maatriksisse. Iga viie filtri jaoks on üks kuuene CCD-de rida, kusjuures nad on paigutatud nii, et iga CCD vahele jääb umbkaudu CCD suurune vahemik (vaata selgitavat joonist). Sellise CCD-de konfiguratsiooni korral skaneeritakse taevas ühe teleskoobi suunamisega kuus paralleelselt asuvat riba, kusjuures iga ribade vahele jäävad umbkaudu ribade laiused vahed. Selleks, et katta kogu soovitud piirkond, tuleb taevast skaneerida kaks korda – teisel skaneerimisel nihutatakse teleskoopi nii, et skaneeritakse neid ribasid, mis esimesel korral jäid katmata. Pärast kahekordset taeva skaneerimist mingist piirkonnast saavutatakse tulemus, kus 12 paralleelselt asuvat riba katavad kogu soovitud piirkonna taevas.

Sloani Andromeeda vaatluste töötlemine

Sloani Andromeeda vaatluste töötlemise peamiseks eesmärgiks oli Andromeeda galaktika teaduslik uurimine. Tartu Observatooriumis on Andromeedat küllaltki põhjalikult uuritud ja modelleeritud. Sloani vaatluste kasutamine võimaldab Andromeedat veelgi detailsemalt analüüsida ja modelleerida. Kuna vaatluste töötlemine teaduslikel eesmärkidel nõudis kõikvõimalike kõrvalmõjude hindamist ning kõrvaldamist, siis andis see ka suurepärase võimaluse Andromeedast ilupildi tegemiseks. Sloani vaatluste peamisteks töötlejateks olid Elmo Tempel ja Taavi Tuvikene, töötluse käigus tekkinud probleemide lahendamisel andsid oma panuse ka Antti Tamm, Indrek Kolka ja Peeter Tenjes.

Andromeeda galaktikat on Sloani teleskoobi poolt vaadeldud 6. oktoobril 2002. aastal. Andromeeda pildi saamiseks kasutasime eelkorrigeeritud kaadreid (2048×1048 pikslit kaardi kohta, 0.396 kaaresekundit piksli kohta), mis pärinevad kaheteistkümnest skaneerimisribast. Igast ribast kasutasime 56 kaadrit – kokku seega 672 kaadrit. Iga üksiku riba laius oli 13.52 kaareminitut ning ribad kattusid umbes 55 kaaresekundi ulatuses – kogu vaadeldud ala laiuseks teeb see umbes 2.5 kaarekraadi. Töötluseks valitud riba pikkus on ligi 8 kaarekraadi. Kuna Sloani teleskoop vaatleb viies filtris (u,g,r,i,z) korraga, siis Andromeeda töötlusteks kasutasime samuti kõigi viie riba andmeid.

Sloani teleskoobi detektor.

Sloani teleskoobi detektor. Detektor koosneb 30-st CCDst, mis on paigutatud 6x5 maatriksisse. Igale Sloani filtrile (u,g,r,i,z) vastab üks kuuene CCDde rida. Joonis: SDSS.

Lõpliku mosaiikpildi saamiseks kasutasime astromeetrilist kalibratsiooni, mis oli antud kaadrite päises. Kuna transformatsiooni käigus tekkisid mosaiikpilti pikslilaiused tühimike read, siis me vähendasime pildi mõõtmeid mõlemas teljes kaks korda, et tekkinud tühimikud kõrvaldada. Lõpliku pildi mõõtmeteks tuli seega 11500×37000 pikslit, mis teeb ühtekokku 425 megapikslit pildi kohta. Kuna nii suurt pilti on väga raske analüüsida, siis teadusliku analüüsi lihtsustamiseks me kasutasime galaktika välisosades väiksema lahutusega pilti – galaktika keskosas, kus lahutus oli kriitiline, kasutasime siiski täislahutusega pilti.

Kuna teleskoobi, CCD-de ja atmosfääri läbipaistvuse korrektsioonid olid tehtud juba eelkorrigeeritud piltidel või olid nende tegemiseks antud konkreetsed eeskirjad, siis nende arvestamine ei valmistanud erilist probleemi. Peamiseks probleemiks piltide töötlemisel oli fooni määramine piltidel. Kui standardsete vaatluste käigus on võimalik fooni hinnata CCD samalt kaardilt, kasutades selleks ala, kus ei ole ühtegi teist objekti, siis antud vaatluste puhul seda teha ei saanud. Põhjuseks on asjaolu, et kaadrid, mis langesid Andromeeda peale, olid täielikult täidetud Andromeeda endaga. Kuna fooni suurus on eri taevapiirkondades erinev ning muutub ka ajas, siis see raskendas fooni määramist veelgi.

Pärast kaadrite põhjalikku analüüsi ning konsultatsiooni teiste astronoomidega, jõudsime järeldusele, et foon, mis Sloani kaadritel esineb, koosneb kolmest komponendist. Esiteks foon, mis tuli määrata igal skaneerimisribal eraldi ning mis määrati riba otstest, väljastpoolt Andromeeda galaktikat. Teiseks foon, mis sõltus ajast. Kuna ajaline sõltuvus oli igas ribas enam-vähem ühesugune, siis ajalise sõltuvuse määrasime kummagi skaneerimise jaoks eraldi, kasutades selleks äärmisi ribasid, kus Andromeeda mõju oli küllaltki tühine. Kolmas fooni komponent pärines teleskoobis hajunud valguselt. Selle mõju tuli eriti hästi esile galaktika keskosale lähedastes kaadrites, kus kaadrist välja jäänud galaktika tuum tõstis kaadris fooni. Selle fooni arvesse võtmiseks kasutasime kattuvaid alasid ribade vahel – fooni määrasime selliselt, et kattuvates alades oleks signaal kummaski ribas sama. Kui esimene fooni komponent oli igas ribas konstante, teine komponent muutus piki riba, siis kolmas komponent muutub nii piki kui ristiriba.

Kui kaadrites paiknev foon sai igas viies filtris korrektselt arvesse võetud, siis sellega oli piltide esmane töötlus teaduslikuks analüüsiks tehtud. Korrektsemaks teaduslikuks analüüsiks me maskeerisime piltidelt välja kõik esiplaanil olevad Linnutee tähed ning Andromeeda naabergalaktikad M32 ja M110. Teadusliku analüüsi tulemustest võib lähemalt lugeda peatselt ilmuvast artiklist ning Tartu Observatooriumi teadusuudisest.

Andromeeda ilupildi viimistlemine

Andromeeda värvipilt sai lõplikult kokku pandud Photoshopis, kus anti ka viimane lihv pildile, et saavutada visuaalselt parim tulemus. Andromeeda pildi töötlemisega Photoshopis tegeles peamiselt Taavi Tuvikene, kuid kriitika ja nõuannetega oli abiks ka Elmo Tempel.

Andromeeda ilupildi tegemisel kasutasime Sloani g,r,i filtreid. Kaks äärmist filtrit jätsime kõrvale, kuna u-filtris olid tähtede kujutised sabadega tänu teleskoobis hajunud valgusele ning z-filtris oli fooni määramine kõige ebakindlam, kuna taeva läbipaistvus muutub selles filtris kõige suuremas ulatuses. Kasutatud g,r,i filtrite pildid teisendasime otse RGB-süsteemi.

Hajunud valgus Sloani teleskoobis.

Hajunud valgus Sloani teleskoobis. Juuresoleval pildil on näide kõrvalkaadrisse hajunud tähe valgusest. Kaadritevaheline piir asub pildi keskel ning on nähtav triibuna, mis kujutab endast kahe kaadri kattuvat osa. Ülemisel kaadril olev helendus pärineb kaadrist välja jäävalt tähelt. Foto: SDSS.

Visuaalselt parima tulemuse saavutamiseks oli peamiseks probleemiks erinevad defektid piltidel. Peamiselt seisnesid need tähtede ümber olevates halodes ja sabades, mis olid põhjustatud teleskoobis hajunud valgusest. Selliste defektide kõrvaldamiseks kasutasime spetsiaalseid maske ning infot kaadri piirkondadest, kus defekti ei esinenud. See oli peamiselt käsitöö ning eeldas kogu pildi detailset läbivaatlust. Teisalt aitas detailne pildi uurimine avastada erinevaid huvitavaid piirkondi pildil – näiteks piirkondi, kus mitmed taustagalaktikad paiknevad lähestikku.

Eelpool mainitud fooni analüüsimine ning arvesse võtmine andis teaduslikuks analüüsiks piisavalt hea tulemuse. Paraku pärast värvipildi kokkupanekut tekkisid galaktika ümber värvilised halod, mis viitasid fooni ebaühtlustele erinevates filtrites. Kuna erinevused olid väga väiksed, siis nad ei mõjutanud teaduslikku analüüsi, kuid kahjuks visuaalselt olid need halod natuke häirivad. Galaktikate ümber olevate halode maha surumine oli ilupildi kokkupanekul ka üks aspekt, mis nõudis küllaltki delikaatset lähenemist – värvilisi halosid ei saanud täiesti maha suruda, kuna sellega oleks pildilt ära kadunud suur osa niigi nõrkadest taustagalaktikatest.

Pärast vaevarikast tööd Photoshopis õnnestus saada galaktikast pilt, mis pakub visuaalselt naudingut Andromeeda kui terviku vaatamisel kui ka pildil olevate detailide uurimisel. Soovitame ka kõigil huvilistel uurida erinevaid detaile Andromeeda pildil.

Visuaalse naudingu saamiseks vaata täislahutusega Andromeeda ilupilti.

Märksõnad: ,

Lisa oma kommentaar foorumis (2 kommentaari)