试验十七星系和星云的CCD成像观测

实验十一星系和星云的 CCD成像观测一、实验目的通过对星云、 星团和河外星系的CCD成像观测， 熟悉 CCD的天体成像观测和图像处理方法。二、实验仪器Meade LX 系列施密特 -卡塞格林式望远镜及附加ST 系列 CCD 照相机三、实验步骤步骤一：将CCD与计算机连接，将CCD连线连接在计算机的USB口上。注意：要在CCD和计算机均不加电的情况下进行连接。步骤二：给CCD和计算机加电，启动CCD和计算机（ CCD本身没有电源开关，电源开关在变压器上）。注意：要将CCD放在一个平稳的地方，CCD风扇不能被挡住，不要打开CCD的镜头盖，也不要将CCD装到望远镜上。步骤三：启动CCDops for Windows软件。该软件在启动时，自动检测CCD并进行软件连接，如无法建立连接，请关闭计算机，并检查连线的连接及CCD是否已加电启动。步骤四：启动CCD制冷装置。1在 CCDops环境下，鼠标单击 “ Camera”菜单项，在该项下拉菜单中选择“setup ”项，出现CCD设置对话框，如图3 所示。图 3 CCD 设置对话框2“ Temperature regulation”列表框中有两个选项：“ off ”关闭制冷系统； “ Active ”打开制冷系统。3“ setpoint”正文框内输入设置的最低温度（最低只能比环境温度低30 40），单击“ ok”按钮，即可启动CCD制冷系统。此时，在CCDops窗口下方的“ Temp, ”提示框内显示当前CCD的工作温度。注意：先不要将CCD安装到望远镜上。步骤五：启动望远镜并指向所要拍摄的天体（关于望远镜的操作请参见“实验五天文望远镜的使用与光学性能的测定”）。在秋季，第一次观测可选：M57 天琴座行星状星云，9.7 m；M31 仙女座大星云，3.5 m。步骤六 : 用目镜观察天体，并将其移到视场中心。若天体不在目镜视场中，可更换焦距更长的目镜（如 20mm）。最后要用带十字丝的 9mm目镜，将天体移到视场中心。注意：每次更换目镜时要十分小心，不要碰望远镜，小心拧开固定螺丝，并将新目镜插入，目镜对焦后拧紧固定螺丝。不要拧动望远镜的调焦螺丝，因主镜焦距已调整在CCD相机的位置，所以用有的目镜1观测时可能焦距不清，这时可前后拉动目镜。步骤七：安装CCD到望远镜上天体对中后，小心拿下目镜，将已制冷的CCD（此时CCD带电正在运转） ，小心安装在目镜位置，并拧紧固定螺丝。注意：随着望远镜指向位置的不同，CCD所处方向也会不同，应确认拧紧螺丝，并将CCD的位置尽量放正（固定螺丝位于CCD正上方）。这样可使CCD的水平（ y 轴）和垂直方向（x 轴）分别与赤经和赤纬方向平行。步骤八：启动对焦系统1. 在 CCDOPS中，鼠标单击“ Camera”菜单项，在下拉菜单中选择“ Focus ”（对焦）项，弹出“ Focus ”对话框，如图 sh17.1 所示。图 sh17.1 “ Focus”对话框2.在“ Exposure time ”框内填入曝光时间。对于较亮的天体可在10s 内。3.在“ Frame size ”列表框中有三个选项：Full 、 Planet 、 Dim。一般应选“ Dim”，此种方式以降低分辨率来得到较快的下载与显示速度。4. 单击“ OK”，CCD即开始按曝光时间进行曝光，并不断将图像传回计算机，在显示器上会显示 CCD拍得的图像。注意：望远镜已对好焦距，不要拧动望远镜的对焦旋钮。步骤九：在 CCD对焦图像中对中天体若天体在 CCD对焦图像中没有对中，可按动望远镜控制手柄上的W、 E、 N、 S 键，调整天体位置， 直至对中。 并将 CCD的位置尽量放正 （按动望远镜控制手柄上的赤纬键使 CCD的水平（ y 轴）和垂直方向（x 轴）分别与赤经和赤纬方向平行）。注意：应选择望远镜的最低速移动方式，每次移动不要太多，以免天体移出CCD视场。步骤十：拍照当天体在CCD视场已对中，即可开始拍照。1. 单击“ Camera”菜单项，选择“ Grab”选项，出现“ Grab ”对话框，如图 1.3 所示。2.“ Exposure time”正文框中输入曝光时间，星云一般为120s 300s。3. “ Dark frame ”列表框中若选“ Also ”，则先拍暗流，再拍天体。为节省时间，可选“ None”，只拍天体，在以后处理时再去掉暗流。4. “ Image size”列表框中应选“Full ”项。5. 单击“ OK”，即开始曝光。曝光结束，应将拍得的图像保存起来。6.保存格式有几种：ST格式， Fits格式等，可根据需要保存。若要用CCDops软件处理，应选用ST 格式存储；若要用IRAF 等软件处理，应选用Fits格式。注意：在曝光期间应保持观测室内的黑暗，关闭大门，将显示器亮度调暗，并不要在室内走动。2完成拍摄后关闭 CCD制冷系统 : “ Camera/setup/Temperature regulation/off ”。单击“ Camera/Shutdown ”，然后退出 CCDops。 注意：每次开始使用 CCD时应打开制冷系统，停止使用 CCD，关闭退出 CCDops时必须先关闭制冷系统。四、数据处理：分析天体图像1. 在 CCDops下，用“ File ”菜单项下的“ open”选项打开已保存的星云或星系图像，2. 用“ Display ”菜单项下的“ Parameters ”选项可弹出参数窗口，显示当前文件的曝光时间、温度、像素点大小和观测者等信息3.用“ Display ”菜单项下的“Show Crosshair”选项打开十字丝窗口，如图5 所示。此时鼠标指针变成十字丝状，十字丝窗口显示的是十字丝所指处的X、Y 坐标、亮度（用 ADU为单位）、小方框内的平均亮度和噪音（rms）。图 5 十字丝窗口4. 若曝光时选择“ None”，则应去掉暗流，单击“ Utility ”菜单项，出现下拉菜单，如图 sh17.2 所示。选择“ Dark Subtract ”项，会弹出一个文件对话框，可选择一个已保存的暗流文件，系统会自动在当前图像中减去暗流。注意：应选择与所拍摄天体相同曝光时间和温度的暗流文件。3图 sh17.2 “ Utility ”菜单项的下拉菜单5. 删除冷点，即 CCD中反应不灵敏的像素点。单击“Utility ”菜单项，出现下拉菜单，如图sh17.2 所示。选择“Filter Utilites”项，会弹出一个文件对话框，在图中选择“ Remove Cool Pixels”项，选择“ Medium”单选框，即可自动删除冷点。6.删除热点：即CCD中反应太灵敏的像素点。单击“ Utility”菜单项，出现下拉菜单，如图 sh17.2 所示。选择“ FilterUtilites”项，会弹出一个文件对话框，选择“KillWorm Pixels ”项，选择“ Medium”单选框，即可自动删除热点。在每处理一次图像后，应观察处理结果，并存盘。仪器星等的测量，即mz 的值。1) 打开已保存的星云或星系图像，调出十字丝，将鼠标指向待测天体附近，但不包含待测天体，如图1.5 所示。2) 调整方格的大小：用T 键 (Shift+t)调整方格的大小，或在十字丝窗口调整“box”的大小，直到方格能包含整个天体。3) 在天体附近按 B 键 (Shift+b) ，测量背景天光的噪音大小。4) 将鼠标指向待测天体， 按下鼠标左键， 在十字丝窗口的 “ Magnitudes”栏内的 “ bsolute:”处将显示该星的星等值，此即为大气内的仪器星等mz(已扣除了背景天光的影响 )。图 1.5 星等的测量4附： LX200 高精度指向校准（ HI PRECISION ）方法：因变星观测需要很高精度的指向，且较暗的变星(11m) 往往在目镜中不可见，LX200高精度指向的功能可使望远镜有很高精度的指向。独特的LX200SYNC 指令，有0.3 弧秒的编码器和赤纬高速伺服电机三者结合起来，观测者可以使天体位于望远镜视场的1 弧分之内或者更好的指向精度。这样可以满足图像位置很精确的观测，如CCD 图像观测。为了激活 HP（高精度） 模式，从 TELEXCOPE （望远镜） 菜单中选取 “ HI PRECISION ”（高精度）（下翻至 #9），选取了高精度后， “ hi precision ”(小写字母 )代替了上面的字符。当 HP 激活时，只要你再按GO TO 键寻找天体时，LX200 自动做几件事：a、HP 会从数据库中找校准星，并找到离你所寻找天体最接近的三颗恒星作为目标。这一过程大约花10 秒钟，而且键盘上显示如下：HI-PRECISIONSearching .b、望远镜转向离你所寻找天体最近的校准星，这些星都是亮星 （亮于 3 等星），而且只有一颗亮星在视场中，键盘显示器上将显示如下:Center STAR XXXthen press GO TO用一个十字丝的目镜，把恒星对到视场中心（或把恒星对到CCD 照相机 CCD 图像中心），然后按GOTO 。（注：如果恒星被地面目标阻挡，在视场中看不到该星，用另两颗恒星。 用 PREV和 NEXT循环对这三颗恒星。 ）c、望远镜会转向你所选的天体或位置。HP（高精度）模式会不断提高望远镜的指向精度，当你认为没必要使用 HP（高精度）模式时，可从 TELEXCOPE （望远镜）菜单中选取“ hi precision ”（高精度） （下翻至 #9），选取了高精度后， “ HI PRECISION ”( 大写字母 )代替了上面的字符， HP（高精度）模式将取消。核对坐标（校正不准确指向的另一种方法）在运行 GOTO 操作后，如果发现我们所需的天体并非在目镜的视场正中央( 用校准星时出现的问题），我们用一些手段来补偿校正这一结果，而不必去重复整个校准过程。（仅仅是在望远镜当前指向附近的天区中）假如望远镜的指向远离所需的天体，我们需遵循以下步骤，运用GOTO 键将天体置于视场中央，以达到校正天体坐标的目的。1. 用 E,W,N,S 键将天体移到目镜视场中央2. 按住 ENTER ，直到屏幕显示坐标校正完成，并发出“嘟”的声音。注：此方法没有 HP 模式校准精度高，且只对所选天体的附近天区有效。5