• Indhold

Observationer og astrofotografering

IT i astronomi

For de fleste mennesker er det en fascinerende oplevelse at betragte stjernehimlen med det blotte øje, også selv om man kun har en smule astronomisk baggrundsviden. Alene af den grund bør observationer være en central del af undervisningen i astronomi.

Med kikkertens opfindelse i begyndelse af 1600-tallet skete der et spring fremad. Nogle af de lysende pletter på himlen åbenbarede sig i detaljer. Man kunne pludselig se, at Jupiter havde måner, at Saturn havde ringe, og at Venus udviste faser lige som Månen.
Kikkerten bidrog til at ændre vores verdensbillede.

Computerstyrede teleskoper

Der kan dog være mange praktiske problemer forbundet med at inddrage observationer i undervisningen. I dagtimerne, hvor undervisning normalt finder sted, er det faktisk kun Solen, der kan gøres til genstand for observationer og eksperimenter. Skal man studere andre objekter end Solen, skal man gøre det, når det er mørkt.
Det danske klima giver dog ikke så mange virkeligt gode observationsaftener. Når himlen endelig er klar, er det derfor vigtigt, at disse få aftener bliver udnyttet effektivt. Her er de moderne computerstyrede teleskoper til stor hjælp.

Figur 1: Computerstyret teleskop fra Celestron

På et af de nyere GPS-styrede teleskoper er det ikke engang nødvendigt at indtaste dato og tidspunkt eller observationsstedets koordinater. Når man tænder for teleskopet, finder GPS'en selv disse oplysninger, og man kan med det samme bede teleskopet finde en bestemt planet, stjerne eller deep sky objekt. I teleskopets database er der typisk mange tusinde himmelobjekter at vælge i mellem.

Med en håndkontrol kan man enten lade teleskopet feje hen over himlen med en ønsket hastighed, eller man kan bede om, at det finder et bestemt objekt, enten ved at man opgiver objektets navn eller dets himmelkoordinater.

På hjemmesider for fabrikanter af teleskoper kan man hente mange informationer. Det kan være baggrundsstof om aktuelle observationsobjekter. Fx kunne man under Marsoppositionen august 2003 finde et omfattende baggrundsmateriale, der relativt let kan omsættes til undervisningsstof. Der er beskrivelser af, hvordan de forskellige typer kikkerter fungerer. Der er brugervejledning til hvilken type og størrelse teleskop, der er bedst til et givet formål. Der er mulighed for at stille spørgsmål, og man kan downloade vejledninger og softwareopgraderinger. Der er endvidere et galleri af billeder, så man kan få et indtryk af, hvad teleskopet kan yde, hvis man kobler et kamera på.

Et par eksempler på nogle meget informative hjemmesider er

Celestron: www.celestron.com
Meade: www.meade.com

På kan man bl.a. downloade en omfattende manual til et nyere 5 og 8 tommers computerstyret teleskop.

Ccd-kameraer

Det er meget almindeligt, at der på et eller andet tidspunkt opstår et ønske om at fastholde de spændende himmelobjekter, når man nu endelig har fundet dem i teleskopet. Ved at opsamle lyset fra et himmellegeme over længere tid på en fotografisk film kan man desuden få mange flere detaljer med, end hvis man kigger med det blotte øje. De fantastiske billeder i flotte farver af planeter og galakser, man ser i bøger og på nettet, kan man ikke se i en kikkert. For at få sådanne billeder frem er det nødvendigt at bruge fotografisk teknik.

Man kan koble et almindeligt kamera til teleskopet på flere måder, og med en smule øvelse og omhu kan man tage fine billeder. Der er dog et lille men, hvis man skal arbejde med astrofotografering i undervisningen. Man skal ned med filmen til fotohandleren for at få den fremkaldt, eller man skal selv ind i mørkekammeret. Hvis resultatet ikke bliver godt, skal man ud og tage et nyt billede, og så er objektet der måske ikke mere.

Med digitalteknikken ser det anderledes ud. Hvis man tager et billede med et ccd-kamera, vil man straks kunne se resultatet på computerskærmen. Er resultatet ikke tilfredsstillende, ændrer man blot kameraindstillingen og tager et nyt billede. En anden stor fordel er, at eksponeringstiden med et ccd-kamera er noget kortere end med et spejlreflekskamera. Hvor en optagelse af en galakse på en fotografisk film tager 30 minutter, vil en optagelse med ccd-kamera tage 2 minutter eller mindre. Og så kan man med det samme se resultatet på computerskærmen. En anden vigtig fordel ved at lave digitale optagelser med et ccd-kamera er, at man med specielle programmer kan lave billedbehandling på optagelserne. Herved kan man få detaljer frem, som man ikke umiddelbart kan se på fotografiet. Det kan fx være svagt lysende arme på en galakse som vist på nedenstående billeder. Her er benyttet Image Processing programmet fra Hands-On Universe projektet, der er omtalt senere i dette kapitel.

Ccd-kameraer designet til astrofotografering er stadig relativt kostbare. Derfor er det interessant, at der er gjort flere erfaringer med brug af prisbillige webkameraer til astrofotografering. Se fx resultater og beskrivelser på

På www.meade.com/catalog findes en god pædagogisk indføring i Ccd-fotografering. Man finder en kort beskrivelse af de grundlæggende principper, analog til digital konvertering, mørkestrøm m.m.

Figur 2: Ccd-kamera (Meades produktkatalog)

Nye pædagogiske muligheder med computerstyrede teleskoper og ccd-fotografering

Den nye teknologi har givet helt nye muligheder for at inddrage observationer i undervisningen.
I løbet af en observationsaften vil man med et astronomihold kunne se mange flere objekter med et computerstyret teleskop end med et teleskop, hvor man manuelt skulle indstille på ny, når man skiftede objekt.

Digitale optagelser med ccd-kameraer har overflødiggjort mørkekamre og afskaffet de lange ventetider, inden man fik resultatet af sine anstrengelser at se.

Teknologien fascinerer mange elever. Nogle elever bliver så begejstrede for at arbejde med udstyret, at de frivilligt møder op til undervisning om aftenen og om natten. Også selv om læreren ikke er til stede. Her er der virkelig basis for at lave differentieret undervisning, hvor de specielt interesserede elever får mulighed for at få udviklet deres kreative evner.

Et velkendt eksempel på et uddannelsessted, hvor et observatorium udstyret med den moderne teknologi har kunnet motivere og engagere eleverne til helt ekstraordinære indsatser, er Amtsgymnasiet i Sønderborg.
På Amtsgymnasiet i Sønderborg kan man få et indtryk af hvor flotte optagelser elever kan lave med det udstyr, gymnasiet har til rådighed.

Figur 3: Interesserede gæster i observatoriet på Amtsgymnasiet i Sønderborg

Note om praktisk astronomi

Mogens Winther fra Amtsgymnasiet i Sønderborg har lavet en beskrivelse af forskellige typer kikkerter og skrevet letforståeligt om grundprincipperne i ccd-fotografering.

Robotteleskoper

Hvis man ikke har adgang til et teleskop på sin egen skole, kan man undersøge, om det ikke skulle være muligt at benytte sig af et af de robotteleskoper, der efterhånden findes mange forskellige steder på kloden. Man kan bestille robotteleskopet til at tage et billede, og når det ønskede billede er taget, bliver det lagt ned i en billedbase, hvorfra man kan hente det hjem over internettet.

Bradford Robotic Telescope

Et af de ældste robotteleskoper kom allerede på nettet i 1993. Det er Bradford Robotic Telescope i England. Teleskopet fungerede i 5 år, hvor enhver over nettet kunne aflevere ønsker. Når billederne var taget, modtog den pågældende person en e-mail, og det var nu muligt på teleskopets websted at se og downloade de ønskede billeder.

Desværre bevirkede det dårlige engelske vejr, at der ind i mellem kunne gå uger, hvor teleskopet ikke var aktivt, og hvor ønskerne derfor hobede sig op. Det var dog blevet vist, at det i princippet var muligt at opbygge et system, hvor ønsker over internettet kunne blive effektueret af et fuldkomment selvstyrende robotteleskop.

Uheldigvis blev observatoriet i 1998 ramt af et kraftigt lyn, hvorved al elektronikken blev ødelagt. Der var diskussion med forsikringsselskabet i de følgende 3 år, og først i 2001 tog man fat på at opbygge et nyt system, der kom til at nyde godt af den teknologiske udvikling, der var sket siden 1993.
Det nye Bradford Robotic Telescope bliver placeret på Mount Teide, Tenerife, der har nogle af de bedste observationsbetingelser i Europa. Fra efteråret 2003 skulle teleskopet efter planen være klargjort og enhver kan bestille billeder, når man har ladet sig registrere.
Se beskrivelse på www.telescope.org

Iowa Robotic Telescopes

University of Iowa driver to robotteleskoper, der er placeret på Winer Observatoriet i det sydlige Arizona. Robotteleskoperne er forbeholdt undervisning og forskning ved universitetet. Det er dog interessant at studere beskrivelsen af konceptet på phobos.physics.uiowa.edu/

National Schools' Observatory

Britiske skoler har adgang til at benytte et større antal teleskoper så forskellige steder som Hawaii, Australien, Japan og De kanariske Øer.
Selv om teleskoperne er forbeholdt britiske elever og lærere, er det ganske interessant at studere konceptet på www.schoolsobservatory.org.uk/intro

TIE – Telescopes in Education

På Mount Wilson Observatoriet i det sydlige Californien er der anbragt et 24 tommers fjernstyret spejlteleskop og et Ccd-kamera, som mere end 10.000 elever fra USA, Japan og Europa har benyttet i undervisningen.
Det er gratis at bestille billeder, når man har købt det program The Sky: Remote Astronomy Software, der bruges til at styre teleskopet.

Der er desuden mange ideer til elevprojekter på webstedet som fx "Advanced Imaging Techniques", "Focus on RR Lyrae Stars – The Anatomy of the H-R Diagram" og "Asteroid Rotation and NEO Search".
Læs mere på tie.jpl.nasa.gov/tie/

Links til flere robotteleskoper: www.uni-sw.gwdg.de/~hessman/MONET/

Radioastronomi i Mojave ørkenen

I Goldstone Apple Valley Radio Telescope (GAVRT) projektet går man et skridt videre end blot at tillade, at elever styrer et robotteleskop. Man har efteruddannet lærere i emnet radioastronomi og udviklet et tværfagligt undervisningsmateriale, hvori radioastronomi indgår. Elever, der deltager i projektet, styrer via internettet et 34 meter radioteleskop placeret i Mojave ørkenen i Californien. Eleverne opsamler de yderst svage radiobølger og analyserer disse virkelige data. Forskere ved Jet Propulsion Laboratory bedømmer derpå de indsamlede data og lader dem indgå i deres forskning. Eleverne arbejder i projektet sammen med rigtige forskere og kan være heldige at levere værdifulde bidrag til den videnskabelige verden.
Formålet med projektet er at undersøge, om man på denne måde kan højne den naturvidenskabelige dannelse (scientific literacy) på forsøgsskolerne.

Figur 4: Foto fra forfatterens studiebesøg på forsøgsskole i Apple Valley, maj 2003

Læs mere om projektet på
deepspace.jpl.nasa.gov/dsn/gavrt/index.html
www.lewiscenter.org/force/1112/projects/gavrt.php

Kan et fjernstyret teleskop erstatte et teleskop, der står på skolen? Det kan det næppe. Den oplevelse, det er selv at rette et teleskop op mod Saturn og her og nu med egne øjne at se detaljer som planetens ringsystem, kan intet nok så avanceret robotstyret teleskop, der kan levere billeder over internettet, erstatte. En af fordelene er imidlertid, at hvis robotteleskopet står på den anden side af Jorden, kan det give eleverne mulighed for at observere nattehimlen i skoletiden. Et netværk af teleskoper spredt ud over jordkloden, vil derfor give elever overalt på Jorden mulighed for at lave observationer i skoletiden, lige som det giver mulighed for et projektsamarbejde på tværs af grænserne.

Andre projekter

Hands-On Universe™ (HOU)
HOU er et skoleeksempel på, hvad der kan lade sig gøre ved at inddrage it og internettet i undervisningen.
Eleverne bestiller over internettet et billede eller en række billeder af et nærmere ønsket område eller objekt på himlen. Billederne bliver derpå taget med et af de automatiserede teleskoper, der i et netværk er tilknyttet projektet. Eleverne henter billederne hjem til egen computer på skolen og analyserer dem ved hjælp af et brugervenligt billedbehandlingsprogram.

Til projektet hører der tekstbøger med øvelsesvejledninger udviklet af en gruppe fra Lawrence Hall of Science ved Berkeley. Man kan blive tilknyttet projektet ved at deltage i et HOU-kursus.

Målet for projektets ophavsmænd er, at eleverne i arbejdet med HOU-materialerne får følelsen af i en vis udstrækning at arbejde som rigtige astronomer i en ægte forskningssituation. Der er således eksempler på, at elever i dette projekt ved at studere billeder taget med et døgns mellemrum af samme sted på himlen har opdaget supernova 1994-1 i galaksen NGC5194. Andre elever har som de første observeret Kuiperbælte asteroiden 1998 FS144.

Med et program kaldet Image Processing kan eleverne bearbejde digitale billeder ved at ændre lysstyrke, zoome og gøre brug af logaritmiske gråskalaer. Billederne kan farvelægges med forskellige paletter. Endelig kan man i programmet beregne relativ lysstyrke eller måle lysintensiteten langs et snit i billedet.

Læs mere på www.handsonuniverse.org

Nattehimlen live
I CONCAM projektet er 6 kameraer fordelt over hele jordkloden. I Europa er der et kamera på De Kanariske Øer.
Hvert CONCAM (CONtinuous CAMera) tager billeder af nattehimlen hvert andet minut. Et CONCAM består af et fiskeøje objektiv på et Ccd-kamera. Billederne lagres i et arkiv, der er tilgængeligt over internettet.
Er der nye undervisningsmuligheder gemt i dette projekt?
Eleverne kan fx sammenligne nattehimlen fra forskellige observatorier med den nattehimmel, de selv kan gå ud og se, og man kan stille spørgsmål som: "Hvordan var det med perseiderne sidste nat?" "Hvor lysstærk var Betelgeuze?" eller "Hvor lang er perioden for Delta Cephei?"

Læs mere på nightskylive.net

Ophavsmændene til CONCAM påpeger selv, at "Concam.net is not meant to replace first hand student observations of the sky, but rather to complement them with classroom-accessible actual-sky-image examples.

Artikeloversigt:

Listen nedenfor er en oversigt over de artikler, som kan anvendes i forbindelse med arbejdet med kapitlet.

Artikler
Kapitel 1
Link	Hos Celestron og Meade er der beskrivelser af, hvordan de forskellige typer kikkerter fungerer. Der er brugervejledning til hvilken type og størrelse teleskop, der er bedst egnet til et givet formål. Man kan stille spørgsmål og downloade vejledninger og softwareopgraderinger. Endvidere er der et galleri af billeder, så man kan få et indtryk af, hvad teleskopet kan yde, hvis man kobler et kamera på. Manual til til et nyere 5 og 8 tommers computerstyret teleskop kan (september 2003) downloades fra Celestrons hjemmeside. God beskrivelse af CCD-fotografering på Meades katalog-hjemmeside.
Øvelser	Øvelser til kapitel 1