Dr. Thomas K. Friedli Patrick Enderli Kurt Niklaus

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1 Dr. Thomas K. Friedli Patrick Enderli Kurt Niklaus Copyright Sonnenturm Uecht. All rights reserved.

2 Dr. Thomas K. Friedli 2

3 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 3

4 Erste Daguerrotypie der Sonne 1845 Dr. Thomas K. Friedli 4

5 Dr. Thomas K. Friedli 5

6 Dr. Thomas K. Friedli 6

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9 Dr. Thomas K. Friedli 9

10 Projektionszeichnungen Grosser instrumenteller und zeitlicher Aufwand in der Bildakquisition. Riesiger zeitlicher Aufwand in der Bildauswertung (Positionen, Entwicklungen). Für Amateure ungeeignet. Fotografien Bildqualität nur in seltenen Einzelfällen auf professionellem Niveau («Lucky shot»). Zeitaufwändige Dunkelkammertechnik und Auswertung. Für Amateure ungeeignet. Krise der 1980er Jahre Filmmaterial sowie Dunkelkammer-chemikalien nicht mehr erhältlich! Amateur CCD Kameras ungeeignet! Dr. Thomas K. Friedli 10

11 Projektionszeichnungen Grosser instrumenteller und zeitlicher Aufwand in der Bildakquisition. Riesiger zeitlicher Aufwand in der Bildauswertung (Positionen, Entwicklungen). Für Amateure ungeeignet. Fotografien Bildqualität nur in seltenen Einzelfällen auf professionellem Niveau («Lucky shot»). Zeitaufwändige Dunkelkammertechnik und Auswertung. Für Amateure ungeeignet. Krise der 1990er Jahre Filmmaterial sowie Dunkelkammerchemikalien nicht mehr erhältlich! Amateur CCD Kameras ungeeignet! Dr. Thomas K. Friedli 11

12 Canon EOS 300D DSLR Einführungsjahr x 2048 Pixel 6.3 Megapixel 7.4 x 7.4 µm pro Pixel 22.7 mm x 15.1 mm CMOS CHF Verbindet SLR Bildakquisition mit CCD Bildbearbeitungstechnik. Dr. Thomas K. Friedli 12

13 8. Juni 2004 Dr. Thomas K. Friedli 13

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15 Dokumentation der Sonnenaktivität Eine Dokumentation der Photosphärenaktivität mittels routinemässigen DSLR Aufnahmen ist möglich! Da sich DSLR Aufnahmen ähnlich wie CCD Aufnahmen auswerten lassen, können somit auch Positionen, Flächen und Helligkeiten von Sonnenflecken routinemässig bestimmt werden! Dr. Thomas K. Friedli 15

16 Kurt Niklaus macht im Sommer 2004 darauf aufmerksam, dass in der Nähe der Sternwarte Uecht in Niedermuhlern in 960 m asl ein ehemaliger Sonnenbeobachtungsturm der Universität Bern gemietet werden kann. Die Realisierung eines robotischen Sonnenüberwachungsinstruments ist nach damaligem Stand der Technik mit Amateurmitteln möglich. Im Oktober 2004 wird das Projekt Robotic Solar Observation Telescope (robosot) offiziell lanciert. Dr. Thomas K. Friedli 16

17 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 17

18 Tägliche, automatische Dokumentation der Photosphäre im weissen Licht bei 540 nm (2004). o Automatische Bestimmung von Position, Ausdehnung und Entwicklungsstufe jeder einzelnen Sonnenfleckengruppe. Tägliche, automatische Dokumentation der unteren Chromosphäre in Ca II K bei nm. Automatische Bestimmung der Ausdehnung und Helligkeit der chromosphärischen Fackelfelder (Plages). Tägliche, automatische Dokumentation der oberen Chromosphäre in H-alpha bei nm. Automatische Bestimmung von Position, Ausdehnung und Intensität der chromosphärischen Eruptionen (Flares). Dr. Thomas K. Friedli 18

19 Tägliche, automatische Dokumentation der Photosphäre im weissen Licht bei 540 nm (2004). o Automatische Bestimmung von Position, Ausdehnung und Entwicklungsstufe jeder einzelnen Sonnenfleckengruppe. Tägliche, automatische Dokumentation der unteren Chromosphäre in Ca II K bei nm (2008). o Automatische Bestimmung der Ausdehnung und Helligkeit der chromosphärischen Fackelfelder (Plages). Tägliche, automatische Dokumentation der oberen Chromosphäre in H-alpha bei nm. Automatische Bestimmung von Position, Ausdehnung und Intensität der chromosphärischen Eruptionen (Flares). Dr. Thomas K. Friedli 19

20 Tägliche, automatische Dokumentation der Photosphäre im weissen Licht bei 540 nm (2004). o Tägliche, automatische Dokumentation der unteren Chromosphäre in Ca II K bei nm (2008). o Automatische Bestimmung von Position, Ausdehnung und Entwicklungsstufe jeder einzelnen Sonnenfleckengruppe. Automatische Bestimmung der Ausdehnung und Helligkeit der chromosphärischen Fackelfelder (Plages). Tägliche, automatische Dokumentation der oberen Chromosphäre in H-alpha bei nm (2010). o Automatische Bestimmung von Position, Ausdehnung und Intensität der chromosphärischen Eruptionen (Flares). Dr. Thomas K. Friedli 20

21 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 21

22 Grundsatz: Das Ziel bestimmt den Weg! Hauptziel: Automatische Sonnenaktivitätsüberwachung. Ansteuerung der Sonne, Nachführung, Fokussierung, Wetterbeobachtung. Automatische Akquisition und (Vor)verarbeitung der DSLR Rohbilder. Automatische Objekterkennung und Kenngrössenbestimmung. Kritische Komponenten: Automatisierungssoftware. Flexible Integration vorhandener Hard- und Software. Individuelle Anpassungs - und Erweiterungsmöglichkeit der Software. Dr. Thomas K. Friedli 22

23 Frühe Entscheide (2004): MaxIm DL / CCD + DSLR Bildakquisition: Steuerung von Kuppel, Instrument, Kamera, Focuser, Filterrad. Bildbearbeitung: Kalibrierung, Farbkonvertierung, Bildoptimierung; Eigene Add-ons können programmiert und integriert werden. Bildauswertung: Eigene Add-ons können programmiert und integriert werden. ACP Observatory Control Robotischer Betrieb lokal oder via Internet. Arbeitet mit MaxIm DL zusammen. Dr. Thomas K. Friedli 23

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25 Astronomy Common Object Model Dr. Thomas K. Friedli 25

26 Frühe Entscheide (2004): Meade 10 LX-200 GPS SC-Reflektor 250 mm Öffnung, 2500 mm Brennweite Stahlrohrsäule in Eigenkonstruktion. Meade Zero Image Shift Micro-Focuser. Meade Focal Reducer f/6.3. Baader Astro-Solar Filterfolie Dichte 5. Canon EOS 300D DSLR Kamera 3072 x 2048 Pixel, 12 bit. Serielles Fernauslösekabel von Hap Griffin. Dr. Thomas K. Friedli 26

27 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 27

28 Sonnenturm Uecht in Niedermuhlern BE 1967 durch das Physikalische Institut der Universität Bern errichtet und bis 1980 für die synoptische Sonnenaktivitätsüberwachung in H-alpha genutzt m hoher Turm mit freistehendem Instrumentensockel, Treppen und Geländern, begehbarer Aussichtsterrasse in 960 m asl, zwei Kabinen in der zweiten und dritten Etage. Architektonische und bauliche Massnahmen zur Verminderung von störendem Seeing vor den Beobachtungsinstrumenten. Ab Oktober 2004 Einmietung von robosot. Seit 2007 im Besitz von Dr. Thomas K. Friedli. Baurechtsvertrag für Parzelle und Parkplatz bis Dr. Thomas K. Friedli 28

29 Milestones Beginn Demontagearbeiten Dr. Thomas K. Friedli 29

30 Milestones Beginn Demontagearbeiten Lift-down Refraktor Dr. Thomas K. Friedli 30

31 Milestones Beginn Demontagearbeiten Lift-down Refraktor Montage neue Stahlsäule Dr. Thomas K. Friedli 31

32 Milestones Beginn Demontagearbeiten Lift-down Refraktor Montage neue Stahlsäule Lieferung Clamshell Kuppel Dr. Thomas K. Friedli 32

33 Vorteile Kein Slaving, kein Parkieren Instrumentenstellung egal Rascher thermischer Ausgleich Kein Kuppelseeing Nachteile Lichtschutz Windschutz Kein Eingang: Zugang nur von unten Relativ lautes Betriebsgeräusch Zur robotischen Sonnenüberwachung geeignet. Dr. Thomas K. Friedli 33

34 Milestones Öffnen Rollhütte Lift-down Refraktor Montage neue Stahlsäule Lieferung Clamshell Kuppel Lift-off Clamshell Kuppel Dr. Thomas K. Friedli 34

35 Montage Ausrichtung Ost West Teerbeet 4 Schrauben Silikonabdichtung Innenausbau Schalenbretterboden Kabelkanal Einstiegsluke Schutzhülle Gegen Flugschnee Dr. Thomas K. Friedli 35

36 Montage Ausrichtung Ost West Teerbeet 4 Schrauben Silikonabdichtung Innenausbau Schalenbretterboden Kabelkanal Einstiegsluke Schutzhülle Gegen Flugschnee Dr. Thomas K. Friedli 36

37 Montage Ausrichtung Ost West Teerbeet 4 Schrauben Silikonabdichtung Innenausbau Schalenbretterboden Kabelkanal Einstiegsluke Schutzhülle Gegen Flugschnee Dr. Thomas K. Friedli 37

38 Komfortausbau 2 Sitzbänke für 4 Personen. Ablagetisch. 3 Leuchtstoffröhrenlampen (zwei weiss, eine rot) von PC fernbedienbar. 4 unabhängig voneinander fernbedienbare Stromkreise (2 Kuppel, 2 Instrument). Status Webcam mit Blick auf Instrument und Spalt (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Davis Temperatur und Feuchtefühler (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Dr. Thomas K. Friedli 38

39 Komfortausbau 2 Sitzbänke für 4 Personen. Ablagetisch. 3 Leuchtstoffröhrenlampen (zwei weiss, eine rot) von PC fernbedienbar. 4 unabhängig voneinander fernbedienbare Stromkreise (2 Kuppel, 2 Instrument). Status Webcam mit Blick auf Instrument und Spalt (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Davis Temperatur und Feuchtefühler (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Dr. Thomas K. Friedli 39

40 Komfortausbau 2 Sitzbänke für 4 Personen. Ablagetisch. 3 Leuchtstoffröhrenlampen (zwei weiss, eine rot) von PC fernbedienbar. 4 unabhängig voneinander fernbedienbare Stromkreise (2 Kuppel, 2 Instrument). Status Webcam mit Blick auf Instrument und Spalt (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Davis Temperatur und Feuchtefühler (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Dr. Thomas K. Friedli 40

41 Betrieb Platz für 1 2 Personen. Kein Eingang. Die Kuppel kann nur mittels zweier Elektromotoren geöffnet oder geschlossen werden. Handbetrieb ist nicht vorgesehen. Der Antrieb erfolgt über Sicherheitsgurte. Das Steuergerät mit 4 Bedienungsknöpfen und Computeranschluss ist fix im Innern montiert. Die Kuppelhälften können unabhängig von einander geöffnet und geschlossen werden. Steuerung RS-232 Anschluss vorhanden. Herbst 2005: Steuerung via Hyperterminal. Herbst 2008: ASCOM.AstroHaven.Dome.dll Dr. Thomas K. Friedli 41

42 Wetter Davis Vantage Pro2 Plus/Aktiv Wetterstation. (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Boltwood Cloud Sensor II. (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Status Webcam mit Blick auf Niedermuhlern (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Webcam mit Blick auf Sternwarte Uecht (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Einsehbar auf Einsehbar auf Dr. Thomas K. Friedli 42

43 Wetter Davis Vantage Pro2 Plus/Aktiv Wetterstation. (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Boltwood Cloud Sensor II. (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Status Webcam mit Blick auf Niedermuhlern (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Webcam mit Blick auf Sternwarte Uecht (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Einsehbar auf Einsehbar auf Dr. Thomas K. Friedli 43

44 Wetter Davis Vantage Pro2 Plus/Aktiv Wetterstation. (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Boltwood Cloud Sensor II. (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Status Webcam mit Blick auf Niedermuhlern (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Webcam mit Blick auf Sternwarte Uecht (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Einsehbar auf Einsehbar auf Dr. Thomas K. Friedli 44

45 Wetter Davis Vantage Pro2 Plus/Aktiv Wetterstation. (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Boltwood Cloud Sensor II. (Internetupdate alle 5 Minuten; Lokal live). Status Webcam mit Blick auf Niedermuhlern (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Webcam mit Blick auf Sternwarte Uecht (Internetupdate alle 15 Minuten; Lokal live). Einsehbar auf Einsehbar auf Dr. Thomas K. Friedli 45

46 Webcam Niedermuhlern Archiv 24 Stunden Webcam Uecht Archiv 24 Stunden Webcam Dome Archiv 24 Stunden Wetterdaten Archiv 7 Tage Prognose 4 Tage Cloud Sensor Dr. Thomas K. Friedli 46

47 Serverraum 2 x 1.8 x 2 m. Für 30 A Stromanschlüsse, Licht, El. Heizung. Telefon, ADSL Internetzugang mit FixIP. Lokales Netzwerk und WLAN bis in Kuppel. Belüfteter PC Schrank. HP Compaq 8100 i5-660 Elite PC, 8 GB RAM, 250 GB HDD, 24 Zoll Monitor, Win 7 64-bit. Canon Pixma WLAN Fotodrucker. 1 TB NAS. Remote Power Switch für Modem. USV Anlage für Modem und PC. Dr. Thomas K. Friedli 47

48 Beobachtungszimmer Ausbau Herbst 2010 durch Kurt Niklaus Dr. Thomas K. Friedli 48

49 Beobachtungszimmer Ausbau Herbst 2010 durch Kurt Niklaus Dr. Thomas K. Friedli 49

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55 GM2000 QCI MONOLITH von 10micron Stationäre Deutsche Montierung. 50 kg Instrumenten-Tragkraft. AC-Servomotoren mit integrierten Encodern und hysteresefreiem Zahnriemenantrieb. 8 / sec Schwenkgeschwindigkeit. 3 Positioniergenauigkeit. 3 periodischer Nachführfehler (ohne PEC). Stahlrohrsäule in Eigenkonstruktion. Säulenflansch in Eigenkonstruktion. Kontrollbox mit Linux Betriebssystem. Externer Relais-Switch in Eigenbau. RS-232 Anschluss mit Meade LX200 Protokoll. Instrumentenflansch und justierbare Schellen in Eigenkonstruktion. Dr. Thomas K. Friedli 55

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58 Mehrzweck Instrument 132/925 mm William Optics APO Refraktor. Starlight Instruments 3.5 Feather Touch Focuser. Starlight Instruments Micro Touch Focusing System. Astrolumina Alccd Filterrad. Astrolumina Alccd 9 CCD Kamera ( 3326 x 2504 Pixel). Leitrefraktor 70/420 mm TS INED70 Carbon APO Refraktor. Atik 314L+ CCD Kamera ( 1392 x 1040 Pixel). Manuelle Fokussierung. Dr. Thomas K. Friedli 58

59 Leitrefraktor 70/420 mm TS INED70 Carbon APO Refraktor. Atik 314L+ CCD Kamera ( 1392 x 1040 Pixel). Manuelle Fokussierung. H-alpha Instrument 60/500 mm Lunt LS60THaDS50 Refraktor. Lunt 50 mm Double Stack H-alpha Filter. Lunt B1200 Blocking Filter. Meade DSI III pro Webcam (1360 x 1029 Pixel). Manuelle Fokussierung. Dr. Thomas K. Friedli 59

60 Weisslicht Instrument 101/540 mm TeleVue NP-101is APO Refraktor. JMI SmartFocus. Astro-Physics 2 2x Barlowlinse. Baader 2 Cool-Ceramic Safety Herschelprisma. Baader Solar Continuum Filter bei 540 nm. Canon EOS 550D DSLR Kamera (5184 x 3456 Pixel). Kalzium Instrument 101/540 mm TeleVue NP-101 APO Refraktor. Optec TCF-S Okularauszug. Lunt BF1200 Ca II K Diagonal Kalziumfilter. Atik 320e CCD Kamera (1620 x 1220 Pixel). Dr. Thomas K. Friedli 60

61 Weisslicht Instrument 101/540 mm TeleVue NP-101is APO Refraktor. JMI SmartFocus. Astro-Physics 2 2x Barlowlinse. Baader 2 Cool-Ceramic Safety Herschelprisma. Baader Solar Continuum Filter bei 540 nm. Canon EOS 550D DSLR Kamera (5184 x 3456 Pixel). Kalzium Instrument 101/540 mm TeleVue NP-101 APO Refraktor. Optec TCF-S Okularauszug. Lunt BF1200 Ca II K Diagonal Kalziumfilter. Atik 320e CCD Kamera (1620 x 1220 Pixel). Dr. Thomas K. Friedli 61

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63 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 63

64 Weisslicht Beobachtung Hochfahren der Station. Öffnen der Kuppel. Anfahren und zentrieren der Sonne. Fokussieren via Liveview. Aufnahmeserie mit 1/2000 s Belichtungszeit. Akquisition Kalibrierbilder. Herunterfahren der Station. Identifizieren der besten Sonnenaufnahme. Kalibrierung. Farbkonvertierung. Selektion des Grünkanals. Waveletschärfung. Ausrichten. Komprimieren. Anschreiben. Internetpublikation. Dr. Thomas K. Friedli 64

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70 Weisslicht Beobachtung Hochfahren der Station. Öffnen der Kuppel. Anfahren und zentrieren der Sonne. Fokussieren via Liveview. Aufnahmeserie mit 1/2000 s Belichtungszeit. Akquisition Kalibrierbilder. Herunterfahren der Station. Identifizieren der besten Sonnenaufnahme. Kalibrierung. Farbkonvertierung. Selektion des Grünkanals. Waveletschärfung. Ausrichten. Komprimieren. Anschreiben. Internetpublikation. Dr. Thomas K. Friedli 70

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82 Kalzium Beobachtung Fokussieren via Livebild. Aufnahmeserie mit 1/300 s Belichtungszeit. Akquisition Kalibrierbilder. Identifizieren der besten Sonnenaufnahme. Hintergrundoptimierung. Waveletschärfung. Ausrichten. Komprimieren. Anschreiben. Internetpublikation. H-alpha Beobachtung Aufnahmeserie mit 1/300 s Belichtungszeit. Ausrichten. Komprimieren. Anschreiben. Internetpublikation. Dr. Thomas K. Friedli 82

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87 Kalzium Beobachtung Fokussieren via Livebild. Aufnahmeserie mit 1/300 s Belichtungszeit. Akquisition Kalibrierbilder. Identifizieren der besten Sonnenaufnahme. Hintergrundoptimierung. Waveletschärfung. Ausrichten. Komprimieren. Anschreiben. Internetpublikation. H-alpha Beobachtung Aufnahmeserie mit 1/300 s Belichtungszeit. Ausrichten. Komprimieren. Anschreiben. Internetpublikation. Dr. Thomas K. Friedli 87

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99 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 99

100 Routinebetrieb seit Bisher 103 Beobachtungen (rund 33%). Immer min. 1 Observator vor Ort. Qualität und Homogenität Weisslichtbilder sind im Vergleich mit anderen Bodenobservatorien voll konkurrenzfähig. Bildqualität kann sogar noch gesteigert werden. Wird nur von SDO übertroffen (nicht aber von SOHO). Kalziumbilder konkurrieren mit denjenigen der besten Monitoringstationen (keine Satelliten!). Bildqualität kann sogar noch gesteigert werden. H-alpha Bilder sind noch nicht konkurrenzfähig. Ausstehende Entwicklungen Automation der Positionierung und Fokussierung. Bildoptimierung und Bildauswertung. Dr. Thomas K. Friedli 100

101 Hintergrund Zielsetzungen Umsetzungskonzept Komponenten Betrieb Resultate Ausblick Dr. Thomas K. Friedli 101

102 Dr. Thomas K. Friedli 102

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