Sternidentifikation

Um was geht es

Von vielen Astro-Bildern her kennt man die schönsten Objekte. Galaxien, planetarische Nebel, offene Sternhaufen, und, und, und. Nebenbei werden bei diesen Bildern ja auch die Sterne direkt im Feld mit abgelichtet. Schon oft hab ich mich gefragt, welche Sterne da denn auf dem Bild zu sehen ist und welche Grenzgröße die Aufnahme hat. Das Objekt selbst ist ja meist bekannt, aber die Sterne...

Also hab ich mir gedacht, ich will die Sterne, die auf dem Bild zu sehen sind, auch mal identifizieren und wissen, welchen Namen (na ja, Katalognummer tut's auch) der Stern hat. Also hab ich mich ein wenig damit beschäftigt und beschreibe mal, wie weit (oder nicht weit) ich bis jetzt gekommen bin.

Aus dem Internet hab ich einige Beispielbilder gezogen, auf denen ich die Sterne identifizieren möchte. Das Bild hier von M57 soll es dann mal sein.

Kataloge

Aber wie und wo fange ich an. Als erstes benötige ich zur Identifikation der Sterne einen Sternkatalog. Hab ich doch nun wirklich einige davon.

Gestartet hab ich dann mit dem Guide Star Catalog (GSC) 1.2 mit ca. 12 Mio. Sternen. Ich hab die Grenzgröße nicht parat, aber diese liegt nicht so hoch, wie man annimmt. Von dem Katalog bin ich dann auch wieder schnell abgekommen. Vergleicht man wirklich mal die Astro-Bilder mit den Sterndaten dieses Katalogs, so sieht man, das die Tiefe auf den Bilder die des Katalogs bei weitem übersteigt. Nun ja, es ist ja ein Guide Star Catalog.

Ich hab auch noch den USNO-A2.0 Katalog. Dieser Katalog ist viel umfangreicher, auf der Festplatte belegt er 3,6 GB. Dafür sind da auch Sterne bis um die 19mag drin. Also genau das richtige, was ich für die Sternidentifikation gebrauchen kann. Mit diesem Katalog mache ich dann einige Tests, kann aber das Query-Tool nicht benutzen. Ein solches Tool selbst schreiben...hab ich grad keine Lust gehabt. Also arbeite ich mit Auszügen aus den Daten aus dem Internet, halte mir aber im Hinterkopf, das solch ein kleines Tool noch kommen wird.

Aufsuchkarte

Aus den Kartendaten hab ich dann natürlich zuerst eine Referenzkarte mit den Sternen erzeugt. Diese Kartendaten dienen ja dazu, die Sterne auf dem Bild zu identifizieren.

Das Bild hat einen geschätzten Ausschnitt von 3 Bogenminuten. Also hab ich aus dem USNO-A2.0 Katalog um die Koordinaten vom M57 (RA=18:53:35 DEC=+33:01:45) mit einem Feld von besagten 3 Bogenminuten die Sterne exportiert. Wow, es sind 147 Sterne in der Exportliste. Man sieht hier schon, das das Kartenmaterial die auf dem Bild sichtbaren Sterne um ein vielfaches übertrifft.

Identifikation

Nun hab ich die wichtigsten Sachen zusammen, jetzt kann ich versuchen, die Sterne auf dem Bild zu identifizieren. Leichter gesagt als getan. Als erstes hab ich dann vom Bild die einzelnen Sterne extrahiert (Algorithmus). Damit hatte ich die Sternkoordinaten in Pixeln. Die Koordinaten in den Katalogen sind ja RA/DEC, also in Grad.

Ein direktes Umrechnen in Koordinaten geht ja nicht. Man hat ja nicht das exakte Feld und auch die Orientierung ist bestimmt eine andere. Also hab ich Kennzahlen berechnet (Helligkeiten, relative Längen, Winkel, ..., Algorithmus), um Übereinstimmungen (Algorithmus) vom Bild und den Kartendaten zu finden. Mit diesen Kennzahlen wird dann weitergerechnet. Passen die Kennzahlen bei einigen Sternen überein, kann ich annehmen, das eine Übereinstimung vorliegt und dann daraus über eine Koordinatentransformation (Algorithmus) die Zuordnungen finden.

Das hört sich aber auch wieder leichter an, als es jetzt beschrieben ist. Hier erst mal der aktuelle Stand dieser Berechnungen. Gelb markiert sind die erkannten Sterne des Bildes. Mit Blau hab ich die USNO-A2.0 Kartendaten nach den Transformationen eingezeichnet. Ich hab mich bei diesem Einzeichnen erst mal auf die hellsten 20 Kartendaten-Sterne beschränkt

Man sieht, das da noch einige Abweichungen drin sind. Die gelben Sterne #2 und #3 sind die Referenzsterne für die Transformation gewesen, weshalb diese Übereinstimmung recht gut ist. Bei den anderen Sternen sieht man, das die Bildpositionen von den Kartendatenpositionen abweichen. Teils sind die Abweichungen klein genug, um mit hinreichender Sicherheit sagen zu können, das es sich um eine Übereinstimmung handelt. Teils sind die Abweichungen aber so gross, das eine Übereinstimmung grenzwertig bis falsch ist.

Insgesamt hab ich so eine Grenzgröße zwischen 15mag und 16mag ausmachen können. Die Sternnummern...erübrige ich mir mal, die aufzuführen.

und weiter...

Ja, wie geht es nun weiter damit. Ich hab einige Ideen, wie ich die Transformationen noch verbessern kann, so das eine bessere Übereinstimmung vorliegt. Dann sollen auch noch weitere Kartendaten integriert werden, so das die Positionsbestimung verbessert werden kann. Auch an der Positionsbestimmung der Sterne auf dem Bild soll verbessert werden. Ausschlussbereiche sollen noch richtig definiert werden, um Fehlerkennungen zu minimieren.

Alles in allem ist dies ein lustiges Projekt'chen, was einige Zeit in Anspruch genommen hat, aber auch riesigen Spass macht. Ich denke, eine Fortsetzung wird folgen

Stand: 7. Oktober 2009