Eine moderne Spiegelreflexkamera, abgek\u00fcrzt DSLR (englisch f\u00fcr Digital Single-Lens Reflex) , ist ein leistungsf\u00e4higes Ger\u00e4t. Auch in der Astrofotografie kann sie eingesetzt werden – solange die Objekte hell genug sind. Ist die Lichtintensit\u00e4t gering, macht sich das sog. Rauschen st\u00f6rend bemerkbar. W\u00e4re der Aufnahmechip der DSLR gek\u00fchlt (ist er aber nicht!), k\u00f6nnte man dieses Rauschen effektiv reduzieren. Deswegen sind speziell f\u00fcr die Astrofotografie entwickelte Kameras mit einer eigenen K\u00fchlung des Aufnahmechips ausgestattet. Meine Ausr\u00fcstung besteht (bis jetzt) aber leider nur aus DSLR-Kameras. Die leistungsf\u00e4higste davon ist die Canon 6D. Damit wollte ich mich an eine schwierige Aufgabe heranwagen: Nachweis eines Exoplaneten.<\/p>\n\n\n\n
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Als Exoplaneten werden die Planeten bezeichnet, die um einen anderen Stern als unsere Sonne kreisen. Da aber alle Sterne und ihre m\u00f6glichen Planeten sehr weit von uns entfernt sind – selbst die in unserer kosmischen Nachbarschaft -, kann man diese Exoplaneten nicht direkt beobachten. In den vergangenen Jahren sind tats\u00e4chlich Aufnahmen gelungen, allerdings mit extrem hohem technischen Aufwand, der f\u00fcr Amateurastronomen gegenw\u00e4rtig nicht erreichbar ist. Der f\u00fcr uns aber vielversprechendste Weg zum Nachweis (nicht Abbildung!) ist die sog. Transitmethode. Es gibt Sterne, deren Planeten genau zwischen dem Mutterstern und uns Beobachtern auf der Erde durchziehen. Bei diesem Transit wird also der Stern f\u00fcr uns ein wenig dunkler. \u201eDunkler\u201c meint hier aber nur einen Helligkeitsabfall von wenigen mmag. Es ist also f\u00fcr eine DSLR Kamera eine echte Herausforderung, diesen Helligkeitsabfall festzustellen.<\/p>\n\n\n\n
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Das Cassegrain-Teleskop der Sternwarte des naturwissenschaftlichen Vereins Osnabr\u00fcck hat 60 cm Spiegeldurchmesser und eine Brennweite von 746 cm. Bereits Anfang Januar 2018 hatte ich versucht, mit diesem Teleskop und meiner Canon 6D Exoplaneten-Transits nachzuweisen. Zu der Zeit war allerdings noch die urspr\u00fcngliche Steuerungssoftware des Teleskops aus dem Jahr 1992 zur Nachf\u00fchrung installiert. Eine moderne Autoguiding-Software wie z.B. PHD, die f\u00fcr die Feinnachf\u00fchrung zust\u00e4ndig ist, konnte nicht eingesetzt werden. Bei der gro\u00dfen Brennweite ist es allerdings unbedingt notwendig, eine Feinnachf\u00fchrung zu haben, da man sonst keine punktf\u00f6rmigen Sterne erh\u00e4lt. Entsprechend fielen die ersten Versuche aus.<\/p>\n\n\n\n
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Nach einer Renovierung der Technik war ab November 2019 das Autoguiding m\u00f6glich. Es hat allerdings noch bis zu diesem April 2021 gedauert, bis nach lang anhaltenden Schlechtwetterphasen, der Corona-Pandemie und einigen Fehlversuchen die vorliegende Messung zum Erfolg f\u00fchrte.<\/p>\n\n\n\n
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Die Messung<\/strong><\/p>\n\n\n\n Ich hatte f\u00fcr den 23. April 2021 auf der Seite des Swarthmore Colleges [1]<\/a> den Transit des Exoplaneten Qatar-1 b vor seinem Stern als geeignet ausfindig gemacht. Swarthmore gibt eine Lichtabsenkung von 21,4 mmag an.<\/p>\n\n\n\n Qatar-1 ist ein 12,843 mag heller Stern im Sternbild Drache [2]<\/a>. Er ist 0,8 mal so gro\u00df wie unsere Sonne, 4800 K hei\u00df, 4,5 Mrd. Jahre alt und 610 Lichtjahre entfernt. Sein Planet, Qatar-1 b, wurde 2010 entdeckt. Er ist etwa 1,2 mal so gro\u00df wie Jupiter und umkreist seinen Mutterstern in 1,42 Tagen in einer Entfernung von 3, 5 Mio. km. Deshalb hat er eine Oberfl\u00e4chentemperatur von ca. 1500 K und wird als sog. \u201ehei\u00dfer Jupiter\u201c bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n Qatar-1 b sollte um 1:05 Uhr MESZ vor Qatar-1 treten, um 1:55 Uhr MESZ in der Mitte sein und um 2:45 Uhr MESZ wieder abtreten. Der 57% beleuchtete Mond stand 93\u00b0 entfernt, konnte also gerade nicht mehr ins Teleskop scheinen. Er hellte zwar den Himmel bereits auf, da es sich aber um eine Relativmessung handelte, w\u00fcrde er die Messung au\u00dfer durch ein etwas schlechteres Signal-Rauschverh\u00e4ltnis nicht beeinflussen. Begonnen habe ich meine Messungen bereits vor dem Transit um 0:25 Uhr MESZ, damit ich eine ausreichend gro\u00dfe Anzahl an Messungen der Helligkeit des unbedeckten Sterns zur Verf\u00fcgung hatte. Messungen bedeutet hier, dass Einzelaufnahmen des Sternfeldes mit und um Qatar-1 gemacht wurden. Dieses Bildfeld hatte bei dem gew\u00e4hlten Aufbau eine Gr\u00f6\u00dfe von 16×10 arcmin\u00b2.<\/p>\n\n\n\n Insgesamt wurden in der Zeit von 0:25 Uhr bis 3:43 Uhr 98 Aufnahmen erstellt. 10 weitere Aufnahmen konnten nicht verwendet werden, weil die Sterne nicht scharf genug abgebildet waren, was vermutlich von Fehlern in der Nachf\u00fchrung herr\u00fchrte. Die Belichtungszeit betrug 105 s pro Aufnahme bei einer Empfindlichkeit von ISO 3200. Diese Aufnahmeparameter wurden gew\u00e4hlt, damit gen\u00fcgend Licht von Qatar-1 auf die lichtempfindlichen Pixel des Aufnahmechips f\u00e4llt, aber auch nicht zu viel, was eine \u00dcbersteuerung und damit eine ung\u00fcltige Messung bedeuten w\u00fcrde. Die richtige Belichtungszeit wurde mit der Software IRIS \u00fcberpr\u00fcft:<\/p>\n\n\n\n Zus\u00e4tzlich wurden jeweils 20 Flatfield-, Darkfield- und Bias-Aufnahmen erstellt. Die Bildverarbeitung und -auswertung erfolgte mit der MuniWin 2.1-Software, die die Fotometrie von Aufnahmeserien erm\u00f6glicht. Hierbei wird die Helligkeit des Zielsterns (Qatar-1) mit der eines anderen Sterns (Comparison Star) verglichen.<\/p>\n\n\n\n Es ist wichtig das beide Sterne ungef\u00e4hr vom gleichen Spektraltyp sind. W\u00e4hrend der \u00fcber dreist\u00fcndigen Messung hat sich Qatar-1 von 40\u00b0 bis 58\u00b0 H\u00f6he bewegt. Das bedeutet f\u00fcr das Licht unterschiedlich lange Wege durch die Erdatmosph\u00e4re, was beim Vergleich der Helligkeit von Sternen mit stark unterschiedlichen Spektraltypen zu einer Verf\u00e4lschung der Lichtkurve f\u00fchren w\u00fcrde. Der Vergleichsstern hat die etwas l\u00e4ngliche Bezeichnung 2MASS J20131440+6507000 [3]<\/a>. Mit einem Farbindex von B-V = 0,983 ist er \u00e4hnlich wie Qatar-1 mit B-V = 1,06.<\/p>\n\n\n\n Das Ergebnis<\/strong><\/p>\n\n\n\n Werte meiner Messung (aus ETD)<\/strong><\/em><\/p>\n\n\n\n Transitmitte: 1:52 UTC +\/- 0:02 min<\/p>\n\n\n\n Transitdauer: 88,0 +\/- 6,0 min Literaturwerte (ETD, Swarthmore)<\/strong><\/em><\/p>\n\n\n\n 1:54 UTC, 1:55 UTC<\/p>\n\n\n\n 96,7 min, 100 min<\/p>\n\n\n\n 20,4 mmag, 21,4 mmag<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Die Bewertung<\/strong><\/p>\n\n\n\n Meine gemessenen Werte liegen somit geringf\u00fcgig au\u00dferhalb der oben aufgef\u00fchrten Werte von ETD und Swarthmore College. Bei der Transitmitte gibt es sogar innerhalb der Fehler eine \u00dcbereinstimmung. Vergleicht man meine mit der DSLR Canon 6D aufgenommenen Werte mit denen vom Astro-Kollegen Thomas Grunge, die er mit einer gek\u00fchlten CCD-Kamera erstellt hat, so f\u00e4llt auf, dass das Signal der DSLR deutlich verrauschter ist [6]<\/a>. Man bewegt sich offensichtlich mit einer DSLR beim Nachweis von Exoplaneten im Grenzbereich. Aber es ist noch \u201eLuft nach oben\u201c. So war das Autoguiding noch nicht optimal, weil nur sehr schwache Guiding-Sterne zur Verf\u00fcgung standen. Evtl. hat der Mond doch \u00fcber Reflexionen am Spalt der Sternwartenkuppel die Messungen gest\u00f6rt. Es geht also weiter\u2026..<\/p>\n\n\n\n __________________________________________________________________________________________<\/p>\n\n\n\n [1] https:\/\/astro.swarthmore.edu\/transits\/transits.cgi<\/a><\/p>\n\n\n\n [2] http:\/\/simbad.u-strasbg.fr\/simbad\/sim-id?Ident=2MASS+J20133160%2B6509433&NbIdent=1&Radius=2&Radius.unit=arcmin&submit=submit+id<\/a><\/p>\n\n\n\n [3] http:\/\/simbad.u-strasbg.fr\/simbad\/sim-id?Ident=2MASS+J20131440%2B6507000&NbIdent=1&Radius=2&Radius.unit=arcmin&submit=submit+idhttp:\/\/simbad.u-strasbg.fr\/simbad\/sim-id?Ident=2MASS+J20131440%2B6507000&NbIdent=1&Radius=2&Radius.unit=arcmin&submit=submit+id<\/a><\/p>\n\n\n\n [4] http:\/\/var2.astro.cz\/ETD\/<\/a><\/p>\n\n\n\n [5] Poddany S., Brat L., Pejcha O., New Astronomy 15 (2010), pp. 297-301,
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<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/kosmos-os.de\/wp-content\/uploads\/2023\/07\/IRIS-Statistics.jpg\")
<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/kosmos-os.de\/wp-content\/uploads\/2023\/07\/Qatar-1-b-Selection-No-1_Image-Star-Positions-new-675x450-1.jpg\")
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Man kann die gemessenen Daten bei der Tschechischen Astronomischen Gesellschaft in der sog. Exoplanet Transit Data Base (ETD) hochladen [4]<\/a>. Hierbei ist zu beachten, dass man die Zeiten auf UTC korrigiert. Man erh\u00e4lt eine um m\u00f6gliche Trends bereinigte Lichtkurve und zus\u00e4tzlich einen modellbasierten Fit [5]<\/a>. Au\u00dferdem werden aus den eigenen Messungen die Parameter Zeitpunkt der Mitte des Transits, seiner Tiefe und seiner Dauer bestimmt. Diese Werte lassen auf Eigenschaften des Exoplaneten schlie\u00dfen.<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/kosmos-os.de\/wp-content\/uploads\/2023\/07\/transit_FIT_plotter-ETD.php_.gif\"){kind=spacer}
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Helligkeitsabfall: 25,3 +\/- 2,7 mmag <\/p>\n<\/div>\n\n\n\n
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Exoplanet Transit Database. Reduction and processing of the photometric data of exoplanet transits<\/a> (arXiv:0909.2548v1) <\/p>\n\n\n\n