Ako zvýšiť presnosť vizuálnych odhadov

How to increase the precision of visual estimates

Sebastian Otero, Pavol A. Dubovský

Hovorí sa, že presnosť vizuálnych pozorovaní je okolo 0.1 mag. Keď si však prezrieme svetelné krivky z ľubovoľnej svetovej databázy, vidíme, že rozptyl je omnoho väčší. Napríklad Sobotka (4.) uvádza pre červené dlhoperiodické hviezdy priemerný rozptyl až 0.7 mag. A rozptyl sa týka aj individuálnych kriviek. Z toho potom vyplývajú výhrady mnohých profesionálnych astronómov voči vizuálnym pozorovaniam. Ľudské oko je však výnimočný orgán a bolo by škoda nevyužiť jeho vlastnosti. Autori po mnohých praktických skúškach prišli k záveru, že presnosť vizuálnych odhadov premenných hviezd je možné výrazne zvýšiť pri dodržaní správnej metodiky. Kľúčové sa ukazuje používanie správnych mapiek a narábanie s videním farieb hviezd.

1. PROBLÉM FARIEB

Oko a jeho sietnica sa rôznym spôsobom správajú pri pozorovaní hviezd rôznych jasností a farieb. Zhrňme si len základné a v ďalšom pre nás potrebné vlastnosti oka. Predpokladáme, že čitateľ je s týmito poznatkami oboznámený.

Tabuľka 1.

Čapíky

menej citlivé, aktivizujú sa až pri silnejšom osvetlení - vhodné na pozorovanie jasnejších hviezd dosahujú väčšie rozlíšenie lebo každý čapík má vlastné nervové zakončenie - vidíme takmer bodové obrazy hviezd citlivé na farbu, pri pozorovaní červených hviezd sa prejavuje Purkyneho efekt umiestnené v strede sietnice - používajú sa pri priamom videní

Tyčinky

viac citlivé, aktivizujú sa už pri malom osvetlení - vhodné na pozorovanie slabých objektov pravdaže až po akomodácii oka a na tmavom pozadí menšie rozlíšenie, jeden nerv prenáša signál z množstva tyčiniek - obrazy hviezd sú väčšie a rozmazané nevidia farbu ale maximum citlivosti je oproti čapíkom posunuté k krátkovlnnej oblasti spektra, takže modré hviezdy vidíme jasnejšie sú umiestnené po celej ploche sietnice - používajú sa pri periférnom videní

Odhad teda závisí od toho akým spôsobom na hviezdu pozeráme. Väčšina manuálov odporúča pri odhadovaní prechádzať priamym videním z jednej hviezdy na druhú. Priamym pohľadom sa vyvarujeme precenenia modrých hviezd a rýchlym skákaním z jednej hviezdy na druhú nedáme možnosť rozvinúť sa Purkyneho efektu. Také jednoduché to však nie je. Získané skúsenosti zhrnieme do nasledujúcich problémov:

1. Čím tmavšia je obloha, tým viac sa do činnosti zapájajú tyčinky a to zhoršuje naše schopnosti ovládať rôzne druhy videnia. Tomuto sa žiadnym psychickým procesom nedá zabrániť. Efekt môžeme zmierniť zosvetlením pozadia použitím menšieho zväčšenia aby obloha vyzerala svetlejšie.
2. Čím svetlejšia je obloha, či už z dôvodu svetelného znečistenia, vlhkosti alebo svitu Mesiaca, tým matnejšie vidíme modré hviezdy. Stráca sa totiž kontrast na svetlom pozadí a pri silnom osvetlení sa odpájajú z činnosti tyčinky. Riešenie je „pomôcť“ modrým hviezdam použitím tzv. polopriameho videnia. Je to kombinácia priameho a periférneho videnia. Na hviezdu sa pozeráme priamo ale pohľadom mierne rozostreným.
3. U jasných červených hviezd dochádza pri priamom pohľade k preceneniu jasnosti vplyvom Purkyneho efektu. Tento efekt je najciteľnejší pri pozorovaní voľným okom pretože vtedy je obloha najsvetlejšia a svojim jasom vyraďuje z činnosti tyčinky a výraznejšie sa prejaví činnosť čapíkov. Riešenie je tiež v polopriamom videní.
4. Naopak jasnosť slabých červených hviezd pri pozorovaní ďalekohľadom podceníme vždy, keď sa ich usilujeme zachytiť periférnym videním. Napraviť to môžeme tak, že sa uprene zahľadíme na hviezdu až tak, že sa začne uplatňovať Purkyneho efekt. Čím červenšia je hviezda, tým intenzívnejšie treba na ňu hľadieť. Toto však neplatí pri použití svetelných prístrojov (binokuláre). Červená hviezda tu získava na jasnosti zásluhou kontrastu na svetlom pozadí.
5. Nakoniec najlepšie uvidíme žlté hviezdy, ktoré dávajú pekné bodové obrazy. Pri odhadovaní voľným okom dávajú najobjektívnejšie výsledky. Musíme hľadieť pozorne pred porovnaním s hviezdami iných farieb.

KALIBRÁCIA OČÍ

Celý doterajší výklad je založený na radách typu „hľadieť uprenejšie, hľadieť pozorne, polopriamo, viac, menej“. Exaktnosť tomuto postupu vnesie až nasledujúce základné pravidlo:

Prispôsobiť videnie sekvencii

To znamená používať rôzne spôsoby pohľadu tak, aby sme videli jasnosti porovnávacích hviezd v súlade s presnými fotometrickými V magnitúdami na mapke. (Pravdaže najprv musíme takú mapku aj s B-V indexami mať. O tom v ďalšej časti článku). Keď takto prejdeme viacero porovnávacích hviezd, oči vlastne okalibrujeme a budeme vedieť ako sa pozrieť na premennú. Chce to samozrejme dosť praxe. V každom prípade však musíme hľadieť na premennú pri každom pozorovaní rovnakým spôsobom. Môže sa stať, že naša individuálna svetelná krivka bude oproti ostatným posunutá hore alebo dolu, to sa dá korigovať. Ak by sme však menili spôsob videnia, raz jasnosť hviezdy preceníme, raz podceníme a krivka bude deformovaná.

ZHRNUTIE

Predchádzajúci, trochu komplikovaný výklad sa dá zhrnúť do prehľadnej Tabuľky 2. podľa použitého prístroja (a teda jasnosti pozadia) a farby pozorovaných hviezd. Uvedené intervaly nie sú veľmi učebnicové. Zodpovedajú však lepšie správaniu sa oka a hlavne treba mať na pamäti, že zmena videnia je postupná a nie diskrétna.

Tabuľka 2.

	Modré hviezdy B - V < 0.3	Žlté hviezdy 0.3 < B-V < 1.1	Červené hviezdy B-V > 1.1
Voľné oko
	Polopriame videnie. Nepozerať na ne priamo, pretože pri pohľade voľným okom je obloha najsvetlejšia a strácali by na jasnosti v porovnaní s červenými	Priame videnie. Dávajú pekné bodové obrazy	Priame videnie ale nie úplne a nie dlhý čas aby sme sa vyhli Purkyneho efektu. Preskakovať pohľadom rýchlo z hviezdy na hviezdu
Binokulár
	Polopriame videnie pri jasných modrých	Priame videnie v každom prípade. Pozerať pozorne pred porovnaním s hviezdami iných farieb	Polopriame videnie na jasné červené
	Pri slabých priame videnie. V každom prípade sa vyhnúť periférnemu videniu, ktoré by spôsobilo precenenie ich jasnosti		Priame videnie na slabé
Teleskop
	Polopriame videnie pri jasných modrých	Priame videnie v každom prípade. Pozerať pozorne pred porovnaním s hviezdami iných farieb	Polopriame videnie na jasné červené
	Pri slabých priame videnie. V každom prípade sa vyhnúť periférnemu videniu, ktoré by spôsobilo precenenie ich jasnosti		Na slabé priame videnie, nechať pôsobiť Purkyneho efekt aby sme ich jasnosť nepodcenili

Mieru použitia týchto spôsobov videnia korigovať podľa presnej fotometrickej sekvencie.
Celá tabuľka sa dá s drobnými nepresnosťami zhrnúť do nasledujúceho ľahko zapamätateľného tvaru: Používať pri odhadovaní vždy priame videnie s nasledujúcimi výnimkami:

1. Polopriamym pohľadom odhadovať jasné modré hviezdy a pri použití prístroja aj jasné červené hviezdy.

2. Rôznym spôsobom narábať s Purkyneho efektom pri červených hviezdach:

a. Pri pozorovaní voľným okom sa treba vyvarovať Purkyneho efektu rýchlym pohľadom na hviezdu.

b. Naopak pri pozorovaní slabej červenej hviezdy ďalekohľadom treba nechať Purkyneho efekt pôsobiť a to tým viac, čím je hviezda červenšia.

2. MAPKY

Vieme, že aby sme mohli robiť odhady popísanou metodikou, potrebujeme mapky, ktoré budú mať uvedené jasnosti vo V s presnosťou na stotiny magnitúdy a farebné indexy B-V. Tá presnosť na dve desatinné miesta je z dôvodu, že by bola škoda znehodnocovať presné fotometrické merania zaokrúhľovaním. Na desatiny magnitúdy zaokrúhlime až výslednú jasnosť premennej. (Skupina MEDÚZA dokonca prijíma odhady s presnosťou na stotiny magnitúdy. Na svetelnej krivke potom nevznikajú nevzhľadné pásové štruktúry.)

Prečo je treba prijať jednotný štandard V? K vizuálnym pozorovaniam sa zvykne pripájať značka „v“, ktorá má s V súvisieť podľa vzťahu

v = V + 0.2(B-V)

alebo dokonca aj presnejšie v = V + 0.182(B-V) – 0.032 (3.). Tento vzťah je odvodený na základe dlhoročných štúdií a experimentov, ktoré realizovala AAVSO a iné organizácie a vyjadruje magnitúdu určenú pri pozorovaní periférnym videním. Uvedený vzťah by teda umožňoval preratúvať vizuálne pozorovania tak, aby boli konzistentné s fotoelektrickými. To by ale museli byť jasnosti porovnávacích hviezd na mapke uvedené tiež vo „v“. Ale také mapky neexistujú! Na mapkách sú väčšinou uvedené jasnosti vo filtri V. To čo teda vyrátame je akýsi hybrid medzi „v“ a V. Navyše pri odhadovaní nemáme používať periférne videnie ale priame. A to uvádzajú aj manuály AAVSO. Vzťah medzi „v“ a V nie je konštantný, ale závisí od toho akým spôsobom sa na hviezdu pozeráme.

Riešenie je veľmi jednoduché. Pri použití popísanej metódy odhadovania nemusíme nič preratúvať. Ak si okalibrujeme oči podľa fotometrickej sekvencie vo filtri V aj výsledná jasnosť premennej bude vo V. Stačí mať len správnu mapku.

Dnes už je fotoelektrická fotometria voľne dostupná. Prakticky všetky hviezdy do 8 mag. majú pozemské fotometrické merania. O ďalšiu magnitúdu si môžeme pomôcť z katalógu HIPPARCOS. Ďalej je to už horšie. Údaje v TYCHO už nie sú také spoľahlivé a pri slabších hviezdach treba väčšinou počkať na fotometriu Arne Hendena z USNO, ktorý robí v tomto smere veľmi záslužnú prácu. Avšak vytvoriť mapku s požadovanými vlastnosťami pre jasné hviezdy už nie je dnes problém. Viaceré také mapky vytvorené autormi a Enzom Bernardinim sú umiestnené na adrese http://ar.geocities.com/varsao/cartas_de_variables.htm. Je pravdaže úplne jedno, kto takéto mapky vyrobí. Stačí dodržať len niektoré základné pravidlá:

1. Uvádzať jasnosti porovnávacích hviezd podľa fotoelektrickej fotometrie vo filtri V s presnosťou na stotiny magnitúdy a farebné indexy s presnosťou na desatinu magnitúdy.
2. Husto pokryť rozpätie jasnosti premennej hviezdy. Ideálna sekvencia má rozdiely jasností medzi porovnávacími hviezdami menšie ako 0.3 mag.
3. Vyberať porovnávacie hviezdy čo najbližšie k premennej aby sa zmestili do zorného poľa.
4. Uprednostňovať porovnávacie hviezdy podobnej farby ako je premenná.

Existuje aj podrobný návod na tvorbu mapiek (2.). Súčasne prebieha revízia porovnávacích hviezd na mapkách skupiny MEDÚZA.

3. PRÍSTROJ

1. Oko neodhaduje dobre preexponované obrazy hviezd. Ak použijeme na hviezdu istej jasnosti príliš silný prístroj, bude sa nám odhadovať veľmi ťažko. Navyše sa nám pravdepodobne stane, že do zorného poľa sa nám nezmestia potrebné porovnávacie hviezdy. Naopak hviezdy na hranici limitnej magnitúdy takisto neodhadneme dobre, pretože sa nevyhneme použitiu periférneho videnia. Preto sa odporúča pozorovať len v intervale 1 až 4 magnitúdy pod limitnou magnitúdou použitého prístroja.

2. Z predchádzajúceho vyplýva, že na presnosť odhadu nepriaznivo vplýva činnosť tyčiniek. Keď máme tmavú oblohu, ich činnosti sa nezbavíme. Paradoxne sa teda lepšie odhaduje z miest z väčším svetelným znečistením. (Pravdaže obmedzuje nás to vo výbere hviezd, lebo tie slabšie sa dostanú mimo odporúčaného intervalu 1 - 4 mag. pod limitom.) Ak náhodou nemáme po ruke svetelné znečistenie, môžeme si pomôcť menším zväčšením, pozorovať za súmraku alebo za svitu Mesiaca. Platí, že treba použiť najmenšie zväčšenie, ktoré ešte umožní pohodlne rozlíšiť pozorované hviezdy.

D. VÝSLEDKY

Použitím popísanej metodiky sa dajú dosiahnuť doteraz nepredstaviteľné výsledky hlavne pri pozorovaní voľným okom. Realizované pozorovania, špeciálne v prípade delta Sco (Otero) a delta Vel (kampaň skupiny LIADA) ukázali, že pri hviezdach viditeľných voľným okom ak máme ideálnu sekvenciu (husto pokrytú s rozdielmi menšími ako 0.3 mag, priestorovo blízko k premennej a podobnej farby ako premenná) je možné dosiahnuť presnosť na úrovni 0.03 mag čo už je porovnateľné s fotoelektrickými meraniami. (Skutočne, v uvedených prípadoch boli výsledky kontrolované s fotoelektrickou fotometriou vo V od Briana Frasera z Južnej Afriky.) Pri použití ďalekohľadu už presnosť nie je taká vysoká, ale zaručene dosahuje 0.1 mag, čo je od vizuálnych odhadov očakávané, ale doteraz sa veľmi neplnilo. V poslednom čase sa objavila možnosť kontroly vizuálnych pozorovateľov pomocou fotometrického katalógu ASAS-3. Pekná ukážka je na Obrázku 1. Vizuálne aj elektronické merania zachytili sekundárny zákryt v sústave na zostupnej vetve vzplanutia.

Obr. 1. Merania jasnosti YY Her v poslednom polroku. Červené body sú dáta Pavla A. Dubovského pozorujúceho s využitím tu opísanej techniky, čierne body sú ostatní vizuálny pozorovatelia, zelené štvorčeky v stĺpčekoch sú CCD(V) merania L. Šmelcera a samostatné zelené štvorčeky sú údaje z ASAS-3.

Iný príklad je na Obrázku 2. Len pozorovania Dubovského a ASAS-3 informujú o periodických zmenách polopravidelnej premennej hviezdy DL Gem.

Obr. 2. Merania jasnosti DL Gem. Legenda je obdobná tej z obrázku 1.

Vo všeobecnosti sa dá povedať, že nové techniky vizuálneho pozorovania sú užitočné hlavne pri premenných hviezdach s relatívne malou amplitúdou. Tam kde doterajšie pozorovania poskytovali len šum, objavia sa reálne krivky. Uvádzame porovnanie dát z VSNET-u a meraní Dubovského na Obrázku 3.

Obr. 3. Zelené štvorčeky sú v tomto prípade dáta pozorovateľov VSNET, červené kolečká sú merania Dubovského

Ale aj pri dlhoperiodických miridách ba aj pri kataklizmatických premenných je užitočné brať do úvahy aspoň farebné rozdiely medzi hviezdami. Pozorovateľ sa jednoducho cíti pri odhadovaní istejšie.

Literatúra

1. Viaceré texty v tomto článku sú prebraté z pripravovaného Manuálu o technikách vizuálneho pozorovanie premenných hviezd, Otero S. (na internete je k dispozícii nekompletná verzia v španielčine: http://ar.geocities.com/varsao/Manual.zip)

2. Niekoľko poznámok k tvorbe mapiek, Dubovský P.A., 2002, http://www.vkco.sk/creaciondecartas.html

3. Howarth I. D., 1979, Journ. Amer. Assoc. of Var. Star. Obs. 8, 26

4. Spolehlivost vizuálního pozorování proměnných hviezd, Sobotka P., 2000, http://var.astro.cz/meduza/bak.pdf

---