NAFA Dobbeltstjerner ”…en ganske morsom opgave..” citat : O. Engelstoft

1. NAFA Dobbeltstjerner”…en ganske morsom opgave..” citat : O. Engelstoft Et foredrag om mit arbejde med NAFAs fotografiske glasplader af dobbeltstjerner, primært om historien og noget teknik – indtil nu. Præsenterer et overblik over nogle grundlæggende ting og har valgt et historisk og teknisk fokus. Ikke et astrofysisk foredrag.Ingen matematik.

2. NAFA Dobbeltstjerner”…en ganske morsom opgave..” citat : O. Engelstoft Baggrund & motivation Historien & det grundlæggende Foreløbige resultater Genfotografering – krav Opfordring

3. NAFA Dobbeltstjerner- dobbeltstjerner optaget på gamle fotografiske glasplader ?! • En 100 år gammel notesbog med visuelle målinger af H.E. Lau – fascinerende! • Gamle velbevarede fotografiske glaspladeoptagelser ! • Den interessante historiske baggrund for dobbeltstjerne-astronomien med personer og kataloger. • Vores eget Urania observatorium og Den gamle Dame, samt personerne i det gamle Urania og deres relation til dobbeltstjerner. • Matematikken og begreberne fra den sfæriske astronomi og trigonometri : udfordring. • Det utroligt spændende – hvor simpelt det end kan lyde – i at GENTAGE observationerne med den gamle 6” Merz refraktor og få nye målinger. Meget tiltalende. Noget gammel stads eller en mulighed for en ganske morsom opgave ? : Meget svært at lade dette ligge.

4. Status indtil nu : • 79 glaspladeoptagelser af i alt 50 dobbeltstjerner. • 17 dobbeltstjerner er udmålte og publiceret i ”Journal des Observateurs” af Luplau i 1953 • 33 dobbeltstjerner er der ikke målinger på. • NAFA har ikke alle glasplader. NAFA Dobbeltstjerner • Kilder der skal undersøges yderligere : • Oluf Engelstoft • ”Publications de l’Observatoire Urania” (Luplaus egne publ.) • ”Journal des Observateurs” • Tidsskriftet ”Urania” • Uranias Målejournal (?) • Urania Observatoriets eget dobbeltstjernekatalog fra 193? • Wieth-Knudsens upublicerede måleresultater overdraget 2001 af hans enke til U.S. Naval Observatory (http://ad.usno.navy.mil/wds/unpublished/wieth-knudsen.html) Hvad kan vi forvente at finde - ?

5. NAFA har bl.a. hans notesbog med adskillige dobbeltstjernemålinger – visuelt med mikrometer 1906-1911 på 10” hovedkikkerten. Udmålte glasplader.”Ridder af den gyldne middelfejl” if. Luplau Optog og udmålte. Optog og udmålte. Optog og udmålte. Har beskrevet optage og udmålingsteknikken nøje. NAFA Dobbeltstjerner- egne hovedpersoner Hans Emil Lau 1879-1918 Arbejdede på Urania Observatoriet 1905 – 1911. Dobbeltstjerner, Jupiter og Mars. Ejnar Hertzsprung 1873 - 1967 Danmarks mest berømte astronom i forrige århundrede. Arbejdede på Urania Observatoriet. Brugte billeder optaget på Urania Observatoriet til det senere berømte Hertzsprung-Russell diagram Carl Emil Luplau Janssen 1889 - 1971 Bibliotekar 1 på Universitetsbiblioteket, Docteur-ès Lettres, fil. lic., mag. scient. Ejer og leder af Urania Observatoriet fra 1919 og til sin død. Niels Palle Wieth-Knudsen, 1909 - 1993 Cand. mag. og mag. scient.; fil. dr. fra Lund 1953 I årene 1948 - 1959 arbejder Wieth-Knudsen på Urania Observatoriet. Dobbeltstjerner. Meget af arbejdet til hans doktordisputats blev udført her. Oluf Engelstoft, 1930- Civilingeniør, Arbejdede i årene 1948 - 1955 på Urania Observatoriet, Fotografering og udmåling af dobbeltstjerner. Den fotografiske 6” Merz refraktor blev benyttet til glaspladeoptagelser.

6. Visuelle mikrometer NAFA Dobbeltstjerner- Den fotografiske Merzkikkert 6” Merz ”Den fotografiske MerzkikkertMed en diameter på 162 mm og en brændvidde på ca. 3200 mm blev kikkerten især brugt af Victor Nielsen til fotos af Månen, optagelser af dobbeltstjerner o. lign. Fotos af dobbeltstjerner og den efterfølgende måling på pladeudmålingsapparatet var en væsentlig del af arbejdet på Frederiksberg. Objektivet er korrigeret til datidens blåfølsomme film, og kikkerten bruges ikke meget i dag.” Citat (http://www.nafa.dk/historie_f.htm)

7. Sir William Herschel (1738-1822)- Dobbeltstjerneastronomiens fader. Opdagede Uranus. - Ville bruge dobbeltstjerner til at bestemme stjerners parallakser – og dermed udlede afstanden dertil, idet han antog at den ene komponent i par stod langt fra den anden. - Det gør de fysisk par jo imidlertid ikke. Og dem er der mange af ! - Lavede katalog med over 700 par. NAFA Dobbeltstjerner- Dobbeltstjerne-astronomer historisk set - Europa Sir John Herschel (1792-1871) - Fortsatte sin fars (William) arbejde - især dobbeltstjerner på den sydlige himmel Friedrich Georg Wilhelm von Struve (1793-1864)- Tysk men født i ”Danmark” : Altona i Hamburg. Kom til Rusland.- Brugte Dorpat nu refraktoren – den første store refraktor - Udgav 1827 katalog med > 3000 par – gældende katalog til 1906.- Katalog-bogstav S- Leder af Dorpat observatoriet (nu i Estland) og senere Pulkovo observatoriet. Otto Wilhelm von Struve (søn af F.G.W) (1819-1905) - Fortsatte sin fars arbejde- Katalog-bogstaver OS - Struve’rnes kataloger var de gældende på H.E. Lau’s tid

8. NAFA Dobbeltstjerner - Dobbeltstjerne-astronomer historisk set - USA S.W. Burnham (1870)- Betydningsfuld opdager af dobbelstjerner.- Amatør- Nyt katalog General Catalogue i 1906 med over 3000 par- Opdagede 1.340 nye par- Brugte 36” Lick refraktor og 40” Yerkes refraktor- Katalog bogstav b Robert Grant Aitken (1864-1951)- Betydningsfuld opdager af dobbelstjerner sammen med Hussey- Opdagede 4.434 nye par (indtil 1915) – mange med 0,01” sep.- Lavede nyt katalog ADS i 1932 med 17.180 - Katalog bogstav A - Det gældende katalog på Luplaus’s tid i 30’erne

9. - IDS blev overdraget til U.S.Naval Observatory i starten af 1960’erne, og lavet elektronisk af Charles Worley. - Blev til det nu gældende Washington Double Star Catalogue- WDS 2001.0 versionen : 84.486 par - I 1965 skrev Ejnar Hertzsprung til Charles Worley : NAFA Dobbeltstjerner - Dobbeltstjerne-astronomer & kataloger - Det første dobbeltstjerne-katalog over hele himlen kom først i 1961 fra Lick Observatoriet : Index Catalogue of Visual Double Stars 1961.0 : IDS ” If we look back for a century or more and ask: What do we today appreciate mostly of the observations made then? The general answer will be: observations bound to time.They can, if missed, never be recovered. Of these observations measures of double stars contribute a major part. “Ejnar Hertzsprung to Charles Worley, April 2, 1965 - I 2001 overdrog enkefru Wieth-Knudsen sin mands upublicerede dobbeltstjernemålinger til U.S.Naval Observatory (USNO). Tilgængelig USNO website.

10. NAFA Dobbeltstjerner- grundlæggende om dobbeltstjernerhvorfor er de interessante ? En lægmands forklaring : Måling af masser på stjerner ville være en håbløs opgave såfremt der ikke fandes dobbeltstjerner – binære systemer – rigtige dobbeltstjerner.Omtrent halvdelen af alle stjerner formodes at være dobbeltstjerner. Resultatet af næsten 2 hundrede års undersøgelse af dobbeltstjerner har givet astronomerne en god forståelse af stjerners masser. Opgaven er derfor at observere og måle position og separation over tid for at fastslå banen - så kan masserne beregnes.

11. NAFA Dobbeltstjerner- grundlæggende om positionsvinklen og separation Blotte øje Teleskop / glasplade • N er retningen mod det ækvatoriale systems nord • (theta) er positionsvinklen (PA) for 2.komponenten (den ”bette”) ift en ret linie angivende N-S retningen - i det ækvatoriale system - gennem 1.komponenten • r (rho) er separationen (afstanden) i buesekunder mellem komponenterne

12. NAFA Dobbeltstjerner - H.E.Laus notesbog H.E. Launotesbog 1906-11 1 2 3 4 5 6 7 8 DATA I NOTESBOG: 1. F.G.W Struve katalog nummer, S 2. Dato-tidspunkt for observation – i Besselsk epoke 3. Positionsvinkel 4. Separation i buesekunder 5. Hovedkomponentens størrelsesklasse 6. 2. komponentens størrelsesklasse 7. ? 8. Sandsynligvis observationsnummer, da det er stigende med dato. A Besselian epoch, named after the German mathematician and astronomer Friedrich Bessel (1784 – 1846), is an epoch based on a Besslian year which is a tropical year measured at the point where the Sun's longitude is exactly 280°. Since 1984, Besselian epochs have been superseded by Julian epochs. The current standard epoch is J2000.0, which is a Julian epoch. B = 1900.0 + (Julian date − 2415020.31352) / 365.242198781 Since the right ascension and declination of stars are constantly changing due to precession, astronomers always specify these with reference to a particular epoch.

13. STF 60AB -15 -10 -5 1906 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 0 East 1810 5 2002 10 1714 2098 15 2006 North 20 NAFA Dobbeltstjernerh (eta) Cassiopeia – Struve 60 – en klassiker H.E. Launotesbog 1906-11

14. NAFA Dobbeltstjerner- NAFAs glasplader

15. NAFA Dobbeltstjerner- O. Engelstoft …om optagelse på plade

16. NAFA Dobbeltstjerner- Data om glasplader DATA PÅ KUVERT: Aitken (katalog, nummer) Burnham (katalog, nummer) Struve (katalog, nummer) AR (Rektascension i epoke 1950.0) Dekl (Deklination i epoke 1950.0) Dato (alm. kalender) Kl.Stj.T (tidspunkt lokal stjernetid st-sl) Optagetaf (init) Fremkaldt af (init) Pladesort (?) Fremkalder (væske) Udmaalt af (init) Klarheder (størrelsesklasser) Expositionstid (eksponeringstid) Instrument (Mertz refraktor) Kasette Nr (?) = ? Kass = Kasseret?! Kasette ?

17. NAFA Dobbeltstjerner- O. Engelstoft …om Mikrometeret Heyde-(Jens) Olsen glasplade-udmålingsapparat med mikrometer

18. NAFA Dobbeltstjerner- O. Engelstoft …om udmåling af plade

19. Per Rieffestahls/NAFA oversættelse : ”Observatørjournal” Publiceret under medvirken af Det nationale Center for videnskabelig forskning og Universitetet d’Aix-Marseille Bind 36 Nr. 8 - August 1953 Fotografiske observationer af dobbeltstjerner af M.C. Luplau Janssen Nedenstående fotografiske målinger af dobbeltstjerner er alle blevet udført på plader taget på Urania Observatoriet, Frederiksberg, Danmark. Instrumentet, som vi har benyttet, er den fotografiske Merz refraktor (objektivdiameter: 16 cm, fokuslængde 320 cm) monteret på den store visuelle refraktor. Der er blevet anvendt plader af fransk fabrikation (plader af Superfulgur, af Guilleminot, Boespflug og Cte, 9x12 cm). Hver plade har et stort antal eksponeringer varierende fra 11 til 137 alt efter omstændighederne (atmosfæriske forhold, stjernernes klarhed etc.). Optagelserne er er blevet tilvejebragt af M.C. Luplau Janssen, M.O. Engelstoft og M.N. Wieth Knudsen. Halvdelen af pladerne er blevet målt af M. Engelstoft med Urania Observatoriets pladeudmålingsinstrument, hvorimod pladerne taget af M.Wieth Knudsen er blevet målt af denne med professor Ejnar Hertzsprungs pladeudmålingsinstrument. M.Wieth Knudsen har udført alle beregninger for sine egne målinger, mens resten af beregningerne er blevet foretaget af M. Luplau Janssen med en regnemaskine ”Odhner” foræret Urania Observatoriet af ”Statens almindelige Videnskabsfond” (Fonds général des Sciences de L’Etat Danois). Alle målingerne er blevet foretaget i retvinklede koordinater, men resultaterne figurerer her som positions og afstande ledsaget af deres gennemsnitsfejl. For hver stjerne angiver vi dens betegnelse i de vigtigste kataloger. For alle plader angiver vi periode (og tidspunkt) og antallet af de målte billeder. M.Wieth Knudsens plader er markerede af en stjerne (asterisk). Urania Observatoriets fotografiske arbejdsprogram sigter på fotografering med vore instrumenter alle tilgængelige systemer. Dobbeltstjernerne, som M.Wieth Knudsen har beskæftiget sig med, er blevet valgt efter et arbejdsprogram specielt benyttet af ham selv. NAFA Dobbeltstjerner- publicering af målinger

20. NAFA Dobbeltstjerner- dobbeltstjernemålinger publiceret i ”Journal des Observateurs” af Luplau Janssen NAFA mangler disse plader

21. Glasplade Det ækvatoriale koordinatsystem Scanning NAFA Dobbeltstjerner- visse glasplader er der ingen målinger på - måling af glasplader i program AIP4WIN - problem ! Resulterer i 2 ukendte hældninger, som er et problem ift. at bruge Distance Tool i AIP4WIN til at bestemme positionsvinklen. Var den samlede hældning kendt, da kunne den bruges som inputparameter for ”parallaktisk vinkel” i AIP4WIN og positionsvinkel kunne bestemmes.

22. NAFA Dobbeltstjerner- Måling på glasplade med AIP4WIN

23. NAFA Dobbeltstjerner

24. NAFA Dobbeltstjerner- AIP4WIN bruger referencestjerner Metoden er udførligt beskrevet i bogen til programmet AIP4WIN

25. NAFA Dobbeltstjerner om brug af CCD til astrometri Krav (Ib Lies Nielsen, marts 2006) Kikkert Udtræk Kameraet skal sidde fuldstændigt stabilt uanset kikkertens stilling. Meget nøjagtig fokusering være mulig. Drev Følge stjernen nøjagtigt inden for eksponeringstiden. Optik Refraktor- filtre pga. chromatisk aberration. Optikken på kikkerten skal være god. Kamera Optagelser sort-hvidt i FITS format. Køles – holde stabil temperatur. Nyquist’s samplingskriterium skal være opfyldt. • Nyquist’s samplingskriterium • Kikkert og kamera skal passe • sammen således at billedet af stjernen har en radius på 2-3 pixels. Brændvidden skal altså • afpasses efter pixelstørrelse (eller omvendt). Oversampling er dog bedre end undersampling.

26. NAFA Dobbeltstjerner om brug af CCD til astrometri Krav : Software (AIP4WIN ) Behandling af optagelser Billederne skal korrigeres for for bias og mørkestrøm. Flatfielde (ej kritisk) Signal-støjforholdet så stort som muligt inden for det lineære område for chippen. Stakke optagelserne Udmåling af optagelser Mindst 5 referencestjerner af en passende lysstyrke Kunne dokumentere at position kan bestemmes bedre end 1 pixel.

27. NAFA Dobbeltstjerner- krav Hvis vi skal videre med gen- fotografering, så skal den Gamle Frue inkl. 6” Merz forbedres : Fokusering på 6” Merz Tracking i R.A. aksen Finjusering i R.A. aksen Finjustering i Dek. aksen

28. NAFA Dobbeltstjerner- videre og opfordring ! Projektet kan fortsætte…… - Genfotografere udvalgte dobbeltstjerner - Måle og måske regne – sammenligne med kendte resultater - Restaurere de gamle instrumenter - Lære at bruge instrumenter – gentage målinger - Skrive en artikel om arbejdet. Gruppe under IAU har vist interesse for brug af glasplader Opfordring til deltagelse & hjælp…… • - Historisk research - Faglig vejledning og beregninger - Observation - CCD-optagelser og arbejde med disse - Præcist håndværk – optimering af udtræk og drev

29. NAFA Dobbeltstjerner- bidrag fra … Oluf Engelstoft besvarelse af mine mange mails Holger Nielsen ’opdagelsen’ af besselske dato i H.E. Laus notesbog excelark til beregning af Parallaktisk vinkel Per Rieffestahl oversættelse af observationspublikation fra fransktil dansk

30. NAFA Dobbeltstjerner- opfordring ! Viderebringelse af praktisk og teoretisk viden om, hvordan vi bruger det fine instrumentarium Urania Observatoriet i Aalborg er i besiddelse af. Registrering af glaspladenegativer. Arbejde med det gamle udmålingsapparat og mikrometeret. CCD-optagelser af dobbeltstjerner. Istandsættelse og vedligeholdelse af Urania Observatoriets historiske udmålingsapparat og mikrometer. Omsætning af målinger til konkrete data, faglig/teoretisk ekspertise. Opfølgning på historiske fakta. Dette kan dreje sig om beskrivelser af apparaterne, deres oprindelse og brug samt måleteknikkerne.

31. NAFA Dobbeltstjerner- motivation Urania Observatoriet er i besiddelse af en række historiske glaspladeoptagelser af 48 forskellige dobbeltstjerner og over 1000 målinger af dobbeltstjerner. Disse er hhv. 50 år og 100 år gamle. Glaspladeoptagelserne er lavet af Niels Palle Wieth-Knudsen og Carl Emil Luplau Janssen med Merz 6 ” refraktoren, som er en integreret del af Urania Kikkerten. Målingerne er udført af Hans Emil Lau med mikrometer på 10” Urania kikkerten. Disse målinger er håndskrevne positionsmålinger, hvor NAFA er i besiddelse af Laus originalmanuskript. Mikrometeret er i dag en del af Urania Observatoriets instrumentarium. H.E. Lau er mest kendt for oplæring af og teoretisk diskussion med den senere så berømte astronomiprofessor Ejnar Hertzsprung.

32. Richard Berry (AIP4WIN Yahoo-gruppen, forfatter af mange bøger om amatørastronomi m.m. herunder bogen og sw AIP4WIN) skriver om brug af AIP4WIN til udmåling : 1) load the JPEG image2) convert the color image to grayscale, i.e., Color > SplitColors > Color->Grayscale3) invert the grayscale Enhance > Pixel Ops > Invert4) Image Display Control click the Auto Min/Max button5) Save as FITS I saved the image as a 16-bit integer fileThe separations and PAs are reasonably consistent. If you can, you should save the scan in a lossless format such as TIFF rather than JPEG. You can see JPEG artifacts in the image. There are some scanline problems inthe sample image, but they are low amplitude and will probably average out when you measure all the images.You will need to find ways to determine the plate scale and position angle of the +Y axis in the scanned image. NAFA Dobbeltstjerner- digital udmåling af glasplader Men han antager retvinkelthed !

33. Terry Flesch: Morten,What an interesting project! I have a couple of simple thoughts on the matter. Richard's recent post about measuring your sample photo gives you a start on measuring the position angle relative to the XY grid of the image. How about using the profile tool (under the Measure, Profile Tool) to draw a VERTICAL line through the trailed star image near one end of the trail (that is, the line will begin and end at the same X value). Look at the profile and estimate the Y pixel value of the maximum counts. (I tried this a couple of times with profile lines drawn through stars and found that I could consistently estimate to within a couple of tenths of a pixel of the correct position of star centroid when compared to the results of the star image tool.)Now you will have an (X,Y) coordinate of one point on the star trail line (which defines the east-west direction on your photo).Repeat this procedure near the other end of the star trail line. You will then have another X,Y coordinate on the east-west line.From these determine the equation of the straight line that gives the east-west direction on the photo.You could then use the direction of this east-west line, with the PA determined as Richard described to get the true PA of the binary.Or, you could use the X,Y positions of the centroids of the two stars to define another straight line connecting the two stars. Find the angle between the two straight lines and convert to true PA.This assumes that the scale of the photo does not change over the photo, but if the scale is not constant, it would seem as if you have an even greater challenge, with no other reference stars to allow a calibration.If this is too obvious, I apologize for wasting everyone's time. Just thought I'd mention it.Terry Terry Flesch (AIP4WIN Yahoo-gruppen) skriver om brug af AIP4WIN til udmåling, specifikt om problemet med retvinklethed. NAFA Dobbeltstjerner

34. NAFA Dobbeltstjerner