Компания ЭВС несколько лет выпускает телевизионные камеры с противотуманным режимом, позволяющие наблюдать объекты в плохих погодных условиях (дождь, снег, дым, туман и т.п.). Эти камеры совершенствуются, и последние серийные модели обеспечивают возможность наблюдения объектов при погодных явлениях, ослабляющих контраст изображения до 20 раз. Рассеивающими свет средами являются не только туман, дождь, или снег, но и обычная атмосфера (ясное, безоблачное небо). Из-за светорассеивания в слоях воздуха мы не можем видеть звезды днем, в то время как, ночью, когда отсутствует подсветка атмосферы Солнцем, звезды, спутники, и даже галактики видны невооруженным глазом. Мы решили попробовать, можно ли с помощью противотуманной телевизионной камеры наблюдать звезды днем через обычный объектив в относительно мутном небе Санкт-Петербурга.
Для испытаний была выбрана усовершенствованная модель телевизионной камеры VSC-751, которая позволяет наблюдать объекты даже за молочным фильтром, ослабляющим контраст изображения в 200 раз
Рис. 1. Модернизированная противотуманная камера, наблюдающая изображение за молочным фильтром, ослабляющим контраст в 200 раз (слева) и изображение, формируемое этой камерой (справа).
На рис. 1 видно, что даже при ослаблении контраста сигнала в 200 раз, изображение на выходе усовершенствованной противотуманной камеры вполне различимо, несмотря на заметное присутствие фотонного шума фона.
Эксперимент по наблюдению звезд проводился в течении ряда дней в дневное время (с 12 до 16 часов) в июне - августе 2012 г. в хорошую погоду при малооблачной, или ясной погоде. Окна помещения, из которых проводились наблюдения, выходили на юго-запад. Т.о. угол между направлением на Солнце и линией наблюдения колебался в пределах от 30 до 90 угловых градусов. В камеру был установлен объектив Fujinon с ручным регулированием диафрагмы и с фокусным расстоянием 75 мм. Угол поля зрения камеры составлял примерно 4 градуса, диафрагма устанавливалась на различные значения в пределах F 4,0 :F 8,0.
Рис.2 Модернизированная противотуманная камера, установленная на штативе от телескопа во время эксперимента по наблюдению звезд в дневное время.
Для поиска планет и звезд при наведении камеры использовалась известная астрономическая программа Stellarium версии 0.11.4. На первом этапе была сделана попытка наблюдения ярких планет. Камера сразу уверенно увидела Венеру ( -3.76 звездной величины.) в дневном небе. Яркость Венеры была настолько велика, что камера видела ее даже сквозь проходящие перьевые облака. Измеренное отношение сигнал/шум составило более 50 (раз). Почти с таким же качеством удалось увидеть Юпитер на дневном небе, а иногда и Меркурий, хотя в последнем случае мешал ореол от Солнца, и приходилось устанавливать бленду перед объективом.
Рис.3 Изображение Венеры в полдень, формируемое противотуманной камерой (слева), увеличенное изображение (в центре) и осциллограмма строки по горизонтали (справа).
Нужно отметить, что прохождение света от звезд в атмосфере при дневных наблюдениях менялось в различные дни почти на порядок, хотя "на глаз" казалось, что небо практически одинаковое - синее с небольшим белесым оттенком. Различие прохождения атмосферы иллюстрируют наблюдения звезды Бетельгейзе (0,45 зв. вел.) проведенные в разные дни.
Рис. 4. Изображение звезды Бетельгейзе (слева) при хорошем (сверху) и плохом (снизу) пропускании атмосферы при безоблачном небе и соответствующие осциллограммы сигнала по строке (справа).
Измерения показали, что отношение сигнал/шум при наблюдении звезды Бетельгейзе днем изменяются от значений 30 (раз) при хорошем прохождении атмосферы до 5 (раз) при плохом прохождении. В обоих случаях "на глаз" небо было синим и безоблачным.
После проведения наблюдений ярких планет и звезд были проведены попытки наблюдения относительно слабых по яркости звезд и искусственных спутников Земли в дневное время.
Рис. 5. Изображение созвездия Лира в программе Stellarium (слева) и наблюдаемое днем во время хорошего пропускания атмосферы с помощью модернизированной противотуманной камеры (справа).
В лучшие по проходимости атмосферы дни удавалось наблюдать все семь наиболее ярких звезд созвездия Лира (рис. 5). По яркости Вега имеет нулевую звездную величину, поэтому, она была видна при любом пропускании атмосферы. Сулафат (3,25 зв. вел.) Шелиак (3,5 зв. вел.) были видны также практически при любой атмосфере. Звезды δ2 Lyr (4,2 зв. вел.), ζ1 Lyr (4,3 зв. вел.) и расположенные рядом ε1 и ε2 Lyr (5,0 и 5,2 зв. вел.) наблюдались только в хорошие по пропусканию атмосферы дни.
Помимо звезд в дневное время удавалось наблюдать большое число низкоорбитальных спутников земли. Их можно было отличить от звезд по траектории движения. Иногда в поле зрения камеры попадали одновременно звезда и спутник, в отдельных случаях спутник приближался к положению звезды на небе, почти накрывая ее, а затем удалялся от звезды (рис. 6).
Рис 6. Изображение звезды и искусственного спутника Земли, формируемое противотуманной камерой в дневное время (слева), увеличенное изображение спутника (в центре) и осциллограмма строки по горизонтали (справа).
Наблюдаемые изображения спутников по нашим оценкам имели яркости, соответствующие звездам в диапазоне от - 1 до + 4 звездных величин. За время наблюдений в течении нескольких дней было замечено более 50 пролетающих искусственных спутников Земли.
Выводы.
- Испытания возможности наблюдения планет, звезд и спутников Земли в дневное время проводились с использованием специальной противотуманной камеры, оптимизированной для наблюдения через атмосферу. При этом, в лучшие по пропусканию атмосферы дни удавалось наблюдать звезды и спутники вплоть до 5 звездной величины
- Наблюдение звезд в дневное время возможно и с помощью серийных противотуманных камер ЭВС, при этом максимально наблюдаются звезды до 3 звездной величины.
- Пропускание света звезд в дневной атмосфере во время испытаний менялось до 10 раз (при визуально ясном синем небе).
- Испытания показали возможные новые области применения противотуманных камер ЭВС, например, для ориентации на местности в случае пропадания сигналов от спутников ГЛОНАСС и GPS, а также для обнаружения пролетающих спутников, метеоров и НЛО в дневное время.
А.Н. Куликов
