Plate Solving erklärt
Mit Plate Solving ermittelt Software genau, welchen Teil des Himmels ein Foto zeigt. Hier erfährst du, was es dir bringt, wie ein blinder Solver das ganz ohne Hinweise schafft und was SkySolver mitbringt: jedes Bildfeld von der Teleskopaufnahme bis zum 360°-Panorama, Fotos des Mondes und Antworten in Millisekunden.
Was dir Plate Solving liefert
Ein gelöstes Foto hat eine genaue Adresse am Himmel. Die Lösung liefert die Himmelskoordinaten (Rektaszension und Deklination) seiner Mitte und Ecken, seinen Maßstab in Bogensekunden pro Pixel, seine Drehung, sein Bildfeld und die Objektivverzeichnung und sagt, ob es gespiegelt ist. Astronomiesoftware speichert sie als World Coordinate System (WCS) im FITS-Header des Bildes, den PixInsight, Siril, ASTAP, DS9 und astropy alle lesen.
Damit kannst du die Objekte im Foto beschriften, eine Farbkalibrierung ausführen, die eine Lösung braucht (etwa PixInsights SPCC), Mosaike bauen, eine Teleskopmontierung darauf synchronisieren, wohin sie wirklich zeigt, einen Kometen oder Asteroiden finden oder Positionen am Himmel messen.
Mit Hinweisen oder blind lösen
Ein Solver mit Hinweisen startet von ungefähren Koordinaten und einem Bildmaßstab, von der Teleskopmontierung oder aus dem Header der Datei, und sucht nur in ihrer Nähe: schnell, wenn die Hinweise stimmen, verloren, wenn sie falsch sind oder fehlen. Ein blinder Solver braucht überhaupt keine Hinweise: Er durchsucht den ganzen Himmel bei jedem Maßstab, jeder Drehung und Spiegelung. Astrometry.net hat das blinde Lösen 2010 praxistauglich gemacht; SkySolver ist ebenfalls ein blinder Solver, ausgelegt auf Tempo und auf die Fotos, bei denen andere Solver aufgeben.
Wie ein blinder Solver das Bildfeld findet
- Erkennen. Die Sterne im Foto werden gefunden und vermessen: ihre Positionen auf Bruchteile eines Pixels genau und ihre Helligkeit. Bei SkySolver geschieht das in deinem Browser, mit WebAssembly.
- Hashen. Je vier benachbarte Sterne bilden ein Quad. Fünf Verhältnisse ihrer Abstände ergeben einen Code, der gleich bleibt, egal welchen Maßstab, welche Drehung oder Spiegelung das Foto hat.
- Abgleichen. Die Codes werden in einem Index nachgeschlagen, der vorab aus einem Sternkatalog gebaut wurde: Der von SkySolver enthält 13,1 Millionen Quads aus dem Katalog Gaia DR3 der ESA, in jedem Maßstab vom ganzen Himmel bis hinab zu Bildfeldern von Bruchteilen eines Grades.
- Prüfen. Ein passender Code ist nur ein Kandidat. Er wird an hunderten weiteren Sternen geprüft: Ein zufälliger Treffer ließe sie unerklärt, ein echter sagt voraus, wo jeder von ihnen steht.
- Anpassen. Die zugeordneten Sterne ergeben die Lösung: Mitte, Maßstab und Drehung, mit der Objektivverzeichnung als Polynom (TAN-SIP). Die Fotos auf der Startseite von SkySolver brauchten im Schnitt 48 ms.
Weitfeldaufnahmen, Panoramen und Verzeichnung
Die meisten Solver gehen davon aus, dass das Foto eine flache, rektilineare Ansicht des Himmels mit etwas Verzeichnung ist. Fisheye-Aufnahmen, zusammengesetzte Panoramen und „kleine Planeten“ widersprechen dem: Ihr Maßstab ändert sich über das Bild hinweg, sodass die Sternmuster nicht mehr zu denen des Katalogs passen. SkySolver probiert die Projektionen solcher Bilder durch (äquirektangulär, Mercator, zylindrisch, Panini, stereografisch), passt ein Projektionsmodell mit einem zusätzlichen Korrekturgitter an und maskiert Landschaft, Bäume und Spiegelungen im Bild aus. So löst SkySolver ein 360°-Panorama der Milchstraße, in Sekunden.
Den Mond lösen
Ein Foto des Mondes hat keine Sterne zum Abgleichen, also gleicht der Mond-Solver von SkySolver den Mond selbst ab. Er findet den Rand der Scheibe (ihre Mitte und ihren Radius), dann den Terminator, der die Richtung der Sonne und die Phase liefert. Danach vergleicht er das Foto mit Karten der Albedo und der Steigungen des Mondes, für jede Drehung, beide Spiegelungen und ein Raster von Librationen auf einmal, per Fourier-Transformation, und behält die Antwort nur, wenn sie das Foto weit besser erklärt als die zweitbeste. Von da an hat jedes Pixel seine selenografischen Koordinaten, und die Krater können benannt werden. Er braucht dafür weder Datum noch Ort noch markierte Krater, nur das Foto: siehe den Mond-Solver.
Was SkySolver mitbringt
- Immer blind: keine Koordinaten, kein Maßstab, keine Ausrichtung, und auch gespiegelte Bilder.
- Jedes Bildfeld: vom engen Teleskopfeld bis zu Fisheye-Aufnahmen und 360°-Panoramen, mit Landschaft im Bild.
- Fotos des Mondes, vom kleinen Mond über der Landschaft bis zur Teleskop-Nahaufnahme von einigen hundert Kilometern Breite.
- Schnell: einige zehn Millisekunden für ein typisches Foto, und kein Konto nötig.
- Privat: Nur die Positionen der Sterne verlassen deinen Browser.
- In deinen Werkzeugen: ein PixInsight-Plugin, eine kostenlose API und eine Astrometry.net-kompatible API für N.I.N.A., KStars und andere.
Weiterführende Literatur
- Lang, D., Hogg, D. W., Mierle, K., Blanton, M. & Roweis, S. (2010). Astrometry.net: blind astrometric calibration of arbitrary astronomical images. The Astronomical Journal 139, 1782.
- Gaia Collaboration, Vallenari, A. et al. (2023). Gaia Data Release 3: summary of the content and survey properties. Astronomy & Astrophysics 674, A1.
- Calabretta, M. R. & Greisen, E. W. (2002). Representations of celestial coordinates in FITS. Astronomy & Astrophysics 395, 1077.
- Shupe, D. L. et al. (2005). The SIP convention for representing distortion in FITS image headers. ASP Conference Series 347, 491.