Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://heritage.sai.msu.ru/ucheb/Zasov/zadacha_12.doc Дата изменения: Wed May 2 20:20:25 2007 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:28:31 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: m 8

|Задача ?12 |
| |
|ПЗС-ФОТОМЕТРИЯ ГАЛАКТИКИ |
| |
|Фотометрические наблюдения дают возможность получить такие важные характеристики |
|объектов как распределение яркости и цвета. Яркость галактики в различных |
|фотометрических диапазонах определяется общим количеством излучающей материи, а |
|показатели цвета зависят от относительного вклада излучения соответствующего |
|компонента в общую светимость. |
|Целью данной задачи является обработка снимков спиральной галактики, полученных с|
|помощью ПЗС-камеры. Требуется получить профили яркости галактики в фильтрах B, V,|
|R, I, построить карты распределения светимости и показателей цвета, определить, |
|как меняется позиционный угол и эллиптичность изофот с увеличением расстояния от |
|центра, определить интегральную светимость и показатели цвета галактики. |
|В задаче используются снимки галактики NGC 6217, полученные на 1.5-м телескопе |
|Майданакской обсерватории (Узбекистан). В качестве приемника изображения |
|применялась ПЗС-матрица TI 800x800. Масштаб изображения составляет 0.25"/пиксель.|
|Для калибровки снимков галактики в ту же ночь был снят звездный стандарт. Удобные|
|для работы стандарты приведены в работе Ландольта [1]. В ней представлен список |
|звезд, расположенных в экваториальной зоне, величины которых измерены |
|фотоэлектрическими методами с хорошей точностью (несколько тысячных звездной |
|величины). Также для обработки понадобятся "темновой кадр" (получается с закрытым|
|в ту же ночь с той же экспозицией, что и объект), "байес" (bias, шум считывания, |
|получается с нулевой экспозицией, как правило несколько раз за ночь), и "плоское |
|поле" (получается при съемке равномерно освещенных поверхностей, позволяет учесть|
|неоднородность чувствительности отдельных элементов ПЗС-матрицы). Заметим, что |
|для облегчения выполнения задачи вам изначально даются уже усредненные |
|изображения с байесом (т.н. superbias) и плоским полем (superflat). |
|В качестве инструмента для обработки астрономических снимков в настоящее время |
|применяются несколько пакетов программного обеспечения, таких как PCVISTA |
|(устаревшее п/о, на практике почти не используется), IRAF (широко распространен в|
|Америке), MIDAS (распространен в Европе, Чили) и др. |
|В данной задаче обработка ведется с помощью MIDAS (Munich Image Data Analysis |
|System), разработанного в Европейской Южной Обсерватории (ESO). Он представляет |
|собой многоцелевой пакет, созданный специально для астрономических приложений. Он|
|состоит из базовых модулей, и набора специализированных пакетов, облегчающих |
|обработку спектров, астрометрических снимков, поверхностной фотометрии и многого |
|другого. |
|Задача выполняется на ПК, работающем под Linux (операционная система, подобная |
|unix), в графической оболочке X-windows. Краткий обзор собственных команд Linux, |
|которые могут быть полезны в работе, а также команд пакета MIDAS, приведены в |
|Приложении. |
|Для выполнения задачи необходимо иметь 17 файлов: |
|4 файла изображения галактики NGC 6217 в фильтрах B, V, R, I |
|(gal180b.bdf, gal120v.bdf, dal120r.bdf, gal120i.bdf), |
|8 файлов площадок звездных стандартов Ландольта PG1657+078 (s40b1.bdf, |
|s40b2.bdf, s20v1.bdf, s20v2.bdf, s20r1.bdf, s20r2.bdf, s20i1.bdf, s20i2.bdf) - по|
|2 в каждом фильтре, 4 файла «плоского поля» матрицы (flat) в фильтрах B, V, R, I |
|и файл уровня сигнала смещения матрицы (bias). |
| |
|Перед выполнением задачи обязательно ознакомьтесь с описанием простейших команд |
|Linux и команд MIDAS, приведенных в Приложении. |
| |
| |
|Порядок выполнения работы |
| |
|Начните задачу с изучения основных команд Linux (копирование, создание |
|директории). Задача выполняется в терминале (командной консоли), открытом под |
|X-windows. Если работа проводится с рабочей станции на удаленном сервере, то |
|проконсультируйтесь у преподавателя о порядке входа на сервер и запуске на нем |
|терминала. |
| |
|Создать рабочую директорию, чтобы затем можно было продолжать в ней |
| |
|обработку (например, mkdir ivan_23022001. |
|Файлы, необходимые для работы, содержаться в директории |
|~/initial_data/15/ |
|Cкопировать 17 файлов в директорию, в которой будет выполняться работа, командой |
| |
|cp ~/initial_data/15/* ~/ваша_рабочая_директория/ |
|В X-Windows открыть терминал и запустить MIDAS командой inmidas. |
|(Если работа одновременно ведется на одном сервере с нескольких рабочих станций, |
|то MIDAS должен быть запущен командой inmidas -p 0x , где x - цифра от 0 до 9. |
|Данная команда позволяет запускать одновременно несколько сессий MIDAS на одной |
|и той же машине).. |
| |
|Исправление изображения галактики и звезд сравнения за байес и плоское поле. |
|Первоначально из всех изображений вычитается супербайес (файл sbias.bdf) с |
|помощью команды compute/pixel. Исправленные таким образом файлы изображений |
|галактики и звездной площадки необходимо разделить на файлы изображений плоских |
|полей (файлы sflatb.bdf, sflatv.bdf, sflatr.bdf, sflati.bdf) отдельно для |
|каждого из четырех фильтров. |
| |
|Чтобы не перегружать задачу, мы здесь не рассматриваем построение супербайеса и |
|суперфлэта. Однако необходимо знать, что в нулевом приближении они строятся |
|методом попиксельной фильтрации, и значение каждого пикселя супербайеса |
|(суперфлэта) является средним (или медианным средним) значений тех же пикселей |
|всех байесов данной ночи наблюдений (флэтов этого сета наблюдений в данном |
|фильтре). |
| |
|Вывести на экран дисплея изображения площадок звездных стандартов Ландольта |
|(команда load/image), при необходимости выбрать удобную цветовую палитру |
|командами tutorial/lut и load/lut. Отождествить объекты, используя карты звездных|
|площадок из работы [1], приведенные в Приложении. |
| |
|Провести калибровку по звездам фотометрического стандарта. Для этого с помощью |
|команды magnitude/circle определить интегральные интенсивности четырех звезд на |
|каждом из восьми изображений. Обратите внимание на то, что размер апертуры, в |
|которой производится аппроксимация гауссианой, задается в команде в явном виде и |
|не зависит от размера кружка, изображенного на экране. Размер апертур выбрать |
|таким образом, чтобы звезда полностью попадала в нее, но не слишком большим, |
|чтобы флуктуации фона не оказывали заметного влияния на значения интенсивности. |
|Определить для каждой звезды в каждом фильтре средний по двум изображениям поток,|
|нормированный на время экспозиции галактики, по формуле: |
|[pic], |
| |
|где в нашем случае |
| |
|tgal = 180сек, в фильтре B |
| 120 сек, в фильтрах V,R,I |
| |
|tstar = 40 сек, в фильтре B |
| 20 сек, в фильтре V |
| 7 сек, в фильтре R |
| 10 сек, в фильтре I |
| |
| |
| |
|[pic] |
| |
|[pic] |
| |
| |
|Примечание. Для выполнения этой операции удобно пользоваться редактором таблиц в |
|MIDAS (команды create/table, create/column, edit/table, compute/table). |
|Используя полученные значения потоков для звезд стандарта и их известные звездные|
|величины, определить средние по всем звездам коэффициенты С в уравнениях |
|SB = -2.5lg(Istar) + C |
| |
|для каждого фильтра. Здесь SB обозначает поверхностную яркость. |
| |
|Вывести на экран изображения галактики (с помощью loa/ima) и вычесть фон в |
|каждом изображении. Для этого необходимо воспользоваться командой fit/flatsky с |
|ключом CURSOR. Выбрать в каждом изображении несколько площадок, свободных от |
|звезд и частей галактики. Менять размер окошка можно стрелками с клавиатуры. |
|Допускается указывать произвольное количество площадок. Используя значения потока|
|в них, программа автоматически аппроксимирует фон поверхностью-полиномом нужной |
|степени и вычтет его из изображения. |
| |
|Совместить изображения галактик так, чтобы можно было правильно делить их при |
|получении показателей цвета. Для этого выбирается несколько звезд, присутствующих|
|на всех изображениях и видимых достаточно отчетливо. Команда center/gauss |
|позволяет определить центры звезд, а также полуширины гауссиан, которыми эти |
|звезды аппроксимировались. Команда также создает таблицу, в которой будут |
|содержаться необходимые в дальнейшем данные. Сделайте таблицы для всех |
|изображений галактики. Будьте внимательны, важно сохранить один и тот же порядок |
|отмечаемых звезд для каждого изображения. Посмотреть содержимое таблицы можно |
|командой edit/tab. В качестве базового изображения (reference frame) можно |
|использовать любое из четырех изображений галактики. Используя команду |
|align/image, определить коэффициенты перехода, необходимые для совмещения |
|изображений галактики в разных фильтрах: угол поворота, смещение по x-координате,|
|смещение по y-координате. Операция совмещения производится командой rebin/rotate |
|с ключом KEYWORD непосредственно после выполнения align/image для пары |
|изображений базовое + поворачиваемое (см. Приложение, обратите внимание на то, |
|что для выполнения rebin/rotate с ключом KEYWORD не нужно вписывать координаты в |
|явном виде). |
| |
|Используя найденные по стандартным звездам калибровочные константы, мы можем |
|построить изофоты галактики для каждого фильтра, пересчитав их с помощью команды |
|comp/image по формуле |
|SB = -2.5lg(I) + C |
| |
|Примите во внимание то, что переводя интенсивность в звездную величину, вы |
|получаете значения звездной величины каждого пикселя изображения. Для перевода в |
|зв.вел./кв.сек. необходимо учесть то, что масштаб изображений 0.25 |
|угл.сек/пиксель. |
| |
|Загрузить пакет SURFPHOT для дополнительных возможностей в обработке данных |
|поверхностной фотометрии командой set/context surfphot. С помощью команды |
|find/posinc найти значения позиционного угла и эллиптичности изофот галактики с |
|достаточно небольшим шагом по радиусу. Из выдаваемых на экран двух таблиц |
|полезной является только первая, в которой приведены радиус кольца (колонка 1), |
|эллиптичность изофот 1 - b / a (колонка 2) и позиционный угол галактики |
|(колонка 3). Занести данные в таблицу и рассчитать с помощью команды |
|compute/table наклон плоскости галактики. |
|Примечание: Использовать при работе с командой find/posinc файлы изображений в |
|интенсивностях, и только в одном фильтре, лучше в полосе I, т.к. в этом случае |
|вклад от неравномерно распределенных областей звездообразования минимален. |
|Вывести на графический экран зависимости позиционного угла и наклона плоскости |
|от расстояния до центра галактики (команды plot/table, set/graphics), и перевести|
|их в postscript-файлы командой copy/graphics. Удобный формат осей на графике |
|можно задать командой set/gra yaxis=... xaxis=... |
| |
|В качестве значений позиционного угла и наклона обычно принимают величины, |
|получаемые для внешних областей галактики, т.к. во внутренних областях на форму |
|изофот влияют балдж, спиральные рукава и часто бар. Используя выбранное значение |
|позиционного угла, повернуть с помощью команды rebin/rotate изображения во всех |
|диапазонах (в звездных величинах) так, чтобы большая полуось галактики была |
|параллельна оси X. |
|Построить фотометрические разрезы вдоль большой оси галактики в четырех фильтрах |
|на графическом экране (команды set/gra, plot/row, overplot/row). |
|С помощью команды plot/column (или overplot/column) построить фотометрический |
|разрез вдоль малой оси в фильтре V и сравнить его на том же графике с разрезом |
|вдоль большой оси в том же фильтре (команды set/gra, overplo/row). Распечатать |
|график (с помощью set/gra, copy/gra). |
| |
|Создать с помощью comp/image файлы показателей цвета B-V, V-R, V-I, R-I |
|галактики, вывести их на экран дисплея (команда loa/ima), построить и затем |
|распечатать разрезы карт показателей цвета вдоль большой оси галактики (используя|
|команды clear/display, set/gra, plot/row, overplot/row, copy/gra и др.). |
| |
|Определить интегральную звездную величину и показатели цвета галактики. Для |
|этого необходимо по изображениям в интенсивностях вычислить командой |
|integrate/aperture с ключом CURSOR интегральные интенсивности со всей площадки, |
|занимаемой галактикой. Площадку выбрать так, чтобы яркие звезды поля в нее не |
|попадали. Одна из звезд поля проецируется на бар. Ее интенсивность необходимо |
|найти (с помощью команды magnitude/circle - так же, как определялись |
|интенсивности звезд-стандартов Ландольта) и вычесть из светимости галактики |
|светимость звезды. Эти операции необходимо проделать для изображений галактики в|
|интенсивностях во всех четырех фильтрах. Пересчитать полученные данные потоки в |
|звездные величины. Рассчитать интегральные показатели цвета. |
| |
|Проделать аналогичные действия для определения показателей цвета ядра, бара, |
|кольца, диска и спиральных ветвей галактики. Для бара, кольца и диска выбирать по|
|несколько площадок и сложить затем значения потока (для получения среднего |
|цвета). На карте изофот схематично нарисовать местоположения площадок, в которых |
|были проведены измерения. |
|Примечание: Размеры и положения площадок во всех фильтрах должны быть |
|одинаковыми. |
| |
| Найти абсолютную звездную величину галактики в фильтре B по формуле |
|[pic] |
| |
|где D - расстояние до галактики в парсеках, [pic] - галактическая экстинкция, |
|[pic]- внутреннее поглощение в NGC 6217. Для NGC 6217: D = 20.6 Мпс, [pic], |
|[pic]. |
| |
| |
| |
|Результаты |
| |
|В качестве результатов представляются следующие данные: |
|Интегральная звездная величина и показатели цвета NGC 6217 m(B), B - V, V - R, V |
|- I, R - I. |
|Абсолютная звездная величина M(B). |
|График изменения позиционного угла и наклона плоскости галактики с расстоянием до|
|центра. Принятое в работе значение позиционного угла и наклона. |
|Разрезы изображения в фильтре V по большой и малой осям. |
|Карты изофот галактики в различных фильтрах и карты показателей цвета. |
|Средние показатели цвета m(B), B - V, V - R, V - I, R - I ядра, бара, кольца, |
|диска и спиральных ветвей галактики. Указать, каким спектральным классам звезд |
|они соответствуют. |
|Примечание: Переведен в формат postscript и распечатан должен быть только рисунок|
|с разрезами вдоль осей. Остальные рисунки распечатываются только по |
|договоренности с преподавателем и должны быть показаны на дисплее. |
| |
| |
| |
|Приложения |
|Общие команды и возможности Linux и X-windows |
|Если перед вами находится терминальное окно с приглашением вида |
|Welcome to Linux 2.7.48 |
|Osiris login:, |
|то введите логин и затем пароль [сообщается преподавателем]. |
|В результате вы попадете в терминальное окно с приглашением. |
|Загрузите X-windows, набрав startx &. |
|X-windows загружается в оптимальный графический режим. Однако, вам может |
|понадобиться изменить текущее графическое разрешение. Это можно сделать, нажав |
|Ctrl Alt Grey+ (или Ctrl Alt Grey-). Графические моды меняются по очереди, как |
|правило их 3-5. |
| |
|Примечание: Предыдущие шаги могут быть проделаны заранее преподавателем. |
| |
|По окончании загрузки X-windows в левом нижнем углу появятся иконки с несколькими|
|полезными программами. |
|Значок терминала - открытие дополнительного окна терминала. |
|Значок калькулятора - вызов калькулятора. |
|Значок привидения - вызов программы gv для просмотра postscript-файлов. |
|По-другому, можно набрать в терминале |
|gv имя_файла.ps & |
|и вы также сможете просмотреть ps-файл. |
| |
|В ходе работы вам может понадобится текстовый редактор. Один из простейших - joe.|
|Наберите |
|joe имя_файла_существующего_или_нового |
| |
|Кратко о командах joe: |
|Ctrl K H - help, подсказка. |
|Ctrl K D - спасти файл под именем (запрашивает) без выхода из него. |
|Ctrl K X - спасти файл и выйти из него. |
|Ctrl C - выход без спасения (на вопрос ответить Y) |
|Полезные команды для работе в терминальном окошке |
|Просмотр текущего каталога ls |
|Просмотр текущего каталога со всеми скрытыми файлами и полной информацией ls -la |
|Определение текущей директории pwd |
|Копирование cp старый_файл новый_файл |
|Удаление файла rm ненужный_файл |
|Переименование mv старый_файл новый_файл |
|Переход с другую директорию cd имя_директории |
|Примечание: корень домашней директории для данного пользователя обозначается |
|тильдой ~ и переход в корень с любого места осуществляется командой cd ~/ |
|Удаление директории rmdir имя_директории |
|Печать постскрипт-изображения или простого текстового файла lpr имя_файла |
|Выход из терминала exit |
| |
|Кроме того, обратите внимание на работу клавиши Tab в терминале. При неполном |
|введении системной команды, или имени файла и т.п. при нажатии на Tab вы получите|
|либо автоматически напечатанное полное слово, либо звуковой сигнал, означающий, |
|что есть несколько вариантов. В этом случае при втором нажатии на Tab вы получите|
|список вариантов. Это сильно упрощает введение длинных имен файлов и команд. |
| |
|X-windows поддерживает копирование текста с помощью мышки. Выделите текст |
|(например, длинное имя файла) с помощью левой клавиши мышки. При нажатии на |
|среднюю клавишу текст скопируется в активное окно, где в данный момент мигает |
|курсор. Чтобы сделать окно активным, просто наведите на него курсор мышки. |
| |
|После окончания работы закройте все программы и окна терминалов, набрав в них |
|exit. |
| |
|Примечание: В некоторых случаях работа с MIDAS осуществляется на удаленном |
|сервере. Тогда все команды, вводимые с терминала, будут действовать так же, как и|
|на локальной машине. Иконки локального X-windows будут открывать соответствующие |
|приложения на локальной машине. Вход на сервер предоставляется преподавателем. |
| |
| |
|Краткое описание MIDAS |
|Команды вводятся в терминале, где запущен MIDAS, заканчиваются нажатием клавиши |
|Enter. Нажав Enter без команды вы получите список последних 15 введенных команд. |
|Нажимая "стрелку вверх" на клавиатуре можно просмотреть более, чем 15 последних |
|команд (как правило 100). Копирование с помощью мыши и "спеллинг" с помощью |
|клавиши Tab также работают и в терминале MIDASa. Команды могут вводиться как в |
|верхнем, так и в нижнем регистре. Это не имеет значения (в отличие от команд в |
|терминале X-windows). Также вместо полной команды может использоваться сокращение|
|в том случае, если MIDAS поймет его однозначно. Например, cl/ch o суть то же |
|самое, что и CLEAR/CHANNEL OVER. Полную справку по любой команде MIDAS можно |
|получить, набрав в нем help название_команды. |
|Формат изображений у MIDAS свой собственный, файлы с расширением bdf. Расширением|
|plt обычно обозначаются таблицы в собственном формате MIDAS. |
| |
| |
|Запуск MIDAS |
|inmidas |
|inmidas -p 01 - Запуск MIDAS в параллельном режиме. Пройдет также и команда |
|inmidas, по умолчанию запускающая сессию номер 00. |
|gomidas - запуск MIDAS с охранением настроек и предыдущих 15 команд от последней |
|сессии. |
|helpmidas - интерактивная справочная система по командам MIDAS. |
| |
|Команды MIDAS |
|ALIGN/IMAGE - команда подсчитывает коэффициенты трансформации (смещение, угол |
|поворота и масштаб) для изображения, используя таблицы с определенными |
|координатами реперных точек для рабочего изображения и изображения-ссылки. |
|align/image intab reftab |
|intab - имя таблицы с определенными координатами реперных точек рабочего |
|изображения; |
|reftab - имя таблицы сопределенными координатами реперных точек |
|изображения-ссылки; остальные ключевые слова в данной задаче не используются. |
|Пример: align/image galb galr. Рассчитываются коэффициенты трансформации для |
|таблицы galb.tbl с определенными реперными точками рабочего изображения |
|относительно таблицы galr.tbl с определенными реперными точками |
|изображения-ссылки, используя значения колонок :XCEN, :YCEN соответствующих |
|таблиц. |
| |
| |
|BYE - команда завершения работы в MIDASе и возврата в исходную систему. |
|Пример: bye |
| |
| |
|EXIT - то же самое. |
| |
| |
|CENTER/GAUSS - команда определяет координаты центров звезд, аппроксимируя их |
|профили двухмерной гауссианой