FRIPON-NL: Extending the French all-sky fireball camera network to The Netherlands

By: Detlef Koschny, Andrea Toni.

The Fireball Recovery and InterPlanetary Observation Network (FRIPON) is currently operational in France and includes about 100 cameras. Based on the French FRIPON system, a new fireball camera network is currently being extended to the Netherlands, offering new opportunities for scientific research, fireball detections and even meteorite recovery.

Figure 1: The FRIPON camera installed on top of ESA/ESTEC in Noordwijk.

FRIPON is an all-sky camera network with the aim of detecting fireballs and computing their trajectories. By computing the ‘dark flight’ of surviving pieces of the meteoroid, the location (strewn field) of meteorites from the fireball can be predicted. This is the ultimate goal of the project, funded by the French National Research Agency: to find meteorites on the ground and link them, via the orbit determined from the observation of the fireball, to its parent object. The IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides) in Paris has developed and commercialized the camera hardware, installed a central server, and designed the detection and data processing software. Almost 100 cameras are operational in France, and the data processing part is in the final stages of implementation.

The Meteor Research Group at ESA’s Science Support Office is currently operating a double-station meteor camera system on the Canary Islands called CILBO (Canary Islands Long-Baseline Observatory). It records meteors down to fainter than magnitude 5. It will saturate for meteors brighter than magnitude 0. To extend our observations to larger objects, or brighter magnitudes, we decided to get started with all-sky fireball cameras. Rather than developing our own system we decided to use something which already exists. Due to existing contacts to the IMCCE, we decided that we would expand the FRIPON system to the Netherlands.

Science rationale

The initial science rationale of FRIPON was to increase the number of meteorites found in France and to link them to their parent bodies. This can be done by observing fireballs – propagating their trajectory backwards will allow to determine their orbits in the Solar System; extrapolating the flight path forward, taking into account wind direction and speed, allows the prediction of the location of any meteorites from the fireball.

For us the science rational for using a FRIPON-based system differs. At the Meteor Research Group of ESA, we have been working on the flux density of meteoroids, i.e. how many meteoroids enter the Earth’s atmosphere per area and time. We did this by using data from our double-station meteor video camera system on the Canary Islands (CILBO). For meteors brighter than about magnitude 0 this system will go in saturation. Depending on the material and the velocity of the object, this corresponds to meteoroid diameters of about 2 mm to about 3 cm. With the data from FRIPON, the flux densities of larger objects can be determined.

Another important potential science result will be to compute the luminous efficiency. This is the percentage of kinetic energy of the meteoroid which is converted to light. I.e., if I want to compute the mass (or size) of a meteoroid from the magnitude, I need to know this number. With just the brightness curve of a meteor, this value cannot be determined. For our CILBO setup, we have used values obtained by simultaneous observations with video and radar systems performed in Canada. Another determination method is to take the deceleration of the meteor into account. The deceleration is best seen for objects larger than what we can detect with CILBO. FRIPON regularly observes this deceleration and allows the determination of the luminous efficiency without requiring another detection technique.

The camera hardware

The FRIPON camera currently installed on top of ESA/ESTEC in Noordwijk is shown in Figure 1; the complete hardware including the computer can be seen in Figure 2. The camera itself is a Basler aca1300-30gm digital camera (older systems have a DMK23g445) operated at 25 frames per second. It is installed in a protective housing with an optical quality transparent dome on top. The camera housing is less than 10 cm in diameter and about 15 cm in height. It is manufactured by the company Shelyak, it costs about 1200 Euro. The included mounting hardware allows it to be installed either on a flat surface or attached to a pole not more than 5 cm in diameter. It has a short Ethernet pigtail cable for connection to the computer.

The power is provided via the same cable. This requires a ‘Power-over-Ethernet’ capable router when connecting the camera. If needed, the camera cable can be extended via a ‘Cat-6’ Ethernet cable to connect to a PoE-capable router. The router connects the camera to the computer and the internet. In principle any computer can be used. We use a ‘NUC’, a ‘Next Unit of Computing’ machine, a very compact computer only about 10 x 10 x 5 cm in size. When purchased with the correct solid state harddisk, the complete software system can be installed via a disk image.

The system does not have a keyboard or monitor – it connects to a server in France and is only accessible remotely via the French computer. If we want to see our own computer, we have to log into the server in France, only from there we can access it. The reason is explained in the section on data processing.

Figure 2: The complete hardware. The camera can be seen on the bubble foil to the left. The black box with the labels is the Power-over-Ethernet router with power supply. To the right the ‘NUC’ computer. This is a system intended for installation in Germany. The NUC for the ESTEC camera can be seen in the background.

Data processing

The NUC reads the image data coming from the camera in real time. Detection software identifies events – it searches for bright objects which move in a straight line. It has some filters, e.g. to reject objects which move too slow. Still, it may detect not only fireballs, but also airplanes or other things. All detections – typically a few per night – are directly sent to a server in Paris, France. There the data from all French, Belgian, and German cameras is collected. An ‘event’ is generated when 3 or more cameras have detections at the same time.

The direct connection to Paris is the reason that the computer cannot be accessed directly – this would violate the security rules, as it might allow hackers to enter the French network. The system sends out email messages once per day, summarizing all events which have been created in the last night. It should also compute the trajectory relative to the ground, the orbit, and potential locations for meteorites. This last part, however, is not yet fully operational.

Status in the Netherlands

To get acquainted with the FRIPON system, we installed a camera on top of ESA’s technology center ESTEC, in Noordwijk, Zuid-Holland. The already mentioned software security regulations exist also at ESA. Therefore, we initially had issues to connect to the Paris network. We finally installed the router in a ‘de-militarized zone’ in our science network. Private networks seem to have no problem – we managed to install and connect the second camera in Oostkapelle within a few hours in an afternoon in November 2017.

These are the two cameras currently in operation in the Netherlands. Figure 3 shows the location of the two stations in green. In addition to Klaas Jobse, who hosts the station in Oostkapelle, we have agreements with Felix Bettonvil (Dwingeloo), Jos Nijlands (Benningbroek), Arnold Tukkers (Lattrop) and Sebastiaan de Vet (Tilburg) to host additional cameras. One camera, funded by the University of Oldenburg, Germany, has been set up in Groningen. We are still looking for hosts for a few more stations. From an internal ESA grant, we have received funding to purchase a few more cameras and additional hosts are still needed. If somebody is interested in Gelderland, contact me! After this  initial expansion, we would like to add additional cameras roughly at the transparent-yellow locations on the map.

Figure 3: Existing and planned camera stations. Green: cameras in place; orange: to be installed in 2018. Yellow/transparent yellow: host still needed.

The first large fireball which we have recorded happened just before my presentation of the camera at last year’s International Meteor Conference, on 21 September 2017 (Figure 4, see also this web article). Before that, we had seen three faint events, always together with the camera in Brussels and one or two other stations in Belgium. However, for a fireball to be observable from both Brussels and Noordwijk it has to be about half way between the two stations and will be low on the horizon from both. Oostkapelle is in a much better distance of about 100 km and we now expect typically one to two fireballs per month.

Figure 4: Fireball over ESTEC on 21 Sep 2017. This event was also recorded by the FRIPON cameras in Brussels/Belgium and Lille/France.

Open points

The cameras are operated in a ‘hands-off’ manner, i.e. the host doesn’t really need to do anything. All the detection and event correlation are done automatically. Still, typically the hosts – like the authors – are interested in accessing the data of their camera directly. Sometimes people ask ‘did you see anything at time xx:xx’ and it would be nice to quickly check the data. While this is possible, logging in via the French server and transferring data is tedious. We are currently setting up a system where all data of the Dutch stations is pushed to an ftp-server hosted at ESA. We are in the process of testing the system, but it is not yet operational.

As mentioned before, the more detailed parts of the software, e.g. the computation of the orbit or prediction of potential meteorite fall areas are not yet final and not yet easily accessible. Together with two Ph.D. students working at the University of Oldenburg, we are involved in the data processing and preparing scientific data analysis routines. In particular we are interested in being quickly informed in a fireball before we read about it in the news.

Summary

FRIPON-NL is in the process of being set up. Currently, two cameras are operational, with 3 more where hosts have been identified. Funding for more cameras is available. Once installed, the network will link together the French and Belgium cameras with those in northern Germany.

The cameras have demonstrated that they can detect fireball events. The data processing – computing the trajectory relative to the Earth, orbits, and possible meteorite fall locations – still needs to be finalized by our French colleagues. ESA is involved from a scientific point of view and to be able to get fast alerts after a fireball has happened.

The cameras have shown to be robust and reliable, and we expect to be able to cover the complete Netherlands by 2019. The network is very complementary to e.g. the CAMS system, which is optimized for fainter meteors, or the three cameras of the German ‘EN’ network which give better positional accuracy but no time information.

We are looking for a few more hosts for cameras, so if you are interested in providing scientifically useful data, please contact the authors.


Detlef Koschny and Andrea Toni work at the Meteor Research Group of the Science Support Office of the European Space Agency, situated at its technical establishment ESTEC in Noordwijk, The Netherlands

Lees hier de Nederlandstalige vertaling van dit artikel.

Eerste meteorencamera van Nederland

Op 7 augustus 2018 is het 65 jaar geleden dat in Nederland de eerste meteoor werd gefotografeerd. De camera waarmee dit gebeurde, wordt in het meteorietenweekend van 2-3 juni tentoongesteld.

Eigenhandig ontwierp en bouwde Machiel Alberts in de jaren na WOII een fotocamera om er meteoren mee te bestuderen. Van de Utrechtse astronoom Kees de Jager kreeg Alberts hiervoor verschillende lenzen, om er de beste van uit te kiezen. Vervolgens bouwde hij een camerabehuizing voor een 6×9 cm filmcassette die hij voorzag van een vizier om de camera op de hemel te richten. Het innovatieve van het ontwerp zit in de ‘vlinder’ die Alberts in de camera integreerde. Dankzij het ingebouwde elektromotortje draait de vlinder, zodat de rondraaiende schijf de belichting van de film onderbreekt. Het meteoorspoor wordt hierdoor in streepjes op de foto afgebeeld, waarmee de snelheid van de meteoor bepaald kan worden. De camera van Alberts heeft naast zijn historische ook een symbolische waarde, vooral voor de creatieve kant van het meteooraarnemen. Het tinkeren aan foto- en meetopstellingen is immers nog altijd onlosmakelijk verbonden met deze hobby.

Meteoorwaarnemer Machiel Alberts (foto ca. 1967). Alberts is hier gezeten achter zijn zelfgebouwde meteorencamera, waar de ronddraaiende vlinder en het vizier van de camera goed zichtbaar zijn.

Tentoonstelling tijdens meteorietenweekend

Op 7 augustus 1953 slaagde Alberts er in om met zijn zelfgebouwde camera de eerste foto van een meteoor te maken. In het meteorietenweekend van 2-3 juni staan we daarom ook alvast stil bij het 65-jarig jubileum van de eerste meteorenfoto. Dat doen we o.a. met de expositie van de Alberts-camera, die dan voor het eerst door het publiek te bekijken is. Kom langs en laat je inspireren door de ontwikkeling van de meteoorfotografie in de decennia daarna. Alle details over de activiteiten in het Utrechtse meteorietenweekend zijn online te vinden op:

www.sonnenborgh.nl/meteorietenweekend

LEES VERDER:

Allsky-camera van een andere soort

Door: Marco Verstraaten

Voor mijn sterrenwacht thuis was ik op zoek naar een allsky-camera. De AAG Cloudwatcher had ik al. Daar kun je vrij duidelijk aflezen of het bewolkt is of niet. Toch wou ik als bevestiging een visuele weergave. Ik ben niet van de cijfers, maar meer van de foto’s. Een mooie bijkomstigheid is dat een allsky-camera zich naast dit gebruik óók goed leent voor het waarnemen van meteoren en vuurbollen.

Nu bestaan er natuurlijk kant-en-klare allsky-systemen die voor mijn vraag bruikbaar zijn, zoals de monochrome Starlight Xpress Oculus, gebaseerd op hun “Superstar” camera. Ook het bekende merk SBIG heeft een behoorlijke kostbare monochrome allsky-camera, maar daar houdt het wel een beetje mee op. Als je verder googled, dan vind je ook wat oudere systemen, gebaseerd op videocamera’s, maar daarvan is de resolutie beperkt, nog los van de techniek die gedateerd is. Waarschijnlijk is de vraag naar dit soort allsky-camera’s laag, aangezien deze camera’s inmiddels niet meer verkocht worden. Het lijkt mij dat het sowieso een beperkte markt is, maar wellicht is die groeiende. Steeds meer amateurs “gaan remote”, wat wil zeggen dat een fotografische opstelling permanent op een donkere plek wordt geplaatst en op afstand wordt bediend. Het is nu eenmaal zo dat de techniek achter deze remote opstellingen de laatste jaren veel toegankelijker is geworden. De amateur-astrofotograaf van tegenwoordig is inmiddels een gedwongen halve IT-er, dus de raakvlakken met techniek worden ook steeds groter.

Wat is eigenlijk een allsky-camera?

Simpelweg is dit een camera die bij voorkeur de volledige hemel kan fotograferen. Dan ontkom je niet aan het gebruiken van een fisheye lens. Er is hier een aantal mogelijkheden: zo kun je denken aan de simpele videocamera. Nadeel is de beperkte beeldresolutie, maar ook de geringe CCD-oppervlakte. Die CCD-afmeting zorgt ervoor dat de projectiecirkel voor de lens zeer klein moet worden, wat weer zeer zware eisen aan de optiek stelt om een scherp plaatje te kunnen genereren. Dan is er daarnaast ook nog de allsky-camera van de gevorderde meteoren- en vuurbollenfotograaf. Zij gebruiken tegenwoordig DSLR camera’s met fisheye lenzen. Hiermee heb je een geweldige kwaliteit, maar dit is ook een dure oplossing.

Wat was mijn specifieke wens?

Ik was op zoek naar een allsky-camera welke een goede beeldkwaliteit levert, maar ook een handelbare bestandsgrootte. Want ik wilde dat het vastgelegde bestand automatisch werd ge-upload naar mijn website. Met alle weerdata en dus daarbij ook een foto van de hemel, geeft dat een goede weergave van de weersituatie. Dat is ideaal voor een remote sterrenwacht, maar ook om gewoon thuis goed te kunnen zien of waarnemen zinvol is. Gezien de grote aanwas van privé-sterrenwachten, verwacht ik dat deze aanpak voor meer amateurs interessant is.

In mijn zoektocht naar de oplossing was mijn oog gevestigd op de “gewone” astrocamera’s. De planetencamera’s van tegenwoordig zijn ook verkrijgbaar met grotere CCD-afmetingen. Met de juiste fisheye-lens zou dit een goede en betaalbare optie kunnen zijn. Mijn keus viel op basis van een lens die ik bij toeval op internet tegenkwam: een Fujifilm fisheye-lens met een kleine projectiecirkel.

De camera die hierbij zou moeten horen zou minstens 1/2 inch moeten zijn, of specifieker: de korte zijde zou 5 mm lang moeten zijn. Uiteindelijk vond ik ook nog een tweedehands ZWO ASI178mc kleurencamera. Met de Fuji-lens zou ik iets beeld verliezen op de korte zijde, waardoor er een klein gedeelte van het beeld zou verliezen. Het was een prima compromis. De 6-megapixel CCD geeft een behoorlijk goed beeld en de gevoeligheid is zeer goed on andere door gebruik van een back-illuminated CCD-ontwerp met hoge QE (quantum efficiency).

Resultaat van een opname met de ASI178mc. Er zijn al veel sterren zichtbaar op een 30 seconden belichte opname. Foto: Marco Verstraaten
Een volledige nacht opnamen gestapeld tot één langbelichte opname. Foto: Marco Verstraaten.

Software

Dan komt de vraag: wat is er beschikbaar qua software om automatisch te kunnen opnemen, maar ook te kunnen opslaan om vervolgens de meest recente foto te uploaden naar je website? Helaas is die schaars. Ik heb er lang naar moeten zoeken. Een tijdje heb ik een software pakket gebruikt, of liever gezegd een klein gedeelte hiervan. Maxpilote, software voor het automatiseren van je sterrenwacht, heeft een plugin voor een allsky-camera. Echter, de beperkingen voor het instellen van de camera gaf me redenen om naar wat anders te zoeken. Het software pakket AllSkEye van de Starlight Xpress Oculus heeft wel betere opties voor de beeldverwerking, maar die was puur geschreven voor deze camera.

De programmeur van deze software heeft de software geschreven op eigen initiatief. Na een persoonlijk contact, ging hij de mogelijkheden bekijken voor andere opties. Al snel had hij de basis voor ASCOM ondersteuning, en ja, dan gaat er ineens een wereld open. Immers, voor vrijwel iedere astrocamera is wel een ASCOM-driver beschikbaar. En inderdaad, na wat testen en aanpassingen is AllSkEye het programma wat de ZWO ASI camera (ook in kleur) perfect aanstuurt. Inmiddels is er ook een driver voor ZWO ASI camera’s beschikbaar hoewel de ASCOM-aansturing ook prima voldoet.

De vastgelegde bestanden worden opgeslagen in FIT-formaat en het laatste beeld wordt als JPEG geconverteerd waarna het vorige beeld word overschreven. De tijdpauzes hiervoor zijn instelbaar. Daarnaast zit er een volledige FTP-engine ingebouwd in de software die dit laatste bestand, ook weer met een desgewenste frequentie, upload naar jouw gekozen server. De implementatie van het tonen van dit bestand op een website is daarna eenvoudig.

De mogelijkheden van AllSkEye zijn enorm. Zo kunnen er ook opnamen met meteoren mee worden onderschept. Deze frames worden automatisch in een andere folder geplaatst zodat je niet door alle opgeslagen bestanden hoeft te bladeren. Vaak zitten hier ook “vals alarm” opnamen bij, maar dat zijn dan in ieder geval al een stuk minder bestanden. Er zijn veel mogelijkheden voor finetuning van dit gedeelte van de software. Hoewel ik hier nog geen ervaring mee heb, ga ik er vanuit dat hier door enthousiaste meteoorwaarnemers veel vooruitgang geboekt kan worden.

Beschutting tegen de weerselementen

De combinatie van de hardware en software was dus gemaakt. Nu resteerde alleen de behuizing nog. Ik ging voor simpel. Met wat PVC-verloopstukken is het eenvoudig om een behuizing te maken. De plastic halve bol (of: dome) vond ik in een knutselwinkel. Voor een paar euro koop je daar doorzichtig plastic bollen die uit 2 helften bestaan. Het loonde wel om wat van deze bollen op afbeeldingsfouten te controleren. Het is natuurlijk geen optische perfectie. Met wat montagekit was de dome zo te bevestigen op het PVC. Gebruik geen hardplastic lijm, dat geeft stress in het plastic en veroorzaakt scheuren. Uiterst belangrijk is natuurlijk om het geheel op waterdichtheid te testen. Eventueel is via het web een alternatief te vinden in de vorm van domes die worden gebruikt voor beveiligingscamera’s, of is er bij een kunstofwinkel een halve bol (al dan niet met flens) te krijgen. Een paar weerstanden met een 12-volt adapter zorgt voor de benodigde verwarming om dauw op de dome te voorkomen. Een tijdschakelaar zet de verwarming alleen ’s nacht’s aan. Naast de USB-kabel gaat er dus ook een kabel naar de camera voor de verwarming. Bij gebruik van een actieve USB-kabel kun je langere lengtes overbruggen zodat de camera ook verder van de PC geplaatst kan worden. Zo gebruik ik momenteel 12 meter USB-kabel. Controleer wel het vermogen van de stroomuitgang op de USB-poort van je PC, zodat de camera voldoende spanning krijgt om te functioneren.

De camera in zijn behuizing. Foto: Marco Verstraaten.

Het eindresultaat

De uiteindelijke kosten voor mijn allsky-camera zijn om en nabij de 370 euro. De Oculus wordt verkocht voor 1000 euro, dus dat verschil is een leuke middag knutselen wel waard. Daarnaast heb ik een beeld met een veel hogere resolutie en dan ook nog in kleur en met de komst van de ASCOM ondersteuning in AllSkEye zijn vele camera’s interessant om te gebruiken. Zelfs budget autoguiders komen in aanmerking. Tegenwoordig wordt bij veel van deze camera’s al een “meteorenlens” geleverd. Een goedkope fisheye lens. Laagdrempelig en leuk om dus te proberen! Op 21 september illustreerde het systeem zijn potentie voor de meteoorwaarnemer, toen het de prachtige vuurbol vastlegde die rond 21:00 dwars over Nederland trok.

De klapper! De vuurbol van 21 september 2017 was groot nieuws en mijn allsky-camera had deze perfect vastgelegd! Foto: Marco Verstraaten / RTL Nieuws.

Voor mijn remote sterrenwacht in Zuid-Frankrijk is inmiddels een 2e camera in de maak op basis van een Altair Astro 178 kleuren camera. Deze camera heeft dezelfde CDDals de ZWO ASI178mc. Het voordeel van de Altair Astro camera is dat de USB-aansluiting op de achterkant van de camera zit, welke daardoor een minder grote behuizing nodig heeft.

Links naar software en toepassingen: