Prijsbewuste petrologie: meteorietslijpplaatjes bekijken op een klein budget

Het bestuderen van meteorieten onder een geologische microscoop geeft een fascinerend beeld van de mineralen en de structuren van het gesteente. We schreven er op de website al uitvoerig over. Heb je per se een petrologische microscoop nodig om slijpplaatjes te bekijken? Zeker niet, want polarisatiefilters voor fotocamera’s blijken een prima alternatief voor wie het écht simpel wilt houden.

Slijpplaatje kun je eenvoudig bekijken tussen twee polarisatiefilters met behulp van een handlens. Een relevante vraag is welke filters daarvoor geschikt zijn, of wáár je deze filters vandaan haalt. Polarisatiefilters zijn op grote schaal verkrijgbaar als filters die je voor de lens van je fotocamera schroeft. Deze polarisatiefilters lijken dus een handige optie te zijn. Wie het goed wilt aanpakken zou dus het liefst gebruik maken van lineair gepolariseerde filters, net zoals de filters die in geologische microscopen worden gebruikt. Echter, een van de verworvenheden van de moderne digitale DSLR camera’s is de autofocus en de lichtmeting door de lens. Deze twee functies worden verstoord bij gebruik van een lineair polarisatiefilter. Het alternatief voor het lineaire filter is het circulaire polarisatiefilter dat net wat anders werkt en daardoor de voorgenoemde autofocus- en lichtmeetproblematiek het hoofd weet te bieden. Het gevolg is dat de lineaire filters door de populariteit van de DSLR’s beperkter verkrijgbaar zijn dan hun circulaire soortgenoten. Zijn de circulaire polarisatiefilters een alternatief en geven ze door hun andersoortige werking wel resultaat? We namen de proef op de som en testte of de circulaire polarisatiefilters óók geschikt zijn om slijpplaatjes te bekijken.

Circulaire polarisatiefilters bedoeld voor de DSLR. Met een diameter van 62 mm kun je een slijpplaatje (doorgaans 45×22 mm groot) tussen de twee filter plaatsen, waarna je de twee filters op elkaar schroeft voor gebruik. Foto © Werkgroep Meteoren.

Proef op de som

Op de onderstaande foto is een exemplaar (een ‘individual’) van een SaU 001 meteoriet te zien, met een kenmerkende zwartgeblakerde smeltkorst. Het slijpplaatje op de afbeelding is afkomstig van een ander fragment. Dit flinterdun geslepen meteorietplakjes is slechts 30 micrometer dik: dun genoeg dat licht dóór het gesteente heen valt. Hierdoor is het mogelijk om het plakje met doorvallend gepolariseerd licht te bestuderen. Dit is dan ook een veelgebruikte aanpak waarmee geologen tal van gesteenten onder een petrologische microscoop bestuderen om ze aan een classificatie te onderwerpen. Je leest elders op onze website wat meteorieten op deze manier prijsgeven.

Sayh al Uhaymir 001 met slijpplaatje. Deze gewone steenmeteoriet (chondriet) is afkomstig uit de woestijn van Oman. Rond het jaar 2000 werd er rond de 450 kg van deze meteoriet geborgen. Ze classificeren als L4/5 en bevatten verschillende soorten chondrulen. Foto © Werkgroep Meteoren.

Een wezenlijk verschil tussen de lineaire en circulaire polarisatiefilters is de manier waarop de lichtgolven worden gefilterd. Zo is het beeld door gekruiste lineaire filters geheel zwart. Immers, de polarisatierichting van de onderlinge filters verschillen in gekruiste toestand 90 graden. Het licht wordt in één golfrichting doorgelaten door het eerste filter, maar niet door het tweede omdat ze gekruist zijn. In tegenstelling tot het lineaire filter, zorgt het circulaire filter dat de lichtgolf een draaiing ondergaat en op basis van die eigenschap wordt weggefilterd. We laten te onderliggende natuurkunde even achterwegen (details zijn hier te lezen), maar het effect is dat het beeld van twee gekruiste filters niet donker maar juist geel- of blauwkleurig wordt, al naar gelang de draaiing van het ene filter ten opzichte van de andere. De onderstaande foto illustreert het effect.

Het slijpplaatje tussen twee circulaire polarisatiefilters. De verschillende sneden geven een idee van de veranderingen die optreden in het beeld zodra een circulair polarisatiefilter wordt gekruist en gedraaid. Foto © Werkgroep Meteoren.

Heeft dit dan ook invloed op de manier waarop we naar een slijpplaatje kijken? Dat hangt er vanaf hoe je het bekijkt. Bij een geologische microscoop die werkt met lineaire polarisatie wordt het licht eerst gepolariseerd voordat het door het slijpplaatje valt. Zodra dat licht door het slijpplaatje valt, beïnvloeden de mineralen in het gesteente de verdraaiing van de lichtgolven, en pas met het tweede filter zien we het effect (daarom wordt het tweede filter ook wel de ‘analysator’ genoemd). Bij het gebruik van circulaire polarisatiefilters is de werking niet wezenlijk anders. Net als met lineaire polarisatie wordt het doorvallende licht gefilterd zodat bepaalde mineralen in een andere kleur oplichten. Kwantitatief gezien is er dus een verschil: je kunt de mineralen met een circulair gepolariseerd filter immers niet op dezelfde gestructureerde wijze bestuderen als met de lineaire filters in een petrologische microscoop. Kwalitatief gezien, heeft het gebruik van circulaire polarisatiefilters geen groot nadelig effect op het zichtbaar maken van verschillende mineralen en structuren.

Alles dat je nodig hebt voor een budget-opstelling voor het bekijken van slijpplaatjes. Uit onze test blijkt dat je kunt volstaan met een tweetal circulaire polarisatiefilters (62 mm diameter is aan te bevelen) en een goede handlens die 10x tot 15x vergroot. Foto © Werkgroep Meteoren.

Net als met lineaire polarisatie zie je met een circulaire polarisatiefilter de verschillende mineralen en structuren óók in andere kleuren oplichten en van kleur verschieten tijdens het draaien van de filters. Porfirische chondrulen lijken net op een bonte verzameling confetti, terwijl de traliechondrulen hun kenmerkende kleurrijke strepenpatroon vertonen. Het resultaat is dus vergelijkbaar met de lineaire polarisatiefilters, alleen fysisch gezien is het dus nét iets anders.

Traliechondrule in het SaU 001 slijpplaatje. Het resultaat van de opstelling met circulaire polarisatiefilters: een detailopname uit het slijpplaatje van de SaU 001 waarin o.a. traliechondrulen zichtbaar zijn. Deze macrofoto is gemaakt met de ‘omgekeerde lens methode’. Hierbij is een primelens met een omkeerring op de DSLR camerabody gemonteerd om er een macrolens van te maken. Foto © Werkgroep Meteoren.

Het eindoordeel

Al met al blijken de circulaire polarisatiefilters een prima optie voor wie zijn eerste stappen wilt zetten met het bestuderen van (meteoriet)slijpplaatjes. Met een handlens die een vergroting van 10x tot 15x geeft, kun je al naar de intrigerende kleuren en structuren van chondrulen turen. Zo kun je dus voor enkele tientjes op eenvoudige wijze slijpplaatjes in gepolariseerd licht bekijken om fascinerende eigenschappen van meteorieten te ontdekken.  Wellicht is deze simpele opzet een mooie opmaat naar een nieuwe hobby met een échte geologische microscoop.

Meer lezen:

 


Tekstbijdrage: Sebastiaan de Vet

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.

FRIPON-NL: Frans netwerk van vuurbolcamera’s wordt uitgebreid naar Nederland

Door: Detlef Koschny, Andrea Toni.

FRIPON is het ‘Fireball Recovery and InterPlanetary Observation Network’ dat op dit moment in Frankrijk in bedrijf is met zo’n 100 camera’s. Op basis van het FRIPON-systeem wordt momenteel een nieuw vuurbolcameranetwerk in Nederland uitgerold waarmee nieuwe kansen ontstaan voor wetenschappelijk onderzoek, vuurbolwaarnemingen en meteorietberging.

Figuur 1. De FRIPON-camera op het dak van ESA/ESTEC in Noordwijk.

FRIPON is een allsky-cameranetwerk met het doel om vuurbollen te detecteren om er vervolgens hun banen van te berekenen. Door vervolgens de donkere vluchtfase van overgebleven materiaal te berekenen, kunnen zoeklocaties binnen het strooiveld van de vuurbol worden vastgesteld. Dat is, althans, het hoofddoel van het project dat gefinancierd wordt door het Franse nationale onderzoekagentschap FNRA: meteorieten bergen die met waarnemingen van hun vuurbol te koppelen zijn aan hun bronplanetoïde. Het IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides) in Parijs heeft hiervoor de cameraopstelling ontworpen en doorontwikkeld, een server opgezet en dataverwerkingssoftware ontwikkelt voor de detectie en verwerking van de beelden. Inmiddels zijn 100 camera’s operationeel in Frankrijk en is de ‘data pipeline’ in de eindfase van de ontwikkeling en implementatie.

De meteorenonderzoeksgroep bij het ESA Science Support Office werkt momenteel met een tweetal camera’s die simultaan waarnemen vanaf de Canarische Eilanden, genaamd CILBO (Canary Islands Long-Baseline Observatory). Dit systeem is in staat om lichtzwakke meteoren tot magnitude 5 vast te leggen. Een probleem van de gebruikte camera’s is echter dat ze verzadigen al meteoren helderder zijn dan magnitude 0. Op de waarnemingen uit te kunnen breiden naar grotere objecten (en daarmee heldere magnitudes) is recent besloten om te starten met allsky-vuurbolcamera’s. In plaats van een eigen systeem te ontwerpen heeft het team besloten om bestaande appratuur te gebruiken. Dankzij bestaande contacten met het IMCCE is besloten om het FRIPON netwerk uit te breiden naar Nederland.

Wetenschappelijke motivatie

De oorspronkelijke wetenschappelijke motivatie voor FRIPON, zoals al genoemd, is het bergen van meer meteorieten in Frankrijk en het koppelen aan bronplanetoïden.  Dit kan gedaan worden met het waarnemen van vuurbollen; verleng het lichtspoor achterwaarts om de baan in het zonnestelsel te bepalen, verleng het voorwaarts, rekeninghoudend met windrichting en –snelheid, en je kunt een verwachting maken van de plek waar de meteorieten van een vuurbol zijn neergekomen.

Voor de meteorenonderzoeksgroep bij ESA is de wetenschappelijke afweging beduidend anders. Bij de onderzoeksgroep werken we aan de fluxdichtheid van meteoroïden, of in andere woorden, hoeveel meteoroïden treden de aardse atmosfeer per tijd en oppervlak binnen. Zoals gezegd doen we dit op basis van videowaarnemingen met ons simultaanstation op de Canarische Eilanden (CILBO). Meteoren die helderder zijn dan magnitude 0 zorgen voor de verzadiging van het beeld. Afhankelijk van het materiaal en de snelheid correspondeert dat met meteoroïden van 2 mm tot 3 cm in doorsnede. Met gegevens die we verkrijgen met FRIPON kunnen we ook fluxdichtheden bepalen voor groter objecten dan nu het geval is.

Een andere belangrijke wetenschappelijke reden is het berekenen van het lichtrendement. Dit is het percentage van de kinetische energie van een meteoroïde die omgezet wordt in licht. Met andere woorden, als je de massa (of afmeting) van een meteoroïde wilt bepalen op grond van de magnitude, dan moet je deze waarde weten. Met slechts een lichtcurve van een meteoor is het niet mogelijk om deze waarde te berekenen. Voor onze CILBO opstelling gebruiken we op dit moment de waarde die bepaald wordt op basis van gelijktijdige waarnemingen met video en radar in Canada. Een andere methode om het lichtrendement te bepalen is door de afremming van de meteoor mee te nemen. Echter, deze afremming is het beste waarneembaar voor objecten die te groot (helder) zijn om vast te leggen met CILBO. FRIPON legt daarentegen met regelmaat de afremming vast en maakt het dus mogelijk om het lichtrendement te bepalen zonder dat er een andere detectiemethode nodig is.

De cameraopstelling

De FRIPON-camera die momenteel op het dak van ESA-ESTEC in Noordwijk staat, is te zien in Figuur 1, en alle benodigde apparatuur is weergegevens in Figuur 2. De camera zelf is een Basler aca1300-30gm digitale camera (oudere systemen gebruiken een DMK23g445) die filmt met 25 frames per seconde. De camera is gemonteerd in een behuizing met een transparante koepel van optische kwaliteit en is slechts 10 cm in diameter en 15 cm hoog.  Het camerasysteem is speciaal ontworpen door het bedrijf Shelyak en kost zo’n 1.200 Euro. Met de bijgeleverde montagebeugels is het mogelijk om de camerabehuizing op zowel een vlak oppervlak te plaatsen of te monteren op een paal van minder dan 5 cm in diameter.

Figuur 2. Overzicht van alle hardware voor een FRIPON station. De camera ligt links op het bubbelfolie. De zwarte doos met bekabeling is de Power-over-Ethernet router. Geheel rechts ligt de NUC-computer. Dit is een system bedoeld voor plaatsing in Duitsland. De NUC van de camera op ESTEC is te zien op de achtergrond.

De camerabehuizing heeft een korte Ethernetkabel voor de verbinding met een computer, en de stroomvoorziening. Hiervoor is een router met Power-over-Ethernet (PoE) nodig om te camera te kunnen aansluiten. Indien nodig kan de kabel verlengt worden met een Cat-6 ethernetkabel die aan te sluiten is op een voor PoE-geschikte router.  Deze router verbindt de camera met de computer en het internet. Hiervoor kan elk willekeurig type computer gebruikt worden. Wij maken gebruik van een NUC (Next Unit of Computing) dat een compacte computer is van slechts 10x10x5 cm groot. Als je deze aanschaft met de juiste Solid State Harddisk, dan kan het complete software systeem eenvoudig geïnstalleerd worden als disk image.

Het gehele systeem heeft geen toetsenbord of monitor aangezien het direct verbinding maakt met een server in Frankrijk, en daardoor alleen via remote acces via de Franse server te bekijken is. Om op een FRIPON computer te kijken, is het dus nodig om via de server in te loggen en via deze route de computer te benaderen. De reden hiervoor komt hieronder aan bod bij de dataverwerking.

Dataverwerking

De NUC leest de beelddata van de camera in realtime. Detectiesoftware op de NUC zorgt voor de identificatie van events, het zoekt daarvoor naar helder objecten die in een rechte lijn bewegen en verwerpt objecten die te traag zijn. Echter, het systeem zal niet alleen vuurbollen detecteren maar ook vliegtuigen en andere zaken. Alle detecties, gemiddeld een paar per nacht, worden direct naar de centrale server in Parijs gestuurd. Daar komt alle data samen van camera’s die staan opgesteld in Frankrijk, België en Duitsland. Een ‘event’ wordt past aangemaakt als er 3 of meer camera’s een detectie op hetzelfde moment hebben.

De directe verbinding met de server in Parijs is de reden dat de computer niet direct gebruikt kan worden, dit zou in strijd zijn met de veiligheidsregels voor de server, aangezien hackers op die manier direct toegang tot het Franse netwerk kunnen krijgen. Het systeem verstuurt e-mails op dagelijkse basis waarin een overzicht van alle events van de afgelopen nacht zijn samengevat. Hiervan zou het de baan ten opzichte van de grond, de baan in het zonnestelsel en mogelijke strooiveld kunnen berekenen. Dat laatste is echter nog niet operationeel.

Stand van zaken in Nederland

Om zelf bekend te raken met het FRIPON-systeem hebben we een camera geplaatst op het dak van het kantorencomplex van het technologiecentrum ESTEC van ESA gelegen in Noordwijk (Zuid-Holland). De veiligheidsnormen voor netwerken zoals die door het FRIPON netwerk worden aangehouden, zijn ook bij ESA van kracht. Zodoende liepen we aanvankelijk tegen verbindingsproblemen aan om de camera met de server in Parijs te verbinden. Uiteindelijk hebben we de router in een ‘gedemilitariseerde zone’ van ons netwerk geïnstalleerd. Particuliere netwerken hebben geen last van deze problemen, de tweede camera van het netwerk in Oostkapelle werd in november 2017 zonder enig probleem in een paar uur tijd geplaatst en verbonden met de centrale server.

Op dit moment zijn er de twee operationele camera’s in Nederland. In Figuur 3 zijn deze locaties weergegeven in groen. Naast de camera op ESTEC en bij Klaas Jobse (Oostkapelle) hebben we afspraken met Felix Bettonvil (Dwingeloo), Jos Nijlands (Benningbroek), Arnold Tukkers (Lattrop) en Sebastiaan de Vet (Tilburg) om extra camera’s te plaatsen. Eén camera, gefinancierd door de Universiteit van Oldenburg (Duitsland), is opgesteld in Groningen. We zijn zelf nog op zoek naar een aantal locaties om meer stations te huisvesten. Dankzij een interne ESA-beurs hebben we extra financiering ontvangen om een paar extra camera’s aan te schaffen en daarom zijn er nog meer opstellocaties van camera’s nodig. Geïnteresseerden die een camera op een geschikte locatie in Gelderland kunnen huisvesten, kunnen met ons contact opnemen. Na deze eerste uitbreidingsfase in Nederland, willen we nog extra camera’s plaatsen op de geelgekleurde locaties, die te zien zijn op het kaartje.

Figuur 3. Bestaande en geplande camera’s voor de uitbreiding van FRIPON. Groen: geplaatst. Oranje: wordt geplaatst in de loop van 2018. Geel/transparant-geel: vacante locaties waarvoor nog en deelnemer wordt gezocht.

De eerste grote vuurbol die we hebben vastgelegd, vond plaats vlak voordat ik mijn presentatie gaf op het Internationale meteorencongres IMC, op 21 september 2017. Binnen de werkgroep Meteoren beter bekend als de ‘Lubachvuurbol’. De opname van de FRIPON op ESTEC is te zien in Figuur 4, meer details lees je hier en hier.

Voor deze vuurbol hebben we drie zwakkere events gehad, altijd samen met de camera in Brussel en een of twee andere station in België. Echter, een vuurbol die zichtbaar is vanuit zowel Brussel als Noordwijk moet ongeveer halverwege de twee stations liggen. Daardoor verschijnt de vuurbol op de opnames altijd laag aan de horizon voor beide stations. Met een kleinere onderlinge afstand, zoals met Oostkapelle is de afstand van 100 km veel beter en verwachten we typisch een of twee gelijktijdig waargenomen vuurbollen per maand.

Figuur 4. De ‘Lubachvuurbol’ boven ESTEC op 21 september 2017. Dit event werd ook vastgelegd door de FRIPON camera’s in Brussels (B) en Lille (F).

Open punten

Het gebruik van de FRIPON-camera’s is geheel ‘hands-off’ manier, met ander woorden, de gastlocatie hoeft niks te doen. Alle detecties en event-correlaties worden automatisch uitgevoerd. Echter, de betrokkenen zouden, net als de auteurs van dit artikel, geïnteresseerd kunnen zijn om de data van de camera direct te benaderen. Bijvoorbeeld als je gevraagd wordt ‘heb je op dit of dat tijdstip iets gezien’ en dan zou het fijn zijn om de data direct te kunnen benaderen. Dit is natuurlijk mogelijk door in te loggen op de server in Parijs, maar het proces van inloggen en dataoverdracht is langdradig. We zijn daarom bezig met het opzetten van een eigen systeem waarbij alle data van de Nederlandse FRIPON-stations ook naar een ftp-server bij ESA worden gepushed. We zitten in het proces van het testen van dit systeem, maar het is nog niet operationeel.

Zoals hierboven al genoemd, zijn bepaalde delen van de software nog niet af of gemakkelijk toegankelijk, zoals de baanberekening en de berekeningen van de donkere vluchtfase voor het bepalen van strooivelden. Samen met twee promovendi van de Universiteit van Oldenburg zijn we betrokken in de dataverwerking en bereiden we de wetenschappelijke analyse routines voor. We zijn vooral geïnteresseerd om snel geïnformeerd te worden van een vuurbol, nog voordat we erover lezen in het nieuws.

Tot slot

FRIPON-NL bevind zich midden in het opstartproces. Op dit moment zijn twee camera’s operationeel en zijn er afspraken met drie andere gastlocaties. Financiering voor meer camera’s is beschikbaar. Na installatie zal het netwerk verbonden worden met de camera’s in Frankrijk, België en Noord-Duitsland.

De FRIPON-camera’s hebben al bewezen dat ze vuurbollen kunnen detecteren. De dataverwerking, waaronder het berekenen van de banen ten opzichte van de aarde, banen in het zonnestelsel en mogelijke strooivelden van meteorieten moeten nog gefinancierd worden door onze Franse collega’s. ESA is bij FRIPON betrokken vanuit een aanpalend wetenschappelijk oogpunt en we kunnen snel meldingen te krijgen als er een vuurbol heeft plaatsgevonden.

De camera’s zijn bewezen robuust en betrouwbaar te zijn en we verwachten dat we heel Nederland kunnen afdekken in 2019. Dit netwerk is ook complementair aan het CAMS-netwerk (dat is geoptimaliseerd voor zwakke meteoren), of de bestaande camera’s in het Duitse ‘EN’ netwerk die weer geschikter zijn voor positionering maar te kort komen in tijdsbepaling.

We zoeken meer gastlocaties voor de plaatsing van een camera, dus ben je geïnteresseerd om bruikbare gegevens te helpen verzamelen, neem dan contact op met de auteurs.


Detlef Koschny en Andrea Toni zijn werkzaam bij de Meteor Research Group van het Science Support Office van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, gevestigd bij het technische ruimtevaartcentrum ESTEC in Noordwijk.

Vertaling: Sebastiaan de Vet

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: