大溪天文電波台觀測日誌

[曹大貓咪]

12月29日黎明時分的太陽閃焰爆發

2024年12月29日兩次黎明時分的爆發  12.28 21h36m(UT) C6.5 class   12.28 23h02m (UT) C5.0 class
這兩次爆發時間發生在12月29日黎明 5h36m(am)和7h02m(am).

早上5點大溪地區上空高度80公里的D電離層已經有陽光進入,D層電離自由電子密度開始增加(初期階段).到7點D層電離電離度尚未達到最高電子數(約10三次方自由電子數/公分三次方體體).

此時發生了C5-C6級的太陽閃焰爆發! 這造成台灣大溪大區高度90-100公里的F層(10的4次分電子數/公分三次方體體)尚未形成F層所需的電離密度, 突然急速增加電離密度足夠反射51MHz的VHF電波! D層電離因為電離密度不足,也無法吸收. 讓51MHz穿透D層電離層到達地面.在大溪觀測站的VHF指向天頂的天線接收到突然增加的電波.

[曹大貓咪]

大溪天文台觀測日誌  TYGA TW

大溪天文台 TYGA TW(AAVSO)觀測全天長周期脈動變星  LPV (Long Period Variable star)
2025年01月17日          溫度 12.1度C    濕度  58%     大溪     晴朗/多雲     風速 2-3級    

Celestron 14" SCT F/3.6 (f 1278mm   1.1 arcsec/pixel resolution) +SBIG ST-10XME  自由追蹤 (POLEMASTER 2017 0805 校對) Showa 20E kai +NS5000 for SHOWA20E(測試中).+TheSky GOTO system.
  
觀測變星:16顆   CCD:15顆   目測:01顆            飛馬座 Peg       雙魚座  Psc

Observations submitted since last login:
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        Name              JD               CalendarDate             Mag                    Filter                  Notes
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1   R PEG   2460692.92361   2025 Jan 17.4236   11.5      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
2   S PEG   2460692.92639   2025 Jan 17.4264   11.6      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
3   T PEG   2460692.92847   2025 Jan 17.4285   14.1      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
4   U PEG   2460692.93333   2025 Jan 17.4333   9.8      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
5   V PEG   2460692.93542   2025 Jan 17.4354   11.5      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
6   W PEG   2460692.93958   2025 Jan 17.4396   10.0      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
7   Z PEG   2460692.94167   2025 Jan 17.4417   9.5      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
8   Y PEG   2460692.94444   2025 Jan 17.4444   12.2      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
9   R PSC   2460692.95903   2025 Jan 17.459   14.1      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
10   S PSC   2460692.96389   2025 Jan 17.4639   11.4      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
11   T PSC   2460692.96528   2025 Jan 17.4653   11.2      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
12   U PSC   2460692.96667   2025 Jan 17.4667   13.0      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
13    W PSC   2460692.96944   2025 Jan 17.4694   12.3      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
14   X PSC   2460692.97292   2025 Jan 17.4729   11.0      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
15   Y PSC   2460692.975   2025 Jan 17.475   9.5      Johnson V   ensemble            ASTROART8.0   N      
16   Z PSC   2460692.97986   2025 Jan 17.4799   7.4         5.81      8.7      THE SKY6.0   N      8cm Refractor 19x
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Celestron 14" SCT +Sbig ST-10XME  直焦點   溫度0度C  曝光 40-60秒  JOHNSON V,B,R FILTER / CHROMA V -Bessell
AAVSO Observatory Code : TYGA TW (大溪天文台 台灣)
當晚極限星等 2025 0117取樣  15.83mag   ( JOHNSON UVBR  / CHROMA V -Bessell  V band filter )
 image field: 26'x19' (ST-2000XM)  41'x34' (STL11K)  26'X21' (ST-10)
大溪及世界各地業餘觀測者的觀測資料及曲線可參考  http://www.aavso.org/data/lcg
*.Vmag=photometry  RADEC=astrometry by Astroart5.0
TYGA TW : AAVSO global obse


圖: 2025年1月17日 晚上觀測到的 雙魚座變星S.測光軟體astroart 8.0版.軟體取樣的參考星和變星 其在ST-10XME CCD和14吋SCT F3.7的光系下.在Seeing field 不佳的情況下(seeing 1.5-1.8 arcsec ).其FWHM 尚維持在2.X 的pixel數量數據(紅色框框內的數字).

[曹大貓咪]

大溪天文台 物語

大溪天文台是在2012年尾,結束龍潭天文台後,在大溪北二高交流道附近的新透天建案中找到合適的位置.10多年前,建案附近還算幽靜且有公園.光害比起現在好得太多!
大溪天文台在4樓透天的樓頂設立.建立一堅固的不銹鋼45度彎角樓梯往返4樓和天文台! 樓頂建有一座儲水桶和太陽熱水儲熱板. 其他空間則為天文台的利用面積. 天文台內部實際空間為2.5公尺x4.2公尺.高度為1.5公尺.平頂面積約為2.8x4.5公尺.重量約145公斤.所以採用電動馬達正反轉手控驅動.

內部為墊高20公分的水泥地板.付高度約80公分的望遠鏡二階水泥座台.本來是一階座台大面積設計,但隔壁的鄰居在樓頂也做了一個防水遮頂和樓梯工程.遮蔽了原先的北極星視角.所以不得已更改為2階設計,把整個望遠鏡再提高40公分!.這也是當時隔壁的工程施作.不得已墊高望遠鏡! 但也侷限了望遠鏡操作面積增加了不便性!(因為變高變窄,14吋鏡無法方便安裝到天文台內部)

平頂因為重量超過100公斤以上,所以滑動裝置設計為四個支點鋼製滾輪滑動反V鋼製軌道.驅動馬達固定在平頂架構上.減少磨損和增加穩定性. 最後是平頂內置防水隔間,隔熱纖維和抗熱保護層.相當程度也保護了天文台內部的溫度不要太高!

大溪天文台參考了龍潭天文台的缺點,就是空間太小無法擴充將來的觀測設備(2X2公尺面積).所以設計為長型空間.這樣的空間分為前一半為望遠鏡裝置.後一半為控制裝置空間.後來因為第二架望遠鏡的需求,也驗證當時設計兩部望遠鏡的操作空間需求.

[曹大貓咪]

個人簡單的遙測天文台所需概念:(理想狀態)

2024年協會年會演講補充資料

個人天文台的遙測功能如同一個電腦工作站。這樣的天文台需要遠端完全或局部基本必要的控制能力! 以個人電腦而言,基本需要提供遠端存取BIOS和電力控制能力.同時天文台內的電腦工作站處於24小時開啟狀態,並且BIOS設定為斷電下,恢復供電時,電腦在電源恢復時自動啟動! 若長期不用,可以遙測關閉天文台電腦和其他電源.此時電腦處於待機狀態.

*另外建立遠端遙控和天文台的VPN路由器提供兩地的通訊(如在家裡和遠方的天文台)。這種網路設定要非常可靠!(如路由器內建的 VPN 伺服器作為備份,以防 VPN 由於某種不明原因而關閉!) 遙測天文台的電腦(伺服器)可以控制天文台開啟閉合的馬達電機繼電器組(如開啟220V或110V或12V天文台內的電機電源.現有多插座的開關遙測套件(可以單機程式化控制).十分便宜且可靠.
天文台內的控制單元,如冷卻相機,或加上DIY 全天空魚眼監控相機.天文台內的監視安全的紅外線或低照度高感相機(如果是圓頂天文台,則可以監控望遠鏡和圓頂狹縫之間的同步 或是平頂的開啟或關閉狀態).
或是加裝一具高感度的麥克風,這樣通常可以聽到台內外冬天陣風的聲音或是相機運作中散熱風扇的運作?!不過正常功能應該是防盜?!
如果有預算要建立遙測系統 . 基本上,我建議必須的感測器,如風速風向計,下雨探測器(雨滴感測)和紅外線高空雲溫探測功能的氣象站系統. 這類氣象站套件會會附有簡單的遙測監測和數據讀取功能.

因為下雨,所以雨量偵測器直接連接到圓頂或是平頂馬達驅動控制器.如果下雨,可以立即作圓頂關閉!(安全粉重要! 安全粉重要!!)
最後是望遠鏡和影像抓取的自動化軟體.現階段已經有很多廠商開發給業餘天文台自動控制軟體兼付遙測功能的商品.這就不再介紹．因為可以提供遙測的套件太多了,如平光遮蓋,自動對焦等商品就看口袋深不深了.

測試期:我會在天文台內和外部短距離的控制室內,進行了連線和運作整個觀測過程下,運行一段時間(1個星期到一個月),然後將遙測電腦設備移至遠端站點.事實上這個測試期有可能會延長到相當時間.....這段時間一直再排除不明原因問題和更換設備零件!

完整的遙測控制天文台,則具有多人的分工控制網路.並有完整的資料儲存功能.圖1
＊以上為遙測天文台的理想運作概念．如果親自進入這個領域,會了解其運作要維持一段時間,要投入相當的人力和錢力(基本的遙測功能建立,預算則看普通個人財力和電機,電腦功力.花費在數萬元到十萬元左右.)

下篇預告:天文台的經驗談!談到台內的光學和電子控制設備,為何堅持不採用自動遙測!和當初時空環境. 防颱的問題和頂樓的氣候對應.

曹永杰 2025年 2月3日 台北市

[曹大貓咪]

個人天文台 建立和運作 完結篇

2024年協會年會演講補充資料

有關個人天文台的討論,已經接近最後的完結了. 我們談到個人天文台的作用,型態和遙測天文台的概念. 拉拉雜雜講了一大堆! 那個問題還是存在,那到底哪種天文台適合我們?
個人天文台在1970,80年代.指的是後院的狗屋(Backyard dog house).也就是和狗屋一樣的簡陋小屋.只是裡面放的是天文望遠鏡罷了! 是的! 在那個電子數位輔助設備幾乎沒有的類比時代.唯一和電有關的只有驅動赤道儀的馬達.或加上一個視野照明目鏡...因為那個時代只有底片相機和肉眼.所以天文台內的設備很簡單! 一張桌子或加個椅子(觀測椅).再擺個望遠鏡.就是一個完整的天文台了! 當然那個時代沒有個人電腦或是網路.只有找一些天文的星圖和觀測有關的工具書籍放在天文台的書櫃中作為查資料的資源.頂多放個大雙筒鏡和紅色照明燈就很迷人了! 而那時代的大天文台的專門自動導引,追蹤輔助或光電測光這些專業電子器材就別想了. 圖1和圖2:1980年代和1920年代的個人天文台.

但是現在不同了.電子輔助系統產品已經氾濫.價格也算是平價了!最大的問題是,到底我為何需要天文台? 大家都會想,我蓋天文台在家裡,就不須遠征高山,千里搬運器材的問題!所以如果有天文台能夠遮風避雨,保護天文器材.天天觀測星象.那就是最好的結果了.那就到了我說天文台最後的問題階段!
建立天文台的地點: 現實是百分之八十,天文台都是建立在都市內. 能夠蓋在高山或無光害的郊區,這種天文台非常稀少.能夠維持十年以上的也是少之又少!

天文台的問題:
1.天文只是多數人的興趣! 都市能夠建立天文台的現實問題(特別是台北市的建築規範),讓天文台建立更加困難.加上都市的天文台受到光害和空污,天候的影響實際觀測打了折扣!
2.天候的影響! 台灣夏天潮濕高溫.天文台都在屋頂上,直接風吹日曬. 不要說人受不了,儀器更是受不了!
3.台灣有颱風,屋頂的天文台小則漏水(淹水).重則屋頂可能受損或吹走造成災難.每到颱風季節,那種壓力很大!(所以建立防颱的平頂屋頂固定金屬纜繩裝置.在風吹時,可以穩定住屋頂不搖動!)
*我的大溪天文台在兩側都有這種固定屋頂的金屬纜繩.由地面將屋頂牢牢固定住.
4.內部夏天的溫度高達45度c.濕度破表! 冬天風速達到3-5級.溫度和寒風效應讓人也受不了!電腦器材約是2年要更換一次 !赤道儀的電子系統更是每段時間就可能會停擺.每次觀測都要有隨時電腦會出問題的心理準備.
5.理想的光學望遠鏡:我的建議是採用史密特蓋式反射鏡(Schmidt Cassesgrain telescope SCT). 這是因為反射鏡的氧化問題.SCT因屬於隔離式的鏡前修正鏡(C.P).所以有隔離空氣的作用.讓反射主鏡受到保護. 但牛頓,R.C這類無鏡前修正透鏡的設計.屬於開放型光學系,所以受到氧化的壽命遠比SCT反射鏡短. 若是放在天文台內.在高溫高濕度的環境下,加上觀測完無法拆下放置在保護除濕箱內.在5年內整個反射面可能就受氧化影響反射率了.

遙測天文台的現實面:
1.遙測天文台最大的成本,不單是投資大量時間和金錢購買器材,來建立主電力系統和輔助子電機自動系統.遙測天文台需要有專人在現場排除問題!否則遙測天文台可能一天到晚停擺.
2.遙測天文台的主電腦(伺服器)要具有相當的硬體規格和耐用性.建立越複雜的控制系統造成停擺的機率越大!
3.遙測天文台一年能夠正常觀測或攝影的時間,和投入的時間金錢是否成正比?(如遇到問題兩地跑的時間和效率)
4.遙測天文台的建立地點.維修和防盜問題.投資費用能否承擔?

小結論:我的建議是,如果是個人使用,遙測天文台的自動化只要達到必要的觀測能力或攝影能力即可.不需太過花俏的周邊設備. 當然,若是學校的天文台伺服器和網管IT人力足夠(資訊科加入支援),要開放給學生在家裡遙控觀測或是教育目的.那又是另當別論.只是一個學校的遙測天文台建立的經費計畫,如含有維修5年的費用編制.那是最好! 否則等到天文台已經建立後,這些廠商的專業人員往返維修和器材耗損下,這些運作若沒有維修經費開銷支持下, 單靠校內地科老師或設備組長去維持運作,要讓天文台(就算無遙測功能)長時間下正常發揮功能那是不可能的.

總結論 :自1999年建立龍潭天文台到現在2025年的大溪天文台.從零開始,20多年的經驗告訴我,選定平頂天文台是最佳的方案(簡單說就是在屋頂建立一個違建小屋(只是架構經過強化,同時加上屋頂是可以移動).
天文台的建立,我只專注於自動導引GOTO開發(自製).其他的自動對焦等自動化並沒有隨後建立! 主要原因是我建立天文台最大目的是天文觀測.除了靠電腦自動導引的高效率和精度,我人力做不到外,其他成像所需的對焦,追蹤,攝影等工作都是 手和眼 去處理.雖然這20多年來,我也研究過自動對焦,遙測自動觀測等新的東西(天文台和樓下距離,僅利用插頭的電力線去做網路LAN控制).但如我上面所說的,簡單幾個步驟人力就能夠得到的答案,不需要額外再動用電腦和控制設備去處理.這樣花的時間少,金錢投資少,問題則會變少! 同時天文觀測效率也達到我的要求. 相對地,如果目的是天文攝影,或是教育目的,讓學生擁有類專業天文台的觀測能力.享受現代科技帶來的方便,我也樂意接受這樣的觀點.

曹永杰 2025年02月04日 台北市

[曹大貓咪]

抓取流星微弱信號的利器 八木天線

我們要以電波探測流星. 原理就是遠方的FM廣播電台(如日本九州地區的天線要抓到台北中廣電台發射的103.3MHz 的FM電波,一般都會直接穿過過高空90-120公里高度的E電離層.往太空飛離傳播!
如果此時有流星被地球所吸收.這顆流星在距離地球高度90-120公里處就會開始燃燒到完全燃燒. 約高度90-100公里產生長形柱狀電離體.此時若反射電波的角度適當.就會反射中廣電台的電波到九州的FM天線中.讓接收機接收到這微弱的反射電波.
當然,我們要接收的就是九州福岡的FM電台.頻率是84MHz. 這個距離(台北市到九州福岡市.距離約1100-1200公里).因為FM調頻電波的傳導距離很短.所以在台北除非是在高山和特定氣候條件配合下(如夏天).就有機會收到日本傳來的電波.(*但要注意到這個電波並非流星產生的反射,而是夏天因太陽的熱讓赤道附近的E層電離層,產生了長度數公里到數十公里的異常E電離.這是指赤道的熱溫度讓E層電離化(自由電子)密度增加到可以反射VHF頻率的電波 sporadic E layer effects)
這種Es異常傳導通常信號都很強!(特別是7-9月). 但是流星反射下來的電波就很微弱(約在幾個mu V電壓).這遠低於一般收音可以接收FM所需最低的標準. 所以在都市幾乎無法接收到這麼微弱的電波.
要接收到這種微弱的信號. 專用接收天線和接收頻率的模式,還有就是要借用FFT(快速傅立葉轉換).將信號做成頻譜來辨識. 當然!也有採用op放大電路,將這微弱信號放大轉成電壓,利用電壓的振幅來看流星信號(如我初期觀測的方式).但這種方式很難判別是干擾還是流星的信號.通常最後都會放棄!

專用天線:

八木天線是種定向高感度的天線，通常由三個元件組成：如圖
電波反射器 (Reflector)
偶極共振器 (Dipole)
一個或多個指向器元件 (Director)

1.反射器放置在偶極共振器的後方. 比指向器元件(也稱驅動器)多5%長度
2.反射器與偶極共振器的距離約為觀測頻率的波長的0.1~0.25倍(這還要考慮到頻寬,增益和前後比(F/B))
3.共振器振器也是將最後的接受到信號,利用信號線(饋線)傳送到接收器的天線輸入端子(饋電點)
4.指向器是最短的天線元件,它的長度比反射器短了5%. 主要功能是天線朝向的方向所得到最大感度的增益.
5.指向器之間的間距通常為波長的0.1~0.5倍! 這種元件組裝以水平狀排列.可以安裝在絕緣的支架上,主要提供了良好的信號增益和良好的衰減.

*.我們觀測流星所需要的天線感度增益約為8dB為最低標準. 當然隨著指向器數量的增加,其增益也會增加. 其最高可以達到約20dBi.但方向的要求也越精確.(接收方向的容錯角度越窄).其電阻抗取決於元件之間的距離.以及所用材料的長度和直徑之比...一般是75-50歐姆為標準.

以上拉拉雜雜講了一堆天線和無線電.或許非理工背景的同好鄉親看完後還是不知所云. 不過沒關係! 老貓在開正式推廣前,會再慢慢講解這些xxoo. 慢慢就會有點概念.我也會建立電波望遠鏡的觀測器材模式和講解. 將來應該可以很簡單建立屬於大家的流星電波望遠鏡.

希望啦!呵呵呵.....