100-vuotiaat kuvat tähdistä käyttökuntoon digikameralla

Carte du Ciel -projektissa on selvitetty, miten kaupallinen digitaalinen kamera soveltuu 100-vuotiaiden lasisten kuvalevyjen digitoimiseen. Levyjen digitoimisen jälkeen on mahdollista käsitellä tähtikuvia tehokkaasti tietokoneella, kuten määrittää jokaiselle levylle tähtitieteellinen koordinaatisto levyllä olevien tähtien avulla sekä laskea tähtien paikat ja kirkkaudet.

Euroopan avaruusjärjestön satelliitti Gaia on kuvannut avaruutta vuodesta 2013 lähtien. Gaia on määrittänyt noin 1,6 miljardin tähden koordinaatit ja ominaisliikkeet erittäin tarkasti. Gaian dataa ja 1900-luvun alun kuvia tähtitaivaasta voidaan nyt verrata toisiinsa ja saada siten tietoa siitä, miten tähtitaivas on muuttunut 100 vuoden aikana.

Lähikuva Carte du Ciel -levystä, jossa näkyvissä komeetta.

– Tärkein tieteellinen motivaatiomme on tutkia tähtien paikkojen ja kirkkauksien muuttumista noin 100 vuoden aikana, kertoo tutkimuspäällikkö Kimmo Lehtinen Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksesta.

Tutkimusta tehdään Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen yhteisprojektissa.

Digikamera yhtä hyvä kuin kallis levynmittauskone

Aikaisemmin tähtikuvia on digitoitu erityisesti tätä varten rakennetuilla levynmittauskoneilla tai kaupallisilla tasoskannereilla.

– Me halusimme kokeilla digitoimiseen järjestelmäkameraa Canon EOS 5Ds, jolla on nykyisistä kameroista suurin kuvaelementtien määrä. Saavutamme tähtien koordinaateille noin 0.1 kaarisekunnin tarkkuuden. Tämä on yhtä hyvä tai parempi kuin muilla menetelmillä saavutettu tarkkuus ja riittävä tieteellisen tavoitteemme saavuttamiseen, Lehtinen kertoo.

100-vuotiaat kuvat tähdistä ovat kahden kansainvälisen projektin perua. Projektit olivat nimeltään Astrographic Catalogue ja Carte du Ciel. Projekteissa kuvattiin tähtiä 1800–1900-lukujen vaihteessa. Tarkoitus oli kuvata koko tähtitaivas lasisille valokuvauslevyille. Tieteellisenä tavoitteena oli mitata tähtien tarkat paikat, jotta voitaisiin tutkia tähtien ominaisliikkeitä vertaamalla tähtien paikkoja kymmeniä vuosia myöhemmin otettaviin valokuviin.

– Gaian mittaamien tähtien ominaisliikkeiden avulla voimme nyt tarkasti laskea, mitkä olivat tähtien koordinaatit silloin kun Carte du Ciel -levyt kuvattiin noin 100 vuotta sitten, Lehtinen toteaa.

Myös Helsingissä kuvattiin tähtiä 100 vuotta sitten

Helsingin yliopiston Observatorio oli mukana sadan vuoden takaisissa projekteissa kuvaten lähes 2 000 levyä Tähtitorninmäen kaksoislinssikaukoputkella. Astrographic Catalogue -projektin yhteydessä Helsingissä laskettiin käsin yhteensä vajaan 300 000 tähden koordinaatit.

– Helsingin Observatorion lasilevyt näyttävät selvinneen 100 vuoden unestaan yllättävän hyvässä kunnossa. Lisäksi useimmat tähdet ovat todella siellä, missä niiden ominaisliikkeiden perusteella laskettu paikka on. Yllätyksille on vielä sijaa. Uskomme, että löydämme tähtiä, jotka eivät ole Carte du Ciel -levyillä siellä, missä niiden pitäisi olla ominaisliikkeiden perusteella laskettuna, Lehtinen sanoo.

Kuva Carte du Ciel -lasilevystä, jossa näkyy tähtiä.

Tällaiset tähdet voivat olla pitkäjaksoisia kaksoistähtiä, joille Gaia-satelliitti ei pysty määrittämään oikeaa ominaisliikettä, koska se ei aina pysty erottamaan toisistaan kaksoistähden tähtien ellipsin muotoista kiertoliikettä yhteisen painopisteensä ympäri, ja toisaalta koko kaksoistähtijärjestelmän suoraviivaista liikettä taivaalla.

– Pitkäjaksoisuudella tarkoitamme tässä noin 100–1 000 vuoden rataperiodia, eli tähtien kiertoaikaa painopisteensä ympäri, Lehtinen selventää.

Käsityö on vaihtunut tietokonesovelluksiin

Menetelmät ovat sadassa vuodessa muuttuneet. 1900-luvulla Astrographic Catalogue -projektissa jokaisen tähden koordinaatit mitattiin levyltä käsityönä. Carte du Ciel -projektissa levyjä valotettiin kauemmin, minkä seurauksena levyillä oli niin paljon tähtiä, ettei niiden koordinaattien laskeminen käsin ollut mahdollista 100 vuotta sitten.

Suunnitelmissa oli tehdä tähtikartat ottamalla levyistä kopiot. Tämä osoittautui kuitenkin liian kalliiksi, joten vanha Carte du Ciel -projekti ei koskaan valmistunut. Nykyaikaiset tekniikat ovat kuitenkin tuoneet 100-vuotiaille kuville uusia käyttömahdollisuuksia.  

Lisätietoja

Erikoistutkija (FT) Kimmo Lehtinen, 029 531 4751 etunimi.sukunimi@maanmittauslaitos.fi

Päätekijöinä Carte du Ciel -projektissa ovat Kimmo Lehtinen Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksesta ja Timo Prusti Euroopan avaruusjärjestön teknologiakeskuksesta
(ESA/ESTEC).

Tieteellinen artikkeli Digitisation and astrometric calibration of Carte du Ciel photographic plates with Gaia DR1, Astronomy & Astrophysics -julkaisu. (englanniksi)

Yle Tieteen artikkeli aiheesta (julkaistu 3.6.2018).

Uusimmat uutiset ja blogit