Hur Crowdsourced astrofotografier på webben revolutionerar astronomi

Astrofotografering genomgår för närvarande en revolution tack vare den ökade tillgängligheten av högkvalitativa digitalkameror och den mjukvara som finns tillgänglig för att bearbeta bilderna efter att de har tagits.

Eftersom fotografier av natthimlen nästan alltid är bättre med långa exponeringar som fångar mer ljus, innebär denna bearbetning vanligtvis att man kombinerar flera bilder av samma del av himlen för att producera en med en mycket längre effektiv exponering.

Det är helt enkelt om du har tagit bilderna själv med samma utrustning under samma omständigheter. Men astronomer vill göra det bättre.

Enbart astrofotograferingsgruppen på Flickr har över 68 000 bilder, säger Dustin Lang vid Carnegie Mellon University i Pittsburgh och ett par kompisar. Dessa och andra bilder representerar en stor källa till outnyttjad data för astronomer.

Problemet är att det är svårt att kombinera bilder korrekt när lite är känt om hur de togs. Astronomer är mycket noga med att använda bildutrustning där pixlarna producerar en signal som är proportionell mot antalet fotoner som träffar.

Men detsamma kan inte sägas om de digitalkameror som ofta används av amatörer. Alla typer av processer kan i slutändan påverka den slutliga bilden.

Så varje algoritm som kombinerar dem måste klara av dessa variationer. Vi vill göra detta utan att behöva sluta oss till den (möjligen mycket olinjära) bearbetningen som har tillämpats på varje enskild bild, som var och en har förstörts på sitt eget kärleksfulla sätt av sin skapare, säger Lang och co.

Nu säger de här killarna att de har knäckt det. De har utvecklat ett system som automatiskt kombinerar bilder från samma del av himlen för att öka den effektiva exponeringstiden för den resulterande bilden. Och de säger att de kombinerade bilderna kan konkurrera med de från mycket professionella teleskop.

De har testat detta tillvägagångssätt genom att ladda ner bilder av två välkända astrofysiska objekt: NGC 5907-galaxen och det kolliderande galaxparet Messier 51a och 51b.

För NGC 5907 slutade de med 4 000 bilder från Flickr, 1 000 från Bing och 100 från Google. De använde ett onlinesystem som heter astrometry.net som automatiskt justerar och registrerar bilder av natthimlen och kombinerade sedan bilderna med deras nya algoritm, som de kallar Enhance.

Resultaten är imponerande. De säger att de kombinerade bilderna av NGC5907 (de tre nedersta bilderna) visar några av samma svaga drag som avslöjade en enda bild tagen under 11 timmars exponering med ett 50 cm teleskop (den övre vänstra bilden). Alla bilder avslöjar samma typ av fina detaljer som en svag stjärnström runt galaxen.

Den kombinerade bilden för M51-galaxerna är lika imponerande och tar bara 40 minuter att producera på en enda processor. Den avslöjar utökade strukturer runt båda galaxerna, som astronomer vet är skräp från deras gravitationsinteraktion när de kolliderar.

Lang och co säger att dessa svaga egenskaper är oerhört viktiga eftersom de tillåter astronomer att mäta ålder, massförhållanden och omloppskonfigurationer för de inblandade galaxerna. Intressant nog är många av dessa svaga funktioner inte synliga i någon av de inmatade bilderna som tagits från webben. De dyker upp först när bilderna har kombinerats.

Ett potentiellt problem med algoritmer som denna är att de måste prestera bra eftersom antalet bilder de kombinerar ökar. Det är inte bra om de stannar så snart en betydande mängd data blir tillgänglig.

På det här sättet säger Lang och co att astronomer kan vara lugna. Prestandan hos deras nya Enhance-algoritm skalas linjärt med antalet bilder som den måste kombinera. Det betyder att den bör fungera bra på stora datamängder.

Summan av kardemumman är att den här typen av astronomi från publiken har potential att få stort genomslag, med tanke på att de resulterande bilderna konkurrerar med de från stora teleskop.

Och den skulle också kunna användas för historiska bilder, säger Lang och co. Harvard Plate Archives, till exempel, innehåller en halv miljon bilder som går tillbaka till 1880-talet. Dessa togs alla med olika emulsioner, med olika exponeringar och utvecklades med olika processer. Så plattorna har alla olika reaktioner på ljus, vilket gör dem svåra att jämföra.

Det är precis det problem som Lang och co har löst för digitala bilder på webben. Så det är inte svårt att föreställa sig hur de enkelt skulle kunna kombinera data från Harvard-arkiven också.

En sista punkt är att detta projekt är öppet för alla som tar astrofotografier. Du kan lämna in dem till nova.astrometry.net , där de kommer att kombineras till en himmelkarta med öppen källkod. I gengäld får användare kommenterade versioner av sina bilder samt den kombinerade bilden av himlen som den relaterar till.

Det var inte så länge sedan som amatörastronomens ålder såg ut att ta slut eftersom en ny generation av enorma teleskop och rymdbaserade observatorier producerade data som amatörer aldrig kunde hoppas på att få.

Allt som förändras nu. Länge leve amatörastronomen!

Ref: arxiv.org/abs/1406.1528 : Mot att bygga en Crowd-Sourced Sky Map

Dölj