Genauigkeit der Helligkeitsmessungen

Am Abend des 12. April 2021 habe ich mit der ASI 294 MC Pro und dem Samyang 135 mm bei Offenblende das Sternfeld um AS Cnc fotografiert. AS Cnc hat eine Periode von etwa 14 Stunden und einen Lichtwechsel von etwa 12 - 13 mag. Laut Ephemeride der AAVSO sollte der Stern gegen 23:10 MESZ im Maximum sein. Von 22:40 bis 23:23 MESZ habe ich 126 Bilder mit je 20 Sekunden Belichtungszeit gemacht bei 120 gain und -10°C Sensortemperatur. Danach waren die Wolken wieder da.

Um 23:00 MESZ stand AS Cnc 50 Grad hoch über dem WSW-Horizont. Die Himmelhelligkeit lag dort bei 19,7 mag/arcsec² und das Seeing bei 26,3". Der ZP lag bei 23,726 mag, das zeigt eine geringe Extinktion von 0,21 mag (average extinction 0,37 mag). Die Lufttemperatur betrug +2°C, die relative Luftfeuchtigkeit lag bei 84%.

Zur Auswertung der Rohbilder habe die Dark und Flat angewendet, den grünen Farbkanal extrahiert und das Bildzentrum (2072 x 1410 von 4144 x 2822) ausgeschnitten. Die Helligkeiten gemessen habe ich mit Astrometrica und dem URAT-1 Katalog mit einer Sternauswahl von 11,0 - 14,0 mag. Um für AS Cnc ein gutes Signal zu bekommen, habe ich dann jeweils 9 Bilder addiert. Das ergab eine Bildserie von 14 x 180 Sekunden.

Das Ergebnis für AS Cnc war entäuschend. Die Helligkeitswerte streuen stark und von einem Maximum ist nichts zu sehen. Eine Abfrage in der AAVSO-Datenbank zeigte, dass die letzten Beobachtungen vom Februar 2013 sind. Das erklärt das fehlende Maximum acht Jahre später. Aber warum streuen die Messungen von AS Cnc so stark?

Helligkeitsmessungen von AS Cnc (rot) und drei Vergleichssternen

Um das zu klären habe ich drei Vergleichssterne mit verschiedenen Helligkeiten gemessen.
GSC 1944 1076, APASS-Katalog 12,280 ± 0,054 mag, gemessen 12,333 ± 0,037 mag (blau)
GSC 1944 0528, APASS-Katalog 11,322 ± 0,060 mag, gemessen 11,335 ± 0,018 mag (grün)
GSC 1944 0753, APASS-Katalog 10,228 ± 0,051 mag, gemessen 10,234 ± 0,010 mag (schwarz).

Zum Vergleich: für AS Cnc habe ich hier 12,615 ± 0,068 mag. Die Sache ist klar: hellere Sterne liefern bessere Helligkeitsmessungen. Jedenfalls bis die 95%-Sättigungsgrenze erreicht ist. Sie liegt hier bei 8,6 mag.

Auch wenn es mit einer Lichtkurve für AS Cnc nicht geklappt hat, ist es doch schön zu sehen, dass 1,6 mag unterhalb der 95%-Sättigungsgrenze eine Genauigkeit von ± 0,010 mag erreicht werden kann. Das sollte reichen um z.B. den Exoplanten HD 189733b zu finden, der den Hauptstern (7,8 mag) in 2,2 Tagen umkreist und für eine Amplitude von 0,028 mag sorgt. Mit einer Belichtungszeit von 5 oder 10 Sekunden sollte das gehen (ab Ende Mai).

Für den Bereich oberhalb von 10 mag habe ich diese beiden Sterne gemessen:
GSC 1944 1714, Tycho-Helligkeit 9,722 ± 0,035 mag, gemessen 9,779 ± 0,014 mag
GSC 1932 0749, Tycho-Helligkeit 8,625 ± 0,022 mag, gemessen 8,621 ± 0,012 mag.

Die Messung des Sterns nahe der 95%-Sättigungsgrenze von 8,6 mag stimmt sehr gut mit der Tycho-Helligkeit überein. Aber beim ersten der beiden Sterne gibt es einen deutlichen Unterschied (0,057 ± 0,049 mag).

Die beiden hellen Sterne habe ich auch in den ersten zehn Einzelbildern gemessen:
GSC 1944 1714, Tycho-Helligkeit 9,722 ± 0,035 mag, gemessen 9,806 ± 0,028 mag
GSC 1932 0749, Tycho-Helligkeit 8,625 ± 0,022 mag, gemessen 8,622 ± 0,008 mag.

Die Messung des ersten Sterns hat einen großen Standardfehler und weicht stark von der Kataloghelligkeit ab (0,084 ± 0,063 mag). Beim zweiten Stern geben schon die Messungen der Einzelbilder eine nahezu konstante Helligkeit.

Ein neuer Versuch mit AS Cnc

Am 25. April habe ich wieder Bilder mit 20 Sekunden Belichtungszeit gemacht. Aber dieses Mal mit 300 gain, um AS Cnc näher an die Sättigungsgrenze zu bringen. Die Verarbeitung war wie vorher, jeweils neun Bilder wurden addiert.

Die Ergebnisse von den ersten 10 x 180 Sekunden sind wieder entäuschend. Die Helligkeit von AS Cnc schwankt stärker als zuvor, der Sterne GSC 1944 0528 wird gemessen mit 11,294 ± 0,052 mag (statt vorher mit 11,335 ± 0,018 mag). Ein weiterer Stern (TYC 1944 0652) in der Nähe wird gemessen mit 11,297 ± 0,048 mag. Die Standardfehler sind viel zu groß.

Zwei Ursachen bieten sich an. Erstens der Wechsel von 120 auf 300 gain. Zweitens der helle Himmel. Der Vollmond stand nur 43 Grad von AS Cnc entfernt, die Himmelshelligkeit in den Bildern lag bei 18,0 mag/arcsec² statt bei 19,7 mag/arcsec² (wie am 12.04.). Ansonsten waren die Bedingungen ähnlich. Während der Beobachtungszeit (22:23 - 22:56 MESZ) war AS Cnc etwa 45 Grad hoch über dem WSW-Horizont. Die durchschnittliche Extinktion liegt dort bei 0,40 mag. Gemessen habe ich in den Einzelbildern einen ZP von 23,504 mag, das ergibt eine Extinktion von 0,30 mag.

Ein Vergleich von Summenbildern zeigt als Hauptunterschied den Einfluß der Himmelshelligkeit:

Links 180 sec mit 120 gain, rechts 180 sec mit 300 gain

Der kleine Stern in der Bildmitte ist AS Cnc. Der helle Himmel verschluckt die schwächeren Sterne. Offenbar sind Vollmond-Nächte wenig geeignet für die Photometrie.