ࡱ> Y[X7 -LbjbjUU .\7|7|-Hl     $2B :| | | | | :  $V v | | x| | xxx | | x xRxK | 6 έ'J c0$k, >: x OmegaCAM en AstroWise Virtueel inzoomen met een groothoekcamera Edwin A. Valentijn* * De auteur is werkzaam als programma manager van het NOVA-toponderzoekschool projekt wide field imaging en het Nationale datacentrum OmegaCEN welke gehuisvest zijn op het Kapteyn Instituut van de RijksUniversiteit Groningen. Sterrenkunde is soms letterlijk het zoeken naar een speld in een hooiberg. De ironie wil dat, zodra je instrumenten hebt om grote hoeveelheden gegevens te verzamelen, het de nodige moeite kost om daar de bijzonderheden uit te halen. Daarom werken Europese sterrenkundigen momenteel aan een dubbele aanpak. Aan de ene kant bouwen ze een geavanceerde combinatie van een zoektelescoop en -camera, VST en OmegaCAM, waarmee enorm scherpe en gedetailleerde beelden van grote stukken hemel kunnen worden gemaakt. En aan de andere kant wordt een compleet nieuw systeem van gegevensverwerking opgezet, waarmee die onstuitbare datastroom die dit oplevert beheersbaar blijft. Met de ingebruikname van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Chili kregen de Europese, en dus ook de Nederlandse, astronomen er de afgelopen jaren een fantastische nieuwe waarneemfaciliteit bij. Met behulp van de vier supergrote 8-meter VLT-spiegels kunnen astronomen inzoomen op de kleinste details en de zwakste objecten in ons heelal waarnemen. Maar hoe vind je die zwakke en zeldzame objecten waar je deze reuzentelescopen op wilt richten? De VLT-telescopen zelf hebben een betrekkelijk klein beeldveld, en fungeren dus eigenlijk als een superzoomlens. Het ontdekken van nieuwe zeldzame objecten met de VLT is eigenlijk net zon lastige, zo niet onmogelijke, opgave als het met een supertelelens in een goedgevuld voetbalstadion zoeken naar die ene persoon met een felrood gekleurd polshorloge. Het is natuurlijk veel handiger om eerst met behulp van een groothoeklens naar een rood vlekje te zoeken, om dan vervolgens met een zoomlens op de aangeven positie verder te kijken. Het is om deze reden dat de ESO eind jaren negentig heeft besloten om op Paranal, naast de grote VLT, een nieuwe geavanceerde zoektelescoop neer te zetten, die als voornaamste taak heeft om de posities te leveren van bijzondere objecten die vervolgens met de VLT nader kunnen worden bestudeerd. Deze telescoop heet de VLT Survey Telecope (VST). De VST wordt momenteel gebouwd door een Italiaans consortium onder leiding van het Observatorio del Capodimonte (OAC) te Napels. Het is een relatief kleine telescoop met een 2,6- m hoofdspiegel. Figure VST dome Photo Paranal 2003-tel2.jpg Een foto van de nieuwe koepel voor de VST op Paranal, met daarin gemonteerd een afbeelding van een maquette van de teleskoop. Figure Omegacam_housing De 1,5 meter grote behuizing van het OmegaCAM instrument gedurende de montage van elektronische onderdelen. Rechts en links zijn de twee houders voor in totaal 12 filters zichtbaar. Ieder filter meet zon 28 X 28 cm, weegt zon 6 kilo en kost minimaal 100.000 Euro. *** Eddy op deze wijze heb ik de beschrijving van filters terug gezet** Bij het ontwerp van de telescoop is alles op alles gezet om er voor te zorgen dat er maximaal kan worden geprofiteerd van de beste beeldstabiliteit, ook wel seeing genoemd, zoals die in de atmosfeer boven Paranal voorkomt. Bij optimale atmosferische condities kunnen op Paranal beelden worden gemaakt met een scherpte van zon 0,5 boogseconde en dat maakt deze plek tot een van de beste op aarde. Zowel het optische als het mechanische ontwerp van de VST is er op gericht dat altijd tachtig procent van het verzamelde licht van een ster terechtkomt binnen een gebiedje met een diameter van 0,4 boogseconde. Vergeleken met vroegere zoektelescopen, zoals bijvoorbeeld de Schmidt-telescopen die een halve eeuw lang bij een seeing van 1 2 met behulp van fotografische cameras objecten hebben opgespoord, is de VST een grote vooruitgang. De beeldkwaliteit van de VST is zelfs minstens een factor twee beter dan de moderne digitale Sloan-camera op Apache Point in de VS, waarmee momenteel een zoekprogramma over de hele noordelijke sterrenhemel wordt uitgevoerd: de Sloan Digital Sky Survey (DSS). In de loop van 2003 zullen de diverse onderdelen van de VST naar Paranal worden verscheept, en volgend jaar wordt het eerste licht door deze telescoop verwacht. OmegaCAM Behalve aan de telescoop wordt er momenteel ook hard gewerkt aan een geavanceerde camera, die het door de telescoop verzamelde licht omzet in een digitaal beeld. De opdracht hiertoe is door de ESO gegeven aan een internationaal consortium onder leiding van de Nederlands onderzoekschool NOVA, die dit project ook financieel ondersteunt. Samen met Duitse collegas van onder meer de universiteit van Mnchen en Italiaanse collegas van de sterrenwacht te Padova bouwen Nederlandse astronomen van het Kapteyn Instituut in Groningen en de Sterrenwacht Leiden aan deze wel heel bijzondere camera, OmegaCAM geheten, die gedurende tenminste tien jaar min of meer non-stop zal worden gebruikt om met de VST de hemel af te speuren. OmegaCAM is zo bijzonder, omdat het ontwerp beoogt om maximale beeldscherpte te bereiken over een zon groot mogelijk beeldveld. De grootte van de pixels of beeldelementen moet dus passen bij de zeer goede seeingcondities op Paranal en de beeldvorming van de VST. Er is uiteindelijk gekozen voor pixels van 15 micrometer, overeenkomend met 0,21 boogseconden op de hemel, zodat zelfs gedurende de allerbeste atmosferische condities de camera gemiddeld nog twee pixels per seeing-element bevat. Maar het echt ambitieuze van dit project is dat de camera deze beeldscherpte bereikt over een reusachtig beeldveld van n vierkante graad, en dat is zon honderdmaal meer dan het grootste beeldveld van de VLT-telescopen. Voor dit beeldveld zijn in beide richtingen (horizontaal en verticaal) zon 16.000 pixels nodig, en dat betekent dus het onwaarschijnlijk grote aantal van in totaal 256 miljoen pixels. Ter vergelijking: een goede videocamera heeft zon 1 2 miljoen pixels en een huis-, tuin- en keuken digitale fotocamera heeft er zon 4 5 miljoen. Om dit enorme aantal pixels te verkrijgen heeft het OmegaCAM-consortium samen met de ESO zon 32 ccds (charge coupled devices) met elk 2000 x 4000 beeldelementen aangekocht. De totale waarde van deze wetenschappelijke ccds genoeg om het brandvlak van de telescoop over een oppervlakte van zon 28 bij 28 cm vol te stouwen met pixels (zie fig**) loopt tegen de 2 miljoen euro. Fig CCDs in focal plane- omegacam-1.tiff Omega Centauri is een bolvormige sterrenhoop met een diameter van tegen een 1 graad en is een van de grootste (in hoekmaat) astronomische objecten aan de hemel. OmegaCAM kan dit veld in een keer waarnemen, zoals blijkt uit de in de foto op schaal gemonteerde raster van de 8 X 4 CCDs, die ieder 2.000 x 4.000 pixels bevatten. Samen vormen deze CCDs een 256 MegaPixel camera. De gekleurde rechthoeken aan de linker en rechterzijde stellen de 4 extra CCDs voor die gebruikt worden om de telescoop te sturen en gedurende de opname actief de optiek van de telescoop bij te stellen. Wetenschap Het klinkt misschien gek, maar VST/OmegaCAM zal niet worden ingezet om systematisch de hele zuidelijk sterrenhemel af te speuren. Terwijl de DSS zon twee minuten naar een bepaald gedeelte van de noordelijke hemel kijkt, zal het met OmegaCAM mogelijk zijn veel langer (bijvoorbeeld een uur) naar hetzelfde veld te kijken, om zodoende veel diepere/gevoeligere beelden te maken. Astronomen worden in de gelegenheid gesteld om zelfgedefinieerde programmas uit te voeren. De waarnemingen zullen vervolgens door de lokale staf in Chili worden gedaan (dit wordt de service mode genoemd). De afgelopen tijd zijn er al veel van zulke programmas bedacht. Zo gaat VST/OmegaCAM op zoek naar de meest ver weggelegen quasars en clusters van melkwegstelsels, door naar heel zwakke, rode objecten te speuren. De camera is ook heel geschikt om de hemel af te tasten naar alles wat beweegt of in helderheid verandert. Door groothoekopnamen te vergelijken die op verschillende tijdstippen van hetzelfde gebied zijn genomen, kunnen allerlei bijzondere en zeldzame objecten worden opgespoord. Veranderingen in lichtintensiteit zullen worden gebruikt om supernovae in ver weggelegen melkwegstelsels te ontdekken. Maar ook bewegende objecten kunnen met OmegaCAM worden opgespoord. Er zal bijvoorbeeld worden gezocht naar kleine objecten in ons eigen zonnestelsel, zowel in de buurt van nabije planeten als in de verder weggelegen Kuipergordel. Met name een inventaris van de uiterst zeldzame heldere Kuipergordelobjecten aan de rand van ons zonnestelsel moet duidelijkheid verschaffen hoeveel materie ons zonnestelsel van buitenaf invangt. Sommige astronomen speculeren al over de mogelijkheid dat OmegaCAM nieuwe Pluto-achtige planeten, met een diameter van zon duizend kilometer, zal ontdekken of Trojaanse planetoden nabij de zogenaamde Lagrange-punten van de aarde en Venus. OmegaCAMs principle investigator, prof. Koen Kuijken, is voornemens op zoek te gaan naar zwakke witte dwergsterren in de halo van ons eigen melkwegstelsel. Deze sterren zijn zo lichtzwak dat ze dezelfde helderheid hebben als heel ver weggelegen melkwegstelsels. Om deze zeer zwakke sterren toch te kunnen vinden en van de zwakke stelsels te kunnen onderscheiden, wordt er met OmegaCAM naar bewegende objecten gezocht. De melkwegstelsels staan immers zo ver weg, dat ze niet bewegen, terwijl de halo-sterren door hun eigenbeweging zullen opvallen. Een eigenbeweging van slechts een paar boogseconden per jaar zal door OmegaCAM direct opgemerkt kunnen worden. Mocht dat lukken, dan wijst dat op een belangrijke populatie van halo-sterren, en dat zou van groot belang zijn voor onze modellen van de structuur van het Melkwegstelsel. Zelf ben ik voornemens om met een groep Groningse astronomen hele superclusterstructuren in kaart te gaan brengen. Superclusters zijn reusachtige slierten van clusters en groepen van melkwegstelsels die samen de grootste bekende structuren in ons heelal vormen fig foto Shapley of Hercules supercluster- Hoewel de centrale gebieden van de clusters zelf vaak wel al goed zijn bestudeerd, biedt OmegaCAM nu de mogelijkheid om de uitgestrekte tussengebieden van soms wel tientallen graden in detail te bestuderen. Inzicht in de structuur van melkwegstelsels in deze ijle tussengebieden is nodig voor ons begrip van de evolutie van stelsels en clusters van stelsels. Maar dit onderzoek is ook van belang voor de rol van het gas dat zich tussen de stelsels in bevindt, en dat vanwege de enorm grote volumes van deze gebieden wel eens de grootste massacomponent van het heelal zou kunnen vormen. Het is denkbaar dat een deel van de zogenaamde donkere materie uit dit uitgestrekte gas bestaat. Ook andere kandidaten voor de donkere materie, zoals de nauwelijks waarneembare bruine dwergsterren, kunnen met OmegaCAM worden waargenomen. Dat gebeurt dan door middel van het zogenaamde microlensing-effect: als een dwergster vr een heldere ster op de achtergrond schuift, zal de achtergrondster door het gravitatielenseffect kortstondig van helderheid veranderen. OmegaCAM kan grote stukken van de hemel naar dergelijke zeldzame verschijnselen afspeuren. Maar bovenal wordt het toch wel erg spannend of OmegaCAM nieuwe, tot nu toe volstrekt onbekende objecten zal aantreffen. De combinatie van het grote beeldveld met de scherpe beelden levert nieuwe en unieke zoekmogelijkheden op, maar om die echt te kunnen benutten zullen zeer geavanceerde computertechnieken moeten worden ingezet. Gegevensopslag Het bewerken van een digitaal beeld van 256 miljoen pixels stelt geheel nieuwe eisen aan de benodigde computertechnologie, zowel wat betreft de hardware als de software. En dat is nu precies waar het Nederlandse NOVA team, gevestigd op het nieuwe datacentrum OmegaCEN van het Kapteyn Instituut, mee bezig is. OmegaCAM zal elke 3 5 minuten een foto maken die 0,5 gigabyte aan gegevens bevat. In feite wordt elk veld een aantal malen opgenomen, meestal zon vijf keer, waarbij de telescoop dan steeds een klein beetje wordt verschoven. Dit komt neer op zon 100 gigabyte aan zogenaamde ruwe data per nacht, en in een jaar loopt dat dan op tot zon 22.000 gigabyte oftewel 22 terabyte aan alleen nog maar ruwe beeldgegevens een hoeveelheid die overeenkomt met zon 30.000 cd-roms. Deze ruwe gegevens moeten ontdaan worden van allerlei ongewenste vingerafdrukken van de ccds, filters en de kosmische straling die de ccds gedurende de opname heeft getroffen. De verschillende beelden van hetzelfde veld worden gecombineerd tot een schoon plaatje, waarop niets meer te zien is van eventuele beschadigingen van de ccds of van de spleten tussen afzonderlijke ccd-chips. Dit alles gebeurt in een automatische datareductie-pijplijn die de beelden opschoont, omzet en samenvoegt tot zon 10 terabyte aan perfect beeldmateriaal. In de loop van de tien jaar die het project gaat duren, zal zon 300 terabyte aan informatie worden verzameld. De ESO zal een archief van de ruwe data beheren, terwijl een veel uitgebreider archief met ook alle bewerkte beelden zal worden aangelegd op het OmegaCEN datacentrum. Aldaar worden torens van harde schijven genstalleerd, momenteel met zon twaalf 200 gigabyte schijven per toren. De verwachting is dat tientallen van dergelijke torens nodig zijn, die in een speciale airconditioned ruimte op het Kapteyn Instituut zullen worden ondergebracht. Niet alleen de opslag van alle gegevens vormt een uitdaging, ook de computers die nodig zijn om gegevens te verwerken moeten dit soort grote datastromen aankunnen. Een strikte randvoorwaarde is dat de tijd die computers nodig hebben om de ruwe gegevens te verwerken aanzienlijk minder moet zijn dan de tijd die nodig is om de gegevens met de telescoop te verzamelen. Zelfs met de modernste computers betekent dat nog steeds dat er meerdere processors tegelijk moeten worden gebruikt in zogenaamde parallelle clusters. In samenwerking met het High Performance Computing Centre (HPC) van de Universiteit Groningen test OmegaCEN momenteel de automatische gegevensverwerking met n processor per ccd-detector dat betekent dus dat 32 computers tegelijkertijd gaan rekenen aan n OmegaCAM-beeld. Terwijl de laatste tien jaar de meeste bewerkingen van astronomische gegevens op persoonlijke werkstations werd gedaan, gaan we nu dus weer terug naar een tijd dat we grote centrale computersystemen nodig hebben om de gegevens te verwerken. Dankzij de voortgang in de ccd-detectortechniek, zullen astronomen weer de grenzen van de mogelijkheden van de IT moeten verkennen. ASTRO-WISE Het verwerken van het ruwe beeldmateriaal stelt niet alleen hoge eisen aan de computertechnologie, er is nog iets veel gekkers aan de hand: op elk OmegaCAM-beeld met een belichtingstijd van een minuut of dertig (in de praktijk vijf tot zes opnamen van vijf minuten) staan zon 100.000 astronomische objecten voor het merendeel ver weggelegen melkwegstelsels. Dat betekent dus zon 2 miljoen objecten per nacht oftewel zon 600 miljoen objecten per jaar! Hoe kun je in hemelsnaam tussen die 600 miljoen objecten, die zelf ook al zon terabyte aan gegevens omvatten, die paar bijzondere objecten, zoals supernovae, Kuipergordelobjecten, quasars aan de rand van het heelal, planetoden die zich richting aarde begeven enzovoorts vinden? Dat vereist een geavanceerde database-technologie, en om dit te verwezenlijken is OmegaCEN een researchonderneming met Oracle-database gestart. OmegaCEN ontwikkelt een geheel nieuwe IT-methodiek om dergelijke supergrote gegevensbestanden te koppelen aan de parallelle computers die de ruwe gegevens verwerken. In samenwerking met nationale datacentra in Frankrijk, Duitsland en Itali wordt een gedistribueerd systeem ontwikkeld dat beoogt om Europese astronomen samen aan de OmegaCAM en andere wide field imaging-gegevens te laten werken: het ASTRO-WISE project, *** een door de EU ondersteund onderzoek en ontwikkelingsproject.*** Alle computerhardware, -gegevensopslag en -archieven zullen worden gekoppeld, en samen ontwikkelen deze datacentra een zoekmachine die in staat is uit miljoenen objecten dat ene bijzondere op te sporen. Zo levert de toponderzoekschool niet alleen nieuwe astronomische onderzoeksmogelijkheden, maar helpt zij tegelijkertijd mee met het ontwikkelen van grensverleggend IT-onderzoek. Onze studenten hebben dan ook geen probleem met het vinden van een goede baan in de IT-sector. Virtuele sterrenwacht Inmiddels bruiste in mei van dit jaar de champagne op het Kapteyn Instituut: de OmegaCEN-staf vierde het first virtual light vierde van hun prototype wide field imaging observatory, oftewel de Virtual Survey Telescope. First virtual light, omdat het voor het eerst gelukt is om alle ASTRO-WISE-hardware (parallelle cluster en terabyte-schijven op het Kapteyn Instituut verbonden door middel van een lokaal glasvezelnetwerk) en -software aan elkaar vast te knopen, onder de totale controle van een database-systeem. Dat systeem zorgt ervoor dat als de gebruiker een eenvoudige vraag stelt, zoals ik wil een beeld van NGC 5085 zien, er automatisch uitgezocht wordt wat er al eens uitgerekend is voor dit object, wat achterhaald is, om vervolgens de ruwe gegevens (onze virtuele hemel) uit te gaan rekenen en de gebruiker te bedienen. Het bijzondere is dat deze virtuele telescoop (net zoals een echte) getriggered wordt door de vraag van de gebruiker en dat alle instructies van achter naar voren worden afgewerkt. Voor zover bekend is dit voor het eerst dat een dergelijk dynamisch virtueel astronomisch waarneemsysteem werkt, zij het in de vorm van een proefmodel. Vol verwachting zien we uit naar de ingebruikstelling van OmegaCAM en het ASTRO-WISE Virtual Observatory systeem, dat de Nederlandse astronomen op de eerste rang plaatst op het gebied van de groothoeksterrenkunde. Het zal ons mogelijk in staat stellen om nieuwe objecten te ontdekken waarvan we het bestaan nu nog niet eens vermoeden. Verdere informatie kan worden gevonden op de homepages:  HYPERLINK "http://www.astro.rug.nl/~omegacam" www.astro.rug.nl/~omegacam OmegaCAM homepage  HYPERLINK "http://www.astro.rug.nl/~valentyn/omegacen" www.astro.rug.nl/~valentyn/omegacen OmegaCEN homepage  HYPERLINK "http://www.astro-wise.org" www.astro-wise.org AstroWise homepage @ABVW?ACm : > %%]'t'((++++./:/11LE_E{EEFF K K:K;K*CJ$mHsH56>*CJ$mHsH56CJ$mHsH5CJ(mHsH8ABVWBC /}g  $a$-L  !@$R'*+++++r.=01112$a$$a$248<===[?ACDDD~IJJ KjKK-LKKKKKKKLLLLL-LjU0J jUjU ,1h. A!"#$% DyK www.astro.rug.nl/~omegacamyK Dhttp://www.astro.rug.nl/~omegacamDyK $www.astro.rug.nl/~valentyn/omegacenyK Vhttp://www.astro.rug.nl/~valentyn/omegacenDyK www.astro-wise.orgyK 6http://www.astro-wise.org/ i4@4 NormalCJ_HmH sH tH 0@0 Heading 1$@&5>@> Heading 2$@&5CJ$mHsHuB@B Heading 3$@&56CJ(mHsHuB@B Heading 4$@&^5mHsHu6@6 Heading 5$$@&a$5<A@< Default Paragraph Font6B@6 Body TextCJ$mHsHu6>@6 Title$a$5CJ(mHsHu.U@. Hyperlink >*B*ph>V@!> FollowedHyperlink >*B* phe`2 HTML Preformatted7 2( Px 4 #\'*.25@9CJOJPJQJ^J8P`B8 Body Text 26]mHsH>Q`R> Body Text 3$a$6]mHsH-H\ ABVWBC  /     }g   @ R#&'''''r*=,---.048999[;=?@@@~EFF GjGG/H000000000000:0J000J000000000000000000H000000000000000000000000000000000000000K-L(- 2-L)+,-L* G;GVGjGGGGHH-HXXX _Hlt40690290 _Hlt40690291AGAG/H@@BGBG/H 1@$5  -4EH& , - 5  \ c + 2 FKLSTWX^9Lfk|]` $w|!!""+#:#K#P#R#\#]#f#g#s#A%M%&&2&&&''''''.+A+/ ///(000<0D011116111$2-2V2k2223374?4&7/70767778891999 ::%:3:;;;<<<<<)=5=c>g>n>u>>>>>^@j@@@2A?ALAQARAYAZA_A{AAAAAAAAAAAAAAAAAABB0BABBBrD}DEEEEEE>FSFH#H/H!#: < cePR''].`.>>>>/H3  >?/HEddy Echternachfsysteem:Users:ee:Documents:projecten:Zenit:Zenit - nieuw:komende nummer(s):Omegacam:Zenit-omegacam.docEddy EchternachDsysteem:Users:ee:Documents:Microsoft User Data:Word Work File A_3254Eddy EchternachDsysteem:Users:ee:Documents:Microsoft User Data:Word Work File A_3254Edwin A. ValentijnSC:\WINDOWS\Application Data\Microsoft\Word\AutoRecovery save of Zenit-omegacam_0.99Edwin A. Valentijn/C:\OmegaCAM\papers\zenit\Zenit-omegacam_1.0.docEdwin A. ValentijnRC:\WINDOWS\Application Data\Microsoft\Word\AutoRecovery save of Zenit-omegacam_1.0Edwin A. ValentijnRC:\WINDOWS\Application Data\Microsoft\Word\AutoRecovery save of Zenit-omegacam_1.0Edwin A. ValentijnRC:\WINDOWS\Application Data\Microsoft\Word\AutoRecovery save of Zenit-omegacam_1.0Edwin A. ValentijnRC:\WINDOWS\Application Data\Microsoft\Word\AutoRecovery save of Zenit-omegacam_1.0Edwin A. Valentijn/C:\OmegaCAM\papers\zenit\Zenit-omegacam_1.0.doc~oTP^`OJPJQJ^Jo( ^`OJQJo(o pp^p`OJQJo( @ @ ^@ `OJQJo( ^`OJQJo(o ^`OJQJo( ^`OJQJo( ^`OJQJo(o PP^P`OJQJo(~o          @>>H>>-H@UnknownGz Times New Roman5Symbol3& z Arial?5 z Courier New;Wingdings"1hWuqusufp ;~w ;$0dI F2qOmegaCAM en AstroWiseEdwin A. ValentijnEdwin A. ValentijnOh+'0 ( D P \ ht|OmegaCAM en AstroWise9megEdwin A. Valentijnsdwi Normal.dotlEdwin A. Valentijns3wiMicrosoft Word 9.0s@ա@4=@@ '@'p ;՜.+,D՜.+,X hp  NOVA - Kapteyn Instituter~I OmegaCAM en AstroWise Title 8@ _PID_HLINKSAtx&http://www.astro-wise.org/& +http://www.astro.rug.nl/~valentyn/omegacen_"http://www.astro.rug.nl/~omegacam  !"#$%&'()*+,-.012345689:;<=>?@ABCDEFGIJKLMNOQRSTUVWZRoot Entry Fέ'\Data /1Table7 WordDocument.\SummaryInformation(HDocumentSummaryInformation8PCompObjjObjectPoolέ'έ'  FMicrosoft Word Document MSWordDocWord.Document.89q