Αξιοπιστία των Sky Quality Meters

Πολύς λόγος έχει γίνει από χρήστες των μετρητών SQM της Unihedron για την αξιοπιστία των τιμών τους καθώς αποτελούν το πιο διαδεδομένο εργαλείο για τη μέτρηση της φωτορύπανσης και της εκτίμησης της ποιότητας των ουρανών. Όπως έχει αναφερθεί και στο παρελθόν (δείτε παρουσίαση εδώ: http://www.darksky.gr/images/darksky/files/thasos-recording-lightpollution.pdf ) χρειάζεται προσοχή κατά τη λήψη μετρήσεων. Μεταξύ άλλων προτείνεται λήψη πολλών μετρήσεων ώστε να εξαχθεί ο μέσος όρος ενώ προτείνεται όταν γίνεται συστηματική καταγραφή να μη δίνεται σημασία σε διαφορές μικρότερες του 0,05. Επιπλέον, σημαντικό είναι να είναι η συσκευή στη θερμοκρασία περιβάλλοντος, να κοιτάζει κατακόρυφα στο ζενίθ και να μη λαμβάνουμε υπόψη τις πρώτες 2-3 μετρήσεις μετά από έστω και μικρή περίοδο μη χρήσης.

Καθώς έχω πρόσβαση μόνο σε μια συσκευή SQM, δεν είχα την ευκαιρία να επιβεβαιώσω πόσο συνεπείς είναι οι συσκευές μεταξύ τους και αν ισχύει η ακρίβεια +/- 0,05 που υπόσχεται ο κατασκευαστής. Για μια μικρή επιβεβαίωση, δανείστηκα για μερικές ημέρες το καινούριο SQM του φίλου Στέφανου Σοφολόγη ώστε να διαπιστώσω αν δίνει διαφορετικές ενδείξεις από τη συσκευή που έχουμε αγοράσει εδώ στην Πάτρα πριν αρκετά χρόνια.

Για τη μίνι σύγκριση κατάφερα να πάρω μετρήσεις τρεις φορές, μέσα στην Πάτρα, στη Χαλανδρίτσα και στην Κλειτορία. Και στις τρεις περιπτώσεις πήρα δέκα μετρήσεις και έβγαλα το μέσο όρο. Στις μετρήσεις από το σπίτι μου μέσα στην Πάτρα το «παλιό» SQM έδωσε μέσο όρο 18,59 ενώ το «νέο» 18,53. Στη Χαλανδρίτσα οι μέσοι όροι ήταν 20,98 και 20,93 αντίστοιχα. Τέλος, στην Κλειτορία οι μέσοι όροι ήταν 21,01 και 20,96.

Παρατηρούμε πως υπήρχε μια σταθερή διαφορά μεταξύ των δύο οργάνων της τάξεως του 0,05 με το «παλιό» να δείχνει σταθερά πιο υψηλά νούμερα σε σχέση με το «νέο». Όσον αφορά τη διακύμανση των τιμών του κάθε SQM, αυτή ήταν περίπου στο 0,03 ανάμεσα στη μέγιστη και την ελάχιστη τιμή 10 μετρήσεων.

Το μικρό αυτό πείραμα δεν μπορεί να βγάλει στέρεα συμπεράσματα ωστόσο σε μια πρώτη ματιά δε δείχνει να καταρρίπτει την υπάρχουσα εντύπωση όσον αφορά την ακρίβεια των συσκευών. Ένα πολύ αναλυτικότερο πείραμα έχει γίνει πριν μερικά χρόνια στην Ισπανία χρησιμοποιώντας 12 συσκευές και πραγματοποιώντας εκατοντάδες μετρήσεις σε εργαστήριο και ουρανό δείχνοντας αποκλίσεις διαφόρων μεγεθών που εν γένει όμως ήταν ίσα ή καλύτερα του +/- 0,05 στις μετρήσεις σε ουρανό. Την εργασία μπορείτε να τη βρείτε συνημμένη.

lica03_nixnox_cross_calibration.pdf

Σύμφωνα με της οδηγίες χρήσης του κατασκευαστή η αβεβαιότητα (ακρίβεια) του οργάνου είναι ±10%, οπότε παίρνοντας σαν παράδειγμα τις μετρήσεις στην Πάτρα:

- η μέτρηση 18,59 του ενός οργάνου σημαίνει ότι η αληθινή τιμή βρίσκεται μεταξύ 16,79 και 20,45,

- η μέτρηση 18,53 του άλλου οργάνου σημαίνει ότι η αληθινή τιμή βρίσκεται μεταξύ 16,68 και 20,38.

Οπότε θεωρητικά η διαφορά 0,06 μεταξύ των δύο οργάνων θεωρείται αποδεκτή.

Επίσης με δεδομένο την αβεβαιότητα ±10%, η διαφορά 0,03 ανάμεσα στη μέγιστη και την ελάχιστη τιμή 10 μετρήσεων ενός οργάνου θεωρείται καλή.

Τώρα ώς προς το αν το όργανο μετράει σώστα, δηλαδή αν οι τιμές που δίνει είναι ±10% της πραγματικής τιμής, αυτό όπως είπε και ο kkokkolis θα πρέπει να ελεγθεί με όργανο μικρότερης αβεβαιότητας, το οποίο με τη σειρά του (για να έχουμε σίγουρα δεδομένα) θα πρέπει να είναι και αυτό ελεγμένο (διακριβωμένο).

Σύμφωνα με της οδηγίες χρήσης του κατασκευαστή η αβεβαιότητα (ακρίβεια) του οργάνου είναι ±10%, οπότε παίρνοντας σαν παράδειγμα τις μετρήσεις στην Πάτρα:

- η μέτρηση 18,59 του ενός οργάνου σημαίνει ότι η αληθινή τιμή βρίσκεται μεταξύ 16,79 και 20,45,

- η μέτρηση 18,53 του άλλου οργάνου σημαίνει ότι η αληθινή τιμή βρίσκεται μεταξύ 16,68 και 20,38.

Οπότε θεωρητικά η διαφορά 0,06 μεταξύ των δύο οργάνων θεωρείται αποδεκτή.

Ο κατασκευαστής εξηγεί στο εγχειρίδιο πως όταν λέει ±10% ακρίβεια αυτό μετατρέπεται στην ένδειξη του οργάνου σε ±0,1 mag/arcsec² που είναι λογαριθμική κλίμακα. Αλλιώς αν ήταν η ακρίβεια να ήταν από 16 έως 20 το όργανο θα ήταν πρακτικά άχρηστο!

Έχω επικοινωνήσει σχετικά με τον κατασκευαστή που μου επιβεβαίωσε πως το ένα όργανο από το άλλο αναμένει να είναι εντός του ±0,1 διότι η κάθε συσκευή προσπαθούν να είναι καλιμπραρισμένη εντός ±0,05 (επίσημες προδιαγραφές εντός ±0,1).

Επίσης ο κατασκευαστής προσφέρει δωρεάν νέο καλιμπράρισμα σε όποιον θέλει να στείλει τη συσκευή του στην εταιρεία.

Το σημαντικό για μένα είναι πως πρέπει να ερμηνεύουμε τις τιμές εντός της ακρίβειας της συσκευής. Διακυμάνσεις της τάξης του 0,01-0,02 είναι ασήμαντες γι'αυτό και έχω προτείνει την σύγκριση των τιμών με βήμα το 0,05. Επίσης προσοχή και πάλι στη σωστή μέτρηση, είμαι σίγουρος πως έχουν γίνει πολλές λάθος μετρήσεις (κυρίως προς τα πάνω) αν κανείς δεν ακολουθήσει σωστά τη διαδικασία.

Έχοντας περάσει πολλές ώρες σε εργαστήρια τα τελευταία χρόνια (φυσικό σπούδαζα), ένας τρόπος κατά τη γνώμη μου για να βρούμε κάπως αξιόπιστα το σφάλμα του οργάνου είναι ο εξής:

Παίρνεις όπως λέτε πολλές μετρήσεις και μετά βρίσκεις τη σχετική απόκλιση των μετρήσεων. Αυτό είναι και το σφάλμα σου. Βάζεις δηλαδή όλες τις μετρήσεις ενός session μετρήσεων στο excel και επιλέγεις να σου βρει τη σχετική απόκλιση αυτών των τιμών (standard deviation).

Πολύ ενδιαφέρον Ανδρέα. Πάντως αυτές οι αποκλίσεις δεν φαίνεται να είναι τόσο σημαντικές. Αν συγκρίνουμε τις αποκλίσεις κάνοντας μετατροπή σε NELM τιμές οι διαφορές είναι ελάχιστες. Με το μάτι δηλαδή δεν φαίνονται. Καλό είναι όμως να ξέρουμε ότι υπάρχουν.

Εγώ αυτό που έχω καταλάβει τελευταία είναι ότι κατά τη διάρκεια της νύχτας οι μετρήσεις αλλάζουν αλλά αυτό νομίζω δεν οφείλεται στο όργανο μέτρησης αλλά το πώς είναι ο ουρανός όταν κάνουμε τη μέτρηση. Έχω διαπιστώσει ότι παίζει πολύ σημαντικό ρόλο η θέση του γαλαξία. Επίσης παίζει ρόλο και η ώρα. Όσο πιο αργά τόσο πιο σκοτεινά. Δεν γνωρίζω το λόγο αλλά υποθέτω ότι ο τεχνητός φωτισμός των πόλεων μειώνεται όσο προχωρά η νύχτα οπότε και ο ουρανός είναι πιο σκοτεινός. Σίγουρα παίζουν επίσης ρόλο και άλλα φαινόμενα όπως η διαύγεια της ατμόσφαιρας, φαινόμενα airglow κτλ.

Οπότε ναι, πρέπει να παίρνουμε το μέσο όρο των μετρήσεων, όχι μόνο μια συγκεκριμένης ώρας αλλά νομίζω κατά τη διάρκεια όλης της παρατήρησης.

Δημήτρη, ισχύουν οι παρατηρήσεις σου αλλά υπάρχουν δύο διαφορετικά ζητήματα. Η ακρίβεια του οργάνου είναι ένα θέμα και η περιοδική μεταβλητότητα της φωτορύπανσης είναι άλλο. Το επιθυμητό δεν είναι να πάρουμε μέσο όρο μετρήσεων αναμειγνύοντας μετρήσεις διαφορετικής ώρας διότι έτσι θα χάσουμε πληροφορίες της μεταβολής, θα μπερδέψουμε τη μεταβλητότητα των μετρήσεων του οργάνου με τη μεταβλητότητα της πραγματικής εικόνας και δε θα καταγράψουμε σε κάθε στιγμή τι συμβαίνει.

Το πιο σχολαστικό είναι να πάρουμε πχ 10 μετρήσεις στις 22:00, 10 μετρήσεις στις 23:00 και 10 μετρήσεις στις 24:00 και να βγάλουμε τρεις μέσους όρους. Έτσι θα έχουμε καλή εικόνα και του τι συμβαίνει κάθε στιγμή, και πώς αυτό αλλάζει με το χρόνο. Ομοίως και για άλλες χρονικές στιγμές μέσα στο χρόνο που επίσης παρουσιάζεται μεγάλη μεταβολή.

Το πιο σχολαστικό είναι να πάρουμε πχ 10 μετρήσεις στις 22:00, 10 μετρήσεις στις 23:00 και 10 μετρήσεις στις 24:00 και να βγάλουμε τρεις μέσους όρους. Έτσι θα έχουμε καλή εικόνα και του τι συμβαίνει κάθε στιγμή, και πώς αυτό αλλάζει με το χρόνο. Ομοίως και για άλλες χρονικές στιγμές μέσα στο χρόνο που επίσης παρουσιάζεται μεγάλη μεταβολή.

Μπορείς απο κει να βρεις για κάθε σετ μετρήσεων και το standard deviation που λέγαμε πιο πάνω που είναι ανεξάρτητο της κατάστασης του ουρανού και εκφράζει το σφάλμα και να βγάλεις και έναν μέσο όρο σφάλματος απο τα 3 standard deviations που έχουμε υπολογίσει. Άλλη μια ιδέα είναι σε κάθε σετ μετρήσεων να καταγράφουμε και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και να δούμε αν όντως υπάρχει εξάρτηση της ακρίβειας από αυτήν. Μια τελευταία "εργαστηριακή" συμβούλη, αν κάποια από τις 10 μετρήσεις μας αποκλίνει κατά πολύ από τις τιμές που βλέπουμε, τότε απλώς την αγνοούμε και παίρνουμε μία καινούρια.

Ελπίζω να βοήθησα!

Αυτό γίνεται Ανδρέα αλλά παίζει το εξής:

Ο αισθητήρας που χρησιμοποιεί είναι το TSL237. (HIGH-SENSITIVITY

LIGHT-TO-FREQUENCY CONVERTER)

Τα specs του είναι εδώ: https://ams.com/chi/content/download/250250/975933/file/TSL237_Datasheet_EN_v1.pdf

Άν δείς την καμπύλη του dark frequency είναι μηδέν μέχρι τους 15 βαθμούς και 0.1 μέχρι τους 35-40 βαθμούς κελσίου. Μετά από αυτές τις τιμές ναί έχει θόρυβο αλλά δεν νομίζω να μετράει κανείς στη Σαχάρα τη μέρα..

Σίγουρα για τη χρήση που το θέλουμε η αφαίρεση του dark current (και ο υπολογισμός της θερμοκρασίας) είναι λίγο άχρηστη.

Σε δοκιμές που έκανα δεν επηρεάζει το αποτέλεσμα της μέτρησης.

Το όργανο εμφανίζει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος μαζί με τη μέτρηση διότι κάνει εσωτερική διόρθωση ανάλογα τη θερμοκρασία και καλό είναι να την καταγράφουμε.

Εγώ πάντως όσες μετρήσεις έχω κάνει μπορώ να πω πως είναι αρκετά αξιόπιστο σαν όργανο. Πολλές διαφορές που βλέπεις πολλές φορές στο ίδιο μέρος εξαρτώνται από παράγοντες όπως πού σημαδεύεις ακριβώς πόσο ψηλά, στο γαλαξία ή όχι, αν έχει καλή διαύγεια εκείνη τη μέρα, τί ώρα είναι (όσο περνάει η ώρα και καλύτερα).

Έχω δει δηλαδή όντως πως όσο καλύτερα νούμερα βλέπω, τόσο καλύτερες παρατηρήσεις κάνω από άποψη σκοτεινότητας. Δεν έχω δει κάποια απόκλιση αδικαιολόγητη. Βέβαια η 1η μέτρηση πάντα είναι 0,1 - 0,2 μεγαλύτερη γι'αυτό δεν την λαμβάνω υπ' όψιν. Επίσης καλό είναι το όργανο να βρίσκεται στη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Επίσης, μπορεί σαν NELM μέτρηση αστέρα να είναι μικρή η διαφορά π.χ. από 21.3 στα 21.5 mags/arcsec² αλλά στην πράξη η διαφορά στον ουρανό είναι αρκετά μεγάλη και σίγουρα ορατή και αισθητή από έναν έμπειρο παρατηρητή.

Ίσως το καλύτερο για ένα site σχετικό με την φωτορύπανση να είναι το να αναφέρει τις μέσες μετρήσεις. Δεν ξέρω.

Εμένα πάντως σαν παρατηρητή δεν με ενδιαφέρουν τόσο ο μέσος όρος διαφορετικών ωρών, αλλά το καλύτερο που μέτρησε κάποιος, η δυνατότητα, το peek που μπορεί να φτάσει σε μια τοποθεσία ο ουρανός. Διαβάζω ότι σε μία Πανελλήνια για παράδειγμα μετρήθηκε κάποια στιγμή 21,72. Έτσι όλα τα υπόλοιπα προς τα κάτω είναι θέμα συγκυριών που γνωρίζουμε ότι μάλλον θα αντιμετωπίσουμε, αναλόγως των συνθηκών που θα επικρατούν την κάθε βραδιά.

Σχετικά με την μεγάλη διαφορά από μέτρηση σε μέτρηση και την ανάγκη για μέσο όρο μετρήσεων:

Έχω δει ότι δεν υπάρχει ανάγκη για μέσο όρο μετρήσεων του ίδιου σημείου. Οι μεγάλες διαφορές υπάρχουν γιατί το SQM κρατείται στο χέρι. Όμως οι διαφορές όταν σκοπεύουμε με αυτόν τον τρόπο πχ στο ζενίθ υπάρχουν γιατί αν μετατοπίσουμε το σημείο σκόπευσης ελάχιστα οι μετρήσεις αλλάζουν. Σαν συμπέρασμα, νομίζουμε ότι πιέζοντας το κουμπί σκοπεύουμε στο ίδιο σημείο αλλά αυτό δεν συμβαίνει.

Δοκιμάστε να στρέψετε το όργανο στο ζενίθ στηριγμένο όμως πολύ σταθερά κάπου. Χρησιμοποιώ τον τρίποδα και ένα λάστιχο σαν γρήγορη λύση. Κάνετε 10 μετρήσεις με 5" κενό ανάμεσά τους. Οι 7 μετρήσεις μου στις 10 ήταν ίδιες, 2 από αυτές είχαν διαφορά μόνο 0,02 και μία 0,04. Ακόμη και η διαφορά της πρώτης με την δεύτερη μέτρηση ίσως να μην είναι μεγαλύτερη από 0,02. Δηλαδή αμελητέες.

Αν το δοκιμάσετε φροντίστε να είσαστε σίγουροι για την διαύγεια του ουρανού να μην υπάρχουν δηλαδή λεπτές νεφώσεις ψηλά, αρκετή υγρασία, ή εστίες καπνού –τζάκια, λέβητες- κοντά σας. Οι διαφορές από μέτρηση σε μέτρηση σε τέτοιες περιπτώσεις είναι μεγάλες. Το έπαθα αρκετές φορές μέχρι να καταλάβω τι φταίει.