Plate Solving con PixInsight

¿En qué consiste el plate solving?

Se llama plate solving ("solución de placas") a la técnica en la cual se aplica astronometría a una imagen astronómica. El térmico plate (placa) proviene de los tiempos en los que las astrofotografías eran capturadas sobre placas de películas. Actualmente se ha generalizado a todo tipo de imágenes digitales. La idea principal es que la imagen astronómica quede posicionada dentro del sistema de coordenadas (normalmente el ecuatorial celeste), de forma tal que puedan así ubicarse los objetos (estrellas, cielo profundo, etc) utilizando la información de catálogos en los que se incluye la posición de los mismos. Imaginemos un área cualquiera del cielo capturada en una imagen: si se logra determinar con precisión las coordenadas de los vértices de la foto, luego podrán ubicarse dentro de ella los objetos.

Solución en PixInsight

La plataforma de procesamiento de imágenes digitales PixInsight permite, entre otras cosas, crear scrips (programas dentro de la aplicación) que utilicen las funciones y procesos disponibles para realizar todo tipo de acciones. Dos scripts fueron recientemente publicados por Andrés del Pozo en el foro de PixInsight: ImageSolver (plate solving de la imagen) y AnnotateImage (marcar los objetos presentes en la imagen).

El primer script, ImageSolver, es el que añade los datos astrométricos en el encabezado del archivo (keywords del formato de imagen FITS). Para esta tarea deben ingresarse las coordenadas aproximadas del centro de la imagen (si se ha fotografiado un objeto en particular, este puede buscarse -requiere conexión a internet- y sus coordenadas serán cargadas de forma automática). Otros datos necesarios son la focal de la configuración utilizada para lograr la toma (o si se conoce, la resolución en segundos de arco por pixel), el tamaño del pixel del sensor de la cámara (un dato que forma parte de las especificaciones técnicas de la misma) y la fecha de adquisición de la imagen (para las correcciones por precesión). Es importante tener activas las opciones Update FITS keywords y Add WCS keywords.

Diálogo principal del Plate Solver Script

Al ejecutarse, el script identificará las estrellas de la imagen e intentará alinearlas con un campo generado artificialmente a partir de un catálogo utilizando como base los datos ingresados. Al completarse el proceso se podrá ver en la consola de PixInsight los resultados del mismo, como el ejemplo a continuación:

Image Plate Solver script version 1.5
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Referentiation Matrix (Gnomonic projection = Matrix * Coords[x,y]):
+0.000043627676 +0.000850780108 -0.486665892015
-0.000850142134 +0.000043369621 +0.657083793424
+0.000000000000 +0.000000000000 +1.000000000000
Resolution ........ 3.066 arcsec/pix
Rotation .......... -92.949 deg
Focal ............. 497.89 mm
Pixel size ........ 7.40 um
Field of view ..... 1d 21' 45.1" x 54' 15.7"
Image center ...... RA: 03 34 45.664 Dec: -35 38 21.98
Image bounds:
top-left ....... RA: 03 32 23.123 Dec: -34 58 51.37
top-right ...... RA: 03 32 41.470 Dec: -36 20 29.15
bottom-left .... RA: 03 36 47.692 Dec: -34 56 06.98
bottom-right ... RA: 03 37 10.569 Dec: -36 17 41.92
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Los datos mas interesantes quizá sean la resolución en segundos de arco por pixel, la rotación (respecto del norte), la focal del sistema (que al ser la calculada, puede variar ligeramente respecto de la ingresada siendo más exacta), y el tamaño del campo visual.

Una vez que la imagen ya tiene los nuevos datos en su encabezado luego de haber sido resuelta con ImageSolver, se encuentra lista para marcar los objetos presentes utilizando AnnotateImage. En la ventana principal del script pueden configurarse las diferentes opciones de cada capa (layer) de datos.

Diálogo principal del Annotate Image Script

Este script permitirá seleccionar los catálogos que se desean incluir en las anotaciones, así como las características de cada uno (formato de los textos, magnitudes límites -cuando son aplicables- y otras) También es posible configurar la grilla de coordenadas ecuatoriales y catálogos definidos por el usuario (catálogos de objetos debidamente tabulados) El catálogo NGC/IC y los catálogos personalizados de los usuarios son cargados desde archivos locales, mientras que los demás (TYCHO-2, PGC, etc) requieren de conexión a internet (los datos de los objetos dentro de la región de la imagen son descargados en el momento)

Una vez ejecutado sobre la imagen previamente resuelta, el script devolverá una nueva imagen con los objetos marcados sobre ella, según las configuraciones previamente realizadas. Aquí un ejemplo con un recorte a resolución completa de una imagen del cúmulo de galaxias de Fornax, donde se ha incluido el catálogo NGC/IC, el PGC y la grilla de coordenadas ecuatoriales:

Recorte del cúmulo de Fornax (ver imagen original)
(créditos: Alejandro Tombolini)

El siguiente ejemplo es un recorte de una imagen centrada en la galaxia NGC 253 (Sculptor Galaxy), donde se ha configurado el script para anotar el catálogo NGC/IC y un catálogo personalizado con fotometría compilada por LONEOS, sin marcas de posición y mostrando el campo correspondiente a la magnitud (números en color  naranja)

Recorte de una imagen centrada en la galaxia NGC 253, con datos fotométricos.
(créditos: Enzo De Bernardini)

La aplicación de estos scripts sobre las tomas tiene interesantes aplicaciones. Por ejemplo, utilizando el dato de la rotación respecto al norte, es posible girar las imágenes para posicionarlas exactamente con la dirección norte hacia arriba, algo que suele ser un estándar en varios casos; mientras que el poder marcar todos los objetos de la imagen permite tener conocimiento de forma fácil y rápida de la profundidad de la captura, siendo también una interesante forma de descubrir los más tenues objetos presentes en la imagen.

Las imágenes de las ventanas de los scripts se encuentran basadas en la versión 1.5 del mismo y ejecutándose en PixInsight 1.7 Starbuck en Windows XP 32b. PixInsight es una aplicación disponible para múltiples plataformas, y el aspecto de la interfaz gráfica puede variar entre los diferentes sistemas operativos.