AMOS
AMOS je globálna sieť automatizovaných vedeckých staníc, ktoré vykonávajú pozorovanie oblohy celooblohovým optickým systémom a spektrálnymi kamerami. Ich hlavným účelom je pozorovanie meteorov a určovanie ich dráhových a materiálových vlastností.
AMOS znamená All-sky Meteor Orbit System, čiže systém na celooblohové sledovanie dráh meteorov.
Názov prístroja je poctou Jánovi Amosovi Komenskému, ktorého meno nesie aj naša univerzita. AMOS je totiž originálny produkt tímu oddelenia Astronómie a astrofyziky na Katedre astronómie, fyziky Zeme a meteorológie v rámci Fakulty matematiky, fyziky a informatiky práve na Univerzite Komenského v Bratislave.
Je to jediné zariadenie, pochádzajúce zo Slovenska, ktoré sa podarilo umiestniť takmer na všetky významné astronomické pracoviská vo svete.
Projekt bol zahájený na univerzitnom Astronomickom a geofyzikálnom observatóriu v lokalite Modra-Piesok návrhom a prototypom prístroja od roku 2007. Nášmu tímu sa podarilo v prvej fáze vytvoriť sieť autonómne pracujúcich staníc na území Slovenska (dnes ich je v prevádzke celkovo 5).
V roku 2015 bola prvá dvojica AMOS staníc inštalovaná v zahraničí, konkrétne na observatóriách na Kanárskych ostrovoch Tenerife a La Palma vo výške 2400 m a inauguroval ich sám španielsky kráľ Filip VI.
Nasledovali inštalácie v Čile na púšti Atacama, neskôr na Havajských ostrovoch na observatóriách Haleakala vo výške 3000 m a Maunakea vo výške 4200 m nad morom. Najnovšie prírastky do rodiny AMOSov boli umiestnené v Austrálskej polopúšti Nullarbor a v Južnej Afrike v oblasti Sutherland.
Vďaka staniciam AMOS zapojeným v globálnej sieti tak majú astronómovia z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave k dispozícii v reálnom čase údaje o meteoroch a iných atmosférických udalostiach 24 hodín denne, 7 dní v týždni a to nielen zo severnej, ale aj z južnej hemisféry.
Technický popis prístroja
Konštrukcia stanice AMOS pozostáva z niekoľkých základných častí. Najdôležitejšou z nich je optický valec umiestnený v hornej časti prístroja, ktorý pozostáva z celooblohového objektívu typu rybie oko, zosilňovača jasu obrazu a ďalších optických a elektronických prvkov. V spodnej časti konštrukcie je umiestnená riadiaca elektronika a centrálny počítač.
Počítač sníma signál z pripojených kamier a prostredníctvom nich automatickým algoritmom analyzuje javy na oblohe, archivuje ich a posiela informácie do centrály v Bratislave.
Vonkajší otvárateľný obal chráni zariadenie pred denným svetlom, teplom, ale aj dažďom a námrazou v extrémnych podmienkach vrcholov sopiek, či páľavou púští.
Celooblohový optický systém s kamerou s rozlíšením 1600x1200 pixlov má zorné pole asi 180°x140°. Zariadenie zaznamenáva video sekvencie udalostí na nočnej oblohe štandardne v režime 20 fps. Limitná citlivosť prístroja je porovnateľná s ľudským okom: +5.5 mag pri hviezdnych objektoch a +4 mag pre meteory a ďalšie pohyblivé objekty).
Astrometrická presnosť all-sky systému je 0,03-0,05 stupňa, čo reprezentuje priestorovú presnosť v ráde desiatok metrov v rámci atmosferickej trajektórie meteoru vo vzdialenosti niekoľko stoviek kilometrov od pozorovateľa. Po aplikovaní post-processingu je táto presnosť vyššia vďaka implementácii astrometrickej redukcie snímaného poľa.
Celková výška AMOS zostavy je cca 100 cm a podstava štvorcového tvaru má stranu dlhú 45cm. Pri maximálnom otvorení krídel krytu optického valca je celková šírka 180cm. Hmotnosť kompletného prístroja je 30kg. Systém je umiestnený ideálne vo výške nad 50cm nad povrchom kvôli prúdeniu vzduchu a vetraniu. AMOS bol testovaní aj vo veternom tuneli a je schopný odolať vetru s rýchlosťou až 190 km/h. Priemerná spotreba energie je na úrovni 30-70W (24V napájanie). Pre odosielanie dát a dozor nad stanicou sa vyžaduje internetové pripojenie, ideálne broadband, čo však na odľahlejších lokalitách nie je vždy samozrejmosť.
Každá celooblohová AMOS kamera zaznamená v priemere 10000 - 20000 meteorov ročne v závislosti od lokality a pozorovacích podmienok, približne 50 TLE atmosferických udalostí ako aj množstvo iných viac, či menej relevantných objektov (satelity, re-entry udalosti a pod.). Na každej z lokalít v zahraničí sú AMOS stanice inštalované minimálne v dvojiciach, pričom vzdialenosť jednotlivých prístrojov je optimálne asi 100km. Vďaka tomu je možné ročne identifikovať približne 5000-8000 spoločných meteorov a stanoviť ich dráhové charakteristiky v Slnečnej sústave.
Od roku 2013 sú k základnej celooblohovej komore systému AMOS pripájané samostatné exteriérové spektrálne kamery. Tieto kamery majú za cieľ poskytnúť dôležité doplňujúce informácie o materiálnom zložení meteoroidných telies.
Bežný deň prevádzky siete kamier AMOS zahŕňa predovšetkým monitorovanie technického stavu 16 staníc a 13 spektrálnych modulov po celom svete, ich opravu a upgrade, prípadne servis a archiváciu dát, vývoj a testovanie vlastného softvéru, analýzu dát a ich publikovanie.
Koncept a začiatky projektu AMOS
Už pri výstavbe observatória v Modre v polovici 80. rokov 20. storočia boli úvahy o zapojení sa do Európskej fotografickej siete na sledovanie jasných meteorov - bolidov. Tento program počas viac ako dvoch desaťročí priniesol mnoho významných pozorovaní v spolupráci s Astronomickým ústavom AV ČR v Ondřejove.
Niektoré prípady sprevádzali aj pády meteoritov na zem, ale aj unikátna fotografia meteorického roja Leoníd zo 17. novembra 1998, ktorá patrí k najkrajším klasickým fotografickým pozorovaniam meteorických rojov a dodnes sa používa v učebniciach meteorickej astronómie (foto vpravo).
Fotografické pozorovania však poskytovali informácie iba o jasných a málo početných meteoroch. V praxi to znamenalo, že zariadenia zaznamenali v priemere raz za týždeň pozorovania iba jeden meteor.
Preto sme rozmýšľali nad vývojom vysoko citlivého zariadenia (porovnateľného s citlivosťou ľudského oka), ktoré by vedelo registrovať aj slabé meteory, ktorých je na celej oblohe počas jasných nocí vidieť niekoľko desiatok až stoviek. Bol to ambiciózny plán, ktorý sa nakoniec podarilo zrealizovať v spolupráci troch pôvodcov systému AMOS, Dušana Kalmančoka, Ing. Pavla Ziga a doc. Juraja Tótha.
Zároveň sme s kolegami a študentmi na fakulte pracovali na teoretickej analýze rozpadu asteroidov v okolí Zeme pod vplyvom slapového pôsobenia. V nich sme ukázali, že mnoho meteoroidných prúdov, kde môžu byť aj väčšie telesá ohrozujúce Zem ako aj prachové častice, sa prejavuje slabou meteorickou aktivitou.
Odhaliť tieto telesá sa dá iba dlhodobými a systematickými pozorovaniami vysoko citlivými zariadeniami podobnými AMOS-om.
Field of view of AMOS camera in Slovakia.
Technical specifications
AMOS system is 100 cm tall and 45 cm wide when closed. When opened, the wings of the enclosure have a maximum span of 180cm. Total weight of the system is 30 kg. System is typically placed 20-50 cm above the ground or roof, to allow air circulation for cooling. AMOS was tested in a wind tunnel and can withstand a wind up to 120 mph (190 km/h). The power consumption of AMOS is 30-70 W (24V electric cord). High-speed internet connection is desirable. Technical details can be previewed here.
AMOS enclosure in opened configuration, showing the internal optical system.
AMOS in opened configuration with dimensions after its installation at La Palma, Canary Islands. Pavol Zigo, Jaroslav Šimon and Juraj Tóth (left to right)
AMOS attached to a console mounted to a side wall above the roof in Tenerife, Canary Islands. Cable for electricity and internet is visible on the bottom of AMOS.
Portability
The internal part of system is portable (weight of 6.5 kg, size 50 x 25 cm) and suitable for remote expeditions from the ground or air.
Efficiency
The field of view of the AMOS is 180°x140° and the output digital resolution is 1600x1200 pixels with video frame rate of 20/second. Limiting sensitivity is comparable to human eye (+5.5 mag. stellar objects, +4 mag. for meteors and other moving targets). Detection efficiency is described in this document.
The first prototype has been working at the AGO Modra Observatory since 2007, since then 3 more cameras operate in Slovakia, 2 in Canary Islands, 2 in Chile and more are planned in so-called AMOS Video Meteor Network . Each AMOS camera records about 10,000-20,000 meteors per year depending on location and observing conditions as well as about 50 transient luminous events (sprites, elves). A pair of stations detects 5,000-8,000 common meteors, depending on mutual distance of the stations and observing conditions
AMOS in Slovakia (Modra), Canary Islands (Roque de los Muchachos, Teide) and in Chile.
The astrometric precision of the all-sky system is 0.03-0.05 degrees which translates to accuracy of tens of meters for meteor atmospheric trajectory precision for a meteor at a distance of several hundred km. The post-processing precision of AMOS meteors is larger after all-sky astrometric reduction methods are applied.
Meteor spectra
AMOS cameras can be equipped with diffraction grating for spectroscopy. The spectroscopic version of AMOS cam is called AMOS-Spec. The field of view is circular with diameter of 140°, which is the largest field of view meteor spectrograph. The spectral range is in 350 - 900 nm and the spectral resolution is 2.4 nm/pixel. When operating both AMOS and AMOS-Spec at the same location, the obtained meteor spectra can be linked to the heliocentric orbit of the meteoroid.
Spectrum of the meteor in the video frame (top) and SNR spectrogram of the same meteor (bottom).
Awards
Patent pending (Registered SR PUV 78-2013). AMOS was awarded at Invento Prague 2013 by Golden Medal.
Contact
Principal Investigator: Juraj Tóth
Co-Investigators: Pavol Zigo, Dušan Kalmančok
Grant support: APVV-0517-12, Slovak Research and Development Agency.
Host Institution: Comenius University in Bratislava, Slovakia
AMOS Video Meteor Network website