SunMap - eine Software zur Positionsbestimmung von Sonnenflecken

sunmap_1 Ich bin selbst kein regelmäßiger Sonnenbeobachter und vermesse selbst auch keine Positionen von Sonnenflecken. Ich habe aber viel Spaß daran, Lösungen für interessante Probleme zu finden und zu realisieren. So machte mich der Artikel "Positionsbestimmung von Sonnenflecken in der Bildverarbeitung" von Klaus-Peter Daub im Sternkieker der GvA (Gesellschaft für volkstümliche Astronomie) in Hamburg im Jahre 2014 darauf aufmerksam, dass die Bestimmung von Sonnenfleckenpositionen recht aufwändig und mit diversen Problemen verbunden ist.

Mit fachlicher Unterstützung von Klaus-Peter Daub sowie der Sonnenbeobachtergruppe der GvA ist dann das Programm "SunMap" entstanden, dass im Juli 2016 auf der 39. Sonnentagung der VdS-Fachgruppe Sonne in Kirchheim vorgestellt wurde. Weitere Anregungen aus dieser Veranstaltung sind dann noch in die heute vorliegende Programmversion eingeflossen. Zudem wurde das Programm von Klaus-Peter intensiv getestet und die Ergebnisse mit Fotos und Daten des DHO (Debrecen Heliophysical Observatory) in Debrecen (Ungarn) abgeglichen.

Die Funktionen von SunMap:
Ziel des Programms ist es, die Position von Sonnenflecken zu messen. Dazu müssen bekannt sein:
- Die Orientierung des Fotos zur irdischen Nordrichtung (Lage der Kamera)
- Der Zeitpunkt der Aufnahme
Alle weiteren Informationen und Daten lassen sich hieraus berechnen oder ableiten, so die Werte für "P" und "B0", die die Lage des Gradnetzes auf der Sonne festlegen, sowie der Carringtonzyklus und "L0" für die absolute Positionsbestimmung. Nordorientierung und Aufnahmezeitpunkt können manuell eingegeben werden. Das Programm kann sie aber auch aus den EXIF-Daten der Fotos bzw. der Analyse zweier Fotos, die nacheinander ohne Nachführung aufgenommen wurden, ermitteln. Somit können sowohl eigene Fotos als auch Fotos anderer Quellen, z.B. die Originalfotos, die Debrecen verwendet, eingelesen und analysiert werden, sofern die o.g. Informationen bekannt sind oder ermittelt werden können. Damit kann ein Gradnetz über das Foto gelegt und die Position von Sonnenflecken oder Fleckengruppen bezogen auf dieses Gradnetz bestimmt werden. Gradnetz und Sonnenfoto können auf drei verschiedene Weisen ausgerichtet werden: wie das Originalfoto, Erdnord oben oder Sonnennord oben.

Ein wesentlicher funktionaler Baustein des Programms ist die Aufbereitung des Fotos. Hierfür stehen folgende Funktionen zur Verfügung:
- Konvertierung eines Farbbildes in ein Graubild oder Auswahl eines Farbkanals (R, G, B)
- Einstellung der Grundhelligkeit des Fotos
- Einstellung des Gammawertes
- "Verbiegung" der Gammakurve zu einer "S-Kurve" zur Spreizung und Kontrastverstärkung der mittleren Helligkeitswerte
- Schärfung des Bildes
Zur Vereinfachung der Bedienung ist eine Vorbelegung dieser Werte aufrufbar. Das so aufbereitete Foto kann mit oder ohne eingeblendetes Gradnetz als JPG-Foto in der Auflösung des Ursprungsfotos abgespeichert werden, um es z.B. in der eigenen Dokumentation zu verwenden..

sunmap_2 sunmap_3 Zur möglichst genauen Vermessung der Fleckenpositionen kann ein separates Zoomfenster geöffnet und darin der gewählte Bildausschnitt variabel gezoomt und positioniert werden. Mit dem Mauscursor kann das Zentrum eines Flecks markiert werden. Das Programm berechnet die Koordinaten im Koordinatensystem der Sonne. Diese Daten können - oder müssen - manuell um die NOAA-Nummer, die Klassifizierung (nach Waldmeier und/oder McIntosh) und die Anzahl der Flecken (in einer Gruppe) ergänzt werden. Die so gewonnenen Fleckendaten werden vom Programm in einer eigenen Datei gesammelt und gespeichert. Fleckengruppen werden ebenso erfasst. Nur werden hierfür zwei Fleckenpositionen gemessen und gespeichert. Als Position der Gruppe berechnet das Programm die Mitte zwischen diesen Einzelflecken. Es werden aber zusätzlich auch die Positionen der beiden Einzelflecken gespeichert sowie der Abstand der Einzelflecken und die Neigung ihrer Verbindungslinie zur Äquatorebene berechnet.

sunmap_4 In einer weiteren Funktion kann zudem die Fläche eines Flecks oder einer Fleckengruppe vermessen werden. Dazu wird der Fleck oder die Gruppe grob per Cursor mit einer Linie umrissen. Innerhalb der so begrenzten Fläche kann jetzt mittels eines Schiebereglers eingestellt werden, bis zu welchem Schwellwert die dunklen Pixel der Fläche zuzurechnen sind. Die so ausgewählten Pixel werden unter Berücksichtigung ihrer Lage auf der sichtbaren Sonnenhalbkugel und der daraus resultierenden geometrischen Verzerrung zur Flächenzahl "F" zusammengefasst. Zusätzlich zur Größe der Fläche wird auch der geometrische Schwerpunkt bestimmt. Interessant ist ein Vergleich dieser Koordinaten mit den oben bestimmten.

Alle diese Daten werden in einer Datei gesammelt, auf der jederzeit wieder aufgesetzt werden kann. Dazu ist es weder erforderlich, die Nordausrichtung des Fotos neu zu bestimmen, noch die optimalen Bildeinstellungen noch einmal herauszufinden. Die so gespeicherten Daten können in SunMap ergänzt, geändert oder gelöscht werden. Auf Knopfdruck kann man sich schnell einen Überblick über die erfassten Flecken oder Gruppen verschaffen. Sie werden im Übersichtsbild der Sonne markiert. Alle erfassten Flecken- oder Gruppendaten können in eine Excel-Datei exportiert und dort weiter verarbeitet werden.

sunmap_5 sunmap_6 Ich hoffe so die systematischen Sonnenbeobachter in ihrer Arbeit unterstützen zu können, indem SunMap ihnen die Routineschritte abnimmt. Das Programm befindet sich zur Zeit noch nicht im praktischen Einsatz. Sicher werden noch Fehler und Verbesserungs- sowie Erweiterungsvorschläge aufkommen. Wer das Programm im Rahmen seines Hobbies nutzen möchte, der schreibe mir bitte eine Mail (s.u.). Zur gewerblichen Nutzung ist das Programm nicht freigegeben und darf dafür nicht verwendet werden. Über Feedback sowie Vorschläge zur Verbesserung und/oder Weiterentwicklung würde und werde ich mich sehr freuen.

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Noch ein paar technische Details: Das Programm ist nur unter Windows lauffähig und nutzt IrfanView zur Konvertierung der Eingangsbilddaten in ein von SunMap verarbeitbares Bildformat. SunMap kann dadurch alle Bildformate verarbeiten, die auch IrfanView lesen und anzeigen kann.





sunmap_7 Update:
Mittlerweile wurde SunMap erweitert, um auch Einzelbilder unterschiedlicher Quellen und auch Zeichnungen und Skizzen einlesen, darstellen und auswerten zu können. Bei letzteren besteht die Schwierigkeit, dass SunMap die Sonnenfläche gegenüber dem Himmel nicht anhand des Kontrastes erkennen kann. Ausgehend von einem Kreis, der manuell innerhalb der Sonnenfläche nahe dem Sonnenrand aufgespannt wird, sucht das Programm den Rand der Sonnenfläche selbst und ermöglicht so die exakte weitere Auswertung.

Zum Einsatz von SunMap in der VdS-Fachgruppe Sonne siehe: vds-sonne.de "Wie wir die Messungen machen".