Motivation

Die Hamburger Sternwarte verfügt über ein Fotoplattenarchiv mit ca. 45000 Himmelsaufnahmen. Die ersten Aufnahmen wurden im Dezember 1911 gemacht und sind jetzt 100 Jahre alt. Die letzten Aufnahmen wurden mit dem Hamburger Schmidt-Spiegel gegen Ende des letzten Jahrhunderts gemacht. Diese Fotoplattensammlung war bisher nicht sinnvoll nutzbar, da es keine Meta-Daten und Suchmöglichkeiten gab.

Die regelmäßige Digitalisierung von Fotoplatten begann erst 1982 mit der Beschaffung einer PDS-Messmaschine, mit der sämtliche Fotoplatten des Hamburger Quasar Surveys (HQS) und des Hamburg-ESO-Surveys (HES) digitalisiert wurden.

Fast alle älteren Fotoplatten wurden nie digitalisiert oder digital verarbeitet. Bisher war eine komplette Digitalisierung technisch nicht realisierbar, da so große Datenmengen (ca. 30 TB) nicht sinnvoll gespeichert werden konnten und die Scan-Dauer unrealistisch lang gewesen wäre.

Diese Bedingungen haben sich aber im letzten Jahrzehnt drastisch verbessert. Kommerzielle Flachbett-Scanner können selbst große Fotoplatten (24cm x 24cm) in ca. 7 Minuten digitalisieren, die PDS benötigte dafür 9 Stunden, und mit 4 TB Festplatten sind die Speicherkosten auf wenige 1000 €€ gesunken.

Fotoplatten sind immer noch die langlebigsten Speichermedien, sie haben ja bereits 100 Jahre gehalten, während digitale Datenträger nur Lebensdauern von unter 10 Jahren haben, wenn man die Lebensdauer der Lesegeräte berücksichtigt.

Trotzdem sprechen einige Gründe dafür jetzt eine Digitalisierung zu starten (- wird schlechter, + wird günstiger):

1. - Die älteren Fotoplatten zeigen deutliche Alterungserscheinungen, sie werden dunkler und verlieren damit Information die in der Dichte gespeichert ist. Durch ungeeignete Lagerung und Verpackung gibt es Ablösungen der Emulsion, Schimmelpilzbefall und eine Art Versilberung in der Emulsion. Staub und Kratzer sind weitere Faktoren, die die Qualität beeinflussen.

2. - Die Generation von Beobachtern, die sich mit Fotoplatten und deren Auswertung auskennen (z.B. Schwärzungskurven und Kalibrationen), stirbt langsam aus. D.h. eine sinnvolle astronomische Nutzung wird immer unwahrscheinlicher, obwohl jede Aufnahme ein Unikat zu einem bestimmten Zeitpunkt ist, insbesondere bei zeitlichen Veränderungen oder Positionsverschiebungen der Objekte.

3. + Die Kosten für Scanner und Speichermedien sind jetzt vertretbar.

4. + Die langfristige Aufbewahrung der Daten zu vernünftigen Kosten scheint möglich zu sein.

5. + Die Zurverfügungstellung der Daten im Internet ist durch immer größere Bandbreiten möglich geworden.

Es gibt 3 Gruppen, die Interesse an solchen Daten haben:

Astronomische Forschung: Hier sind z.B. sind Reihen von Aufnahmen gleicher Objekte interessant, z.B. für die computergestützte Suche nach Veränderlichen. Die meisten Aufnahmen wurden nur für ein Objekt gemacht und die Informationen der vielen anderen Objekte auf der Fotoplatte wurden nie genutzt. Durch drastische Veränderungen stellarer Objekte, wie zu Beispiel der Ausbruch einer Supernova oder das Interesse für Veränderungen der Bahn von Kleinplaneten, könnten alte Aufnahmen große Bedeutung erlangen.

 

Geschichtswissenschaften: Kulturhistorisch gibt die Sammlung eine Einblick in 80 Jahre astronomischer Forschung. Schon jetzt gibt es geschichtliche Aufarbeitungen des Wirkens einzelner Astronomen. Da von Hamburg angestrebt wird, die Sternwarte als UNESCO-Welterbe anzuerkennen, ist die Konservierung der Daten und ihre allgemeine Zurverfügungstellung von besonderem Interesse.

 

Amateur-Astronomie: Eine Veröffentlichung im Internet bietet den weltweit zehntausenden von Amateurastronomen Zugriff auf historische Daten und den Vergleich mit Aufnahmen von kleinen Teleskopen mit moderner CCD-Technologie, die inzwischen vergleichbare Qualität mit den damaligen größten Teleskopen erreichen.

 

Das Zusammenführen aller Informationen in Datenbanken, die Darstellung der Fotoplatten auf Webseiten (Logbücher, Plattenhüllen, Grob-Scans) und das Erstellen der Meta-Daten macht eine Suche nach Fotoplatten oder Objekten erst sinnvoll möglich.

 

 

Technik + Katalog

 

In einem Pilotprojekt wurden ca. 3500 Fotoplatten der verschieden Teleskope gescannt und eine automatisierte Darstellung im Web entwickelt.

Als Scanner wurde der Epson Expression 10000 XL gewählt, der mit Durchlichteinheit Dichten bis zu 3,8 messen kann. Die Pixelgröße des CCDs von 10,6 µ ermöglicht eine Auflösung von 2400 dpi und ist damit vergleichbar zur PDS. Der etwas geringere Dichteumfang ist zumindest für historische Aufnahmen ausreichend. Einziges Manko ist die Positionsungenauigkeit in Scan-Richtung die bis zu 1 mm bei 30 cm Scan-Länge betragen kann, während die dazu senkrechte Richtung der PDS-Genauigkeit entspricht. Dieses Manko ist eine systembedingte Eigenschaft kommerzieller Flachbett-Scanner, kann aber durch einen zweiten Scan bei um 90° gedrehter Platte und entsprechende Software ausgeglichen werden. Da ein zweiter Scan nur für Fotoplatten, die astrometrisch sinnvoll nutzbar sind, notwendig ist, scheint der Zeitaufwand und zusätzliche Speicherplatzbedarf vertretbar. Weitere Vorteile des Scanners sind ein Autofokus, die automatische Kalibration und hohe Scan-Geschwindigkeiten. Als Dateiausgabeformat wurde 16-Bit grayscale PNG gewählt.

Da zum Projekt auch ein Scannen der Logbücher und der Plattenhüllen vorgesehen ist und die genaue Zahl Fotoplatten in den vielfältigen Plattengrößen nicht bekannt ist , ebenso wie der Zeitaufwand für das Erstellen der Meta-Daten sowie die Überprüfung aller Daten auf Fehler, schwer abzuschätzen ist, ist die benötigte Projektdauer nur grob mit ca. 10 Mannjahren zu veranschlagen. Durch mehrere Scanner, weiteres Scan-Personal und zusätzlicher Unterstützung sollte das Projekt in 3-5 Jahren durchführbar sein.

Ein Problem der Katalogisierung der Daten ist die Vielfalt der Teleskope, Fotoplattengrößen und deren Namensgebung. Für die großen Sammlungen der wichtigsten Teleskope wurde folgende Verzeichnisbaumstruktur gewählt:

Scans / Direkt-Aufnahmen / Teleskop / Plattengröße / [ jpegs | xscans | yscans ]

Spektren / Teleskop / Plattengröße / [ jpegs | xscans | yscans ]

 

Wobei die Plattennamen aus 2 Großbuchstaben als Teleskopkürzel (Ausnahme Spiegelteleskop, "S") und 5 Ziffern bestehen. Grob-Scans sind bei (farbigen) Beschriftungen auf der Rückseite (in Farbe) entweder mit 300 dpi gemacht, oder werden sonst aus den Fein-Scans (2400 dpi) durch Rebinning berechnet. Das Dateiformat ist hier JPEG. Fein-Scans bekommen einen Header und werden im, in der Astronomie üblichen, FITS-Format abgelegt.

Ein Scan-Rechner speichert die gescannten Daten lokal. Nachdem ein Stoß Fotoplatten gescannt wurde, erzeugen Skripte die endgültigen FITS- und JPEG-Dateien. Für die Nachhaltigkeit des Datenerhalts werden die Dateien per rsync-Kommando auf ein RAID5-System kopiert und gegebenenfalls ein Backup bereits vorhandener Dateien angelegt. Jede Nacht wird zusätzlich ein inkrementelles Backup auf dem Tape-Roboter des RRZ angelegt. Die 3-fach Sicherung der Daten soll eine zunächst unbegrenzte Haltbarkeit gewährleisten. Durch die voranschreitende Technik wächst der verfügbare Speicherplatz bei etwa gleich bleibenden Kosten permanent, so das die prozentuale Belegung durch diese Daten bei Erneuerung der Hardware immer kleiner wird. Damit sollte eine Langzeitsicherung auch aus Kostengründen gewährleistet sein.

Mit Hilfe der Scans von Logbüchern und Plattenhüllen werden die Meta-Daten erzeugt, diese sollten neben dem Plattennamen weitere Informationen wie die Koordinaten des Plattenmittelpunkts, den Objektnamen, das Aufnahme-Datum und den Aufnahme-Zeitpunkt, die Belichtungszeit, Witterungsbedingungen, Emulsionstyp, Filter, Prismen, etc. enthalten, nach denen auch gegebenenfalls gesucht werden kann.

Die Webseiten des Katalogs sind zunächst in die verwendeten Teleskope unterteilt, da jedes Teleskop bestimmte Eigenschaften hat, wie z.B. Refraktor, Astrograph, Spiegelteskop oder Schmidt-Teleskop, die die Abbildungseigenschaften prägen, wie die Koma beim Parabolspiegel, wo nur das zentrale Feld nutzbar ist.

Hinter dem Link jedes Teleskops findet man Tabellen der Meta-Daten, in denen man nach Objekten, Koordinaten, etc. suchen kann. Hinter dem Link zum Plattennamen befindet sich eine Web-Seite, die ein Bild der Fotoplatte, der Plattenhülle und alle zur Nacht der Aufnahme gehörenden Logbuchseiten sowie Links zu den Fein-Scan-Dateien enthält.

Damit hat man die Möglichkeit, sich von der Qualität der Fotoplatte, dem Inhalt und den Beobachtungsbedingungen ein Bild zu machen, bevor man die FITS-Dateien herunterlädt, die beim Format 13x18 400 MB, bei 24x24 1 GB und bei 30x30 1,5 GB groß sind.

Die Archiv-Suche mit hilfe der Meta-Daten ermöglicht die Auswahl von Foptoplatten für bestimmte Projekte. Durch die additive Wirkung der Suchparameter kann eine kleine Anzahl interessanter Platten heraus gefiltert werden. So kann man z.B. nur nach Objektivprismen-Platten oder Direktaufnahmen suchen und über die Emulsion und die Filterauswahl vergleichbare Aufnahmen für Helligkeitsuntersuchungen finden.

Außerdem kann man in den vorhandenen Seiten der Beobachternotizen blättern. Hier findet man alle Seiten des Buches und kann auch Informationen über den Zustand des Teleskops, Neuerungen oder Reparaturen bekommen.

 

 Verlinkung + Bezeichnung

Die Bezeichnung der Fotoplatten ist in den meisten Fällen die Plattennummer, wie sie auf der Fotoplatte und/oder der Hülle steht. Es gibt allerdings Ausnahmen, wie z.B. bei den Fotoplatten des Großen-Refraktors. Hier wurden verschiedene Serien von Fotoplatten aufgenommen, die jeweils mit 1 beginnen. Diese Platten wurden zeitlich geordnet und den Serien Kleinbuchstaben hinter dem Teleskopkürzel gegeben und die Plattennummer um eine entsprechende Anzahl von Stellen gekürzt. Bei diesem Teleskop ist ein weiteres Problem, dass nicht alle Beobachtungsbücher vorhanden sind und daher nur die Informationen auf der Fotoplatte oder der Plattenhülle zur Verfügung stehen. In einigen Fällen fehlt sogar das Datum.

Noch problematischer sind z.B. die Bezeichnungen der Spektralaufnahmen am 1m-Spiegelteleskop.  Die normalen Fotoplatten haben als Teleskopkürzel nur einen Buchstaben "S". Die Spektralaufnahmen jedoch zwei Buchstaben, z.B. "DS" oder "KS". Da aber KS bereits als Kürzel für "Kleiner Schmidtspiegel" vergeben ist,  wurden hier die Buchstaben vertauscht, also KS --> SK oder DS --> SD, wobei S als Teleskopkürzel zu verstehen ist und der zweite Buchstabe die Serie Bezeichnet. Das ist unschön aber nicht anders machbar, da die Verlinkung aller Daten automatisch geschieht und eine unverwechselbare Bezeichnung für jede Fotoplatte notwendig ist.

Sollten Seiten oder Plattenhüllen fehlen, so  sind diese leer gewesen.

Die Logbücher sind ein Plattenverzeichnis, also das was den heutigen Metadaten entspricht. Sie wurden nachträglich und sorgfältig handschriftlich gefertigt. Bei vorgedruckten Tabellen konnte die Zeile, die zu einer Fotoplatte gehört, ausgeschnitten und verlinkt werden. War dieses nicht möglich, sind nur die ganzen Doppel-Seiten verlinkt.

 

Informationen zur Fotoplatte im Allgemeinen

Fotoplatten sind keine digitalen Medien und sind auch nach der Digitalisierung nicht linear bezüglich der Schwärzung. Für eine erste Kalibration wurden Kalibrationsflächen zusätzlich  auf die Fotoplatte belichtet, deren Intensitätsunterschied bekannt waren. Später wurden für Spektren Kalibrationsplatten mit Streifen belichtet, um die Wellenlängenabhängigkeit der Schwärzungskurve zu berücksichtigen. Ohne diese war eine Helligkeitskalibration unmöglich. Heute ist es jedoch möglich, Direktaufnahmen nachträglich zu kalibrieren. Dazu benutzt man on-line verfügbare Kataloge mit Sternen bekannter Helligkeiten und Farbgradienten. Auch für Objektivprismenaufnahmen könnte eine Intensitäts-Kalibration möglich sein. Einzespektren ohne Kalibrationshilfen können jedoch nicht kalibriert werden und sind für eine quantitative Auswertung nicht geignet.

 

Fehler

Alle in der Datenbasis eingegebenen Werte können, trotz aller Sorgfalt, Fehler enthalten. Durch das Vorhandensein aller schriftlichen Quellen sowie den extrahierten Meta-Daten auf einer Webseite, ist es möglich die Meta-Daten zu überprüfen. Sollten Unstimmigkeiten auftreten, diese bitte per e-Mail an den Projektleiter senden.