Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Anmerkung des Admins:
Dieser Thread wurde aus folgender Diskussion abgezweigt:
http://spektroskopie.fg-vds.de/forum/vi ... .php?t=103
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Hallo,

zur Frage des "wahren" Fehlers von uns gemessener EW's:

Im Rahmen der Vorbereitungen zu einer Veroeffentlichung meiner epsilon
Aurigae-Beobachtungen habe ich versucht, die realen Fehlerbereiche meines
Systems aus "Apparatur, Reduktionsmethodik und Lothars Gewohnheiten" aus
(hoffentlich) zeitstabilen photospaerischen schwachen Absorptionslinien von
eps Aur zu bestimmen.
In der Anlage findet ihr eine pdf-Datei, darin die Tabelle 2. Die
dahinterliegenden Messungen decken ueber 1,5 Jahre ab. Es sind 6 Linien
betrachtet. "Castelli" bezieht sich auf eine Veroeffentlichung der
Aequivalentbreiten der Linien und ELODIE auf ein Referenzspektrum in ELODIE,
aus dem ich die EW mit meiner Reduktionstechnik integriert habe. Die
Castelli-Werte sind also ganz unabhaengig von meinen "System", bei den
ELODIE-Werten ist nur die Messung des nicht-normierten Spektrums unabhaengig
von mir, die Normierung und die EW-Integration decken sich mit der Methodik
an eps Aur. Unter der Spalte measurements sind die Daten zu den EW's
aufgelistet, die aus meinen selbst gemessenen Spektren stammen:
Durchschnittswert (average), die Standardabweichung des Kollektivs aus
Messwerten der EW's und die Kollektivstaerke (Anzahl der in der betreffenden
Linie ausgewerteten Spektren). Die Standardabweichung liegt typischerweise
unter 0,03 Angstr. Die Differenzen meines Mittelwerts zu den Castelli-Werten
bzw. den aus dem ELODIE-Spektrum ermittelten EW's liegen unter 0,1 Angstr.,
meist im Bereich unter 0,03 Angstr. Gegenueber Castelli ist auch ein
systematischer Trend zu sehen, ich finde durchweg weniger wie Castelli
(negative Differenzen in der letzten Spalte).

Insgesamt kann ich zufrieden sein. Der Vertrauensbereich meiner Messungen an
(relativ schmalen, schwachen) Linien scheint besser als 0,1 Angstr. zu sein.

Warum zeige ich das? Jeder kann sich auf diese oder aehnliche Weise von der
eigenen (absoluten) Messqualitaet ueberzeugen und damit gegenueber anderen
Personen die Messgenauigkeit glaubwuerdig belegen. Man kann sich damit auch
systematisch verbessern, in dem man durch geeignete Massnahmen die Latte
immer hoeher legt und den (Miss)Erfolg kontrolliert.

Viele Gruesse an alle, die das lesen
Lothar


Am Montag, 18. Dezember 2006 16:07 schrieb Thomas Eversberg:

In einer eMail vom 18.12.2006 20:51:23 Westeuropäische Normalzeit schreibt Lothar Schanne: Hallo Lothar!

Vorab zwei Fragen:

1) ist unter "Anzahl der Messungen" die Anzahl aufgenommener Rohspektren zu verstehen
oder

2) handelt es sich lediglich um Wiederholungsauswertungen ein und des gleichen Spektrums?

Ich finde (bei den Linien 6416, 6432, 6456, 6613), dass bei größerer "Anzahl der Messungen" die Standardabweichung, ausgedrückt in Prozenten des Mittelwertes, deutlich höher liegt als bei geringerer Anzahl Rohspektren (Linien 6347, 6371).

Sollte 1) zutreffen, so hätte ich den Verdacht, dass die Spektrographenstabilität hier eine gewisse Rolle spielt und zu der größeren Standardabweichung beiträgt.

Hallo Ernst,

zu 1)
Die Anzahl ist die Zahl der aufgenommenen Rohspektren, in denen ich die
jeweilige Linie auswerten konnte (ich variiere meist etwas den
Wellenlaengenbereich, den ich auf dem Chip erfasse, weshalb nicht jede Linie
immer im Rohspektrum vorhanden ist. Deshalb unterscheiden sich die
'Anzahlen').

zu 2)
nein, es sind unabhaengige Messungen in verschiedenen Naechten. Diese
Messungen sind in Tabelle 1 gelistet.

Ich finde, dass die Absolutbetraege der Standardabweichungen der
EW-Mittelwerte etwa gleich sind (jedenfalls sehe ich keine systematische
Abhaengigkeit). Dass die relative Standardabweichung (StdAbw / EW) bei den
Linien mit den groesseren Messwertkollektiven hoeher ist ergibt sich bereits
deshalb, weil bei 3 dieser 4 Linen die EW viel kleiner ist (also die StdAbw =
const und EW = variabel).

Nochmal zur Klarheit: Die angegebenen StdAbw sind die StdAbw des
Messwertkollektivs von 5 bis 17 Spektren (je nach Linie) und nicht die
beruehmten Sigma, die aus dem Photonenrauschen berechnet werden
(Eversberg/Vollmann-Veroeffentlichung). Es sind also reale Schwankungsmasse
unter meinen Messbedingungen und keine theoretischen Konstrukte.

Uberigens sind diese EW-Bestimmungen alle am vorletzten Wocheende
durchgefuehrt, also mit einer einheitlichen Auswertemethodik (direkt mit
MIDAS ohne OPA). Haette ich die Integration immer unmittelbar nach der Messung
durchgefuehrt, waeren die EW-Schwankungen wahrscheinlich groesser, weil ich
vor
einem guten Jahr noch nicht so asuwerten konnte wie heute (und teilweise auch
andere Programme wie IRIS und VisSpec) verwendet habe.

Herzliche Gruesse
Lothar

Hallo Lothar,
Die Angaben von Messunsicherheiten sollten meines
Erachtens auf realen Messungen beruhen, da dann
alle stochastischen Größen so erfasst werden, wie
sie zum Zeitpunkt der Messung tatsächlich
auftraten. Ich kenne jedenfalls kein einziges
Messtechnikbuch, in dem eine andere
Herangehensweise alternativ vorgeschlagen wird.
Das heißt im Klartext, die Angabe von
Messunsicherheiten, Fehlergrenzen etc. werden auf
der Grundlage statistischer Gesetze aus
Wiederholungsmessungen ermittelt. Wenn man allso
mit vertretbarem Aufwand Wiederholungsmessungen
anstellen kann, sollte man dies auch tun. Meine
Fehlerbalken, wenn ich sie angebe, beruhen immer
auf realen Messungen. Theoretisch hergeleitete
Unsicherheiten sind sicher ein wertvolles
Hilfsmittel für erste Annahmen, aber eben keine
wirklichen Messunsicherheiten. In diesem Sinne
kann ich Deine Meinung voll teilen.

Beste Grüße
Roland

In einer eMail vom 19.12.2006 19:31:37 Westeuropäische Normalzeit schreibt Lothar Schanne: ...nun Lothar, deine obige Ausführung ist ja genau der Punkt den ich anspreche:
ich meine, dass gerade die STABW / EW das eigentliche Beurteilungsmaß für die Spektrographenstabilität ist (ich spreche wie du nicht vom Vollmann/Eversberg-sigma).
Nehmen wir zwei Beispiele:

1) Linie 6347 (Anzahl der Messungen = 5)
STABW = 0,027
EW-Mittelwert = 0,596 A
Fehler in % = (0,027/0,596) * 100 = 4,5%

2) Linie 6432 (Anzahl der Messungen = 17)
STABW = 0,027
EW-Mittelwert = 0,17 A
Fehler in % = (0,027/0,17) * 100 = 16%

Darüber hinaus ergibt sich aus den beiden Tabellen:
73 Messungen in 20 Nächten, d.h. Mehrfachmessungen in einigen Nächten, oder?

Deshalb zwei Anmerkungen:

1) Wie steht es in solchen Fällen mit dem Fehler des Mittelwertes = STABW / Wurzel aus Anzahl der Messungen?

2) Im Idealfall sollte in der stabilen Spektrographenmesskette die STABW der EW-Mittelwerte (aus mehreren Einzelmessungen) konstant sein, was selten der Fall ist.
Im Anhang findet sich ein Plot einer Messung (von mir) aus 1996 an zeta Tau, ich glaube den kennst du bereits; siehe dort den Verlauf von beta Tau; die reale Schwankungsmasse meiner damaligen Bedingungen.

Hallo zusammen!

Um die Sache mit den Fehlern nochmal zuklären. Lothar schrieb: Die statistischen Fehler durch Photonenrauschen sind natürlich keine "theoretischen Konstrukte" sondern reale Schwankungen, die von S/N, der EW und der Linienbreite bestimmt werden. Also reale Messungen!

Roland schrieb: Dazu gehören sowohl das Photonenrauschen also auch die Bestimmung der systematischen Fehler.

Ernst schrieb: Damit ist die Stabilität des Systems ohne Photonenrauschen bei 5 bzw. 17 Messungen angegeben. Ok, damit ist also der systematische Fehler bestimmt. Er ist relativ groß (wenn es keine realen Schwankungen sind).

Noch einmal: Das Photonenrauschen wird von der Natur vorgegeben, ist also kein "theoretisches Konstrukt" und hängt von Eurer Messung ab. Ja, STABW / EW ist ein Beurteilungsmaß für die Spektrographenstabilität, doch nur bei hinreichend vielen Messungen. Ansonsten können das Zufallseffekte innerhalb des Messzeitraums sein.

Soweit das, was ich zu dem Thema weiss...ohne Gewähr auf Vollständigkeit. Ich finde das Thema gerade für Amateure wichtig. Wenn ihr irgendwo publizieren wollt oder die Daten auch für Profis nutzbar machen wollt, wird die erste Frage sein, wie ihr Eure Fehler bestimmt habt und wie stabil Eure Systeme sind. Und das muss dann dokumentiert sein. Ich wurde früher extrem auf sowas getrimmt und es hat mir nicht geschadet.

Gruss, Thomas

PS: Im Bild EW-Stabilität.jpg sehe ich eine Drift bei zeta Tau. Diese Drift sollte irgendwie erklärt bzw. eruiert werden.

Hallo Thomas,

Am Mittwoch, 20. Dezember 2006 11:08 schrieb Thomas Eversberg: Sicher ist das Photonenrauschen real, aber es ist nur eine Fehlerquelle
(eigentlich kein Fehler, sondern eine statistische Schwankung). In die
Messungen gehen aber weitere Fehlerquellen zusaetzlich ein, die man nicht
berechnen (voraussagen) kann. Diese kann ich nur erfassen, indem ich die
ueblichen Reproduzierbarkeitstests mache, also die gleiche (konstante)
Groesse vielfach messe und die Fehlerstatistik anwende.
In meinen Messwerten ist selbstverstaendlich auch Photonenrauschen enthalten.
Der relative Standardfehler (StdAbw / EW) ist weniger das geeignete Mass fuer
die Spektrographenstabilitaet. M.E. ist der absolute Fehler (als StdAbw
bewertet) das bessere Mass. Denke an ein Metermass. Ich kann -sagen wir
einmal- auf 0,2 mm genau messen. Messe ich damit eine Strecke von 1 mm, mache
ich einen Fehler von 0,2 mm = 20%. Messe ich einen Meter, mache ich den
gleichen absoluten Fehler von 0,2 mm, der macht aber nur 0,2% des Messwerts
aus. Obwohl ich ein "stabiles" Metermass habe, ist der relative Fehler vor
allem von dem Betrag der Messgroesse abhaengig und nicht von der Stabilitaet
der Messapparatur.

Bei meinen Auswertungen habe ich bei schmalen, schwachen Linien den Fehler
(StandAbw) zu ca. 0,03 Angstr. fuer mein Mess- und Auswertesystem bestimmt.
Allerdings darf ich den nicht unkritisch auf breite, starke Linien wie die
Ha-Linien von Be-Sternen uebertragen. Hier kommen noch relevante Fehler dazu,
die in der Normierung begruendet sind.


Liebe Gruesse
Lothar

Hallo Lothar! Ah, ich verstehe, Lothar, dann sind wir uns natürlich einig. Ach so, das hatte ich übersehen. Hm, das ist ein wichtiger Hinweis. Das sehe ich auch so. Nur muss dann natürlich das Bewertungskriterium klar sein. Ich kenn Deine Prozedur noch nicht, bin aber sicher, dass Du einen vernünftigen Ansatz wählst. Grundsätzlich wiederhole ich meinen Rat, einen Standardstern lange Zeit zu beobachten. Erst dann kann man instrumentelle von stellaren Variationen trennen.

Ciao, Thomas

Hallo,

im IBVS wurden die Ergebnisse als issue 5747 (9. Jan. 2007) veröffentlicht, inkl. der Einordnung in frühere Messungen aus der Literatur.

http://www.konkoly.hu/IBVS/5701.html

Thomas: Kannst ja einen link in die homepage der FG setzen.

Beste Grüsse
Lothar

werden die Rechte des Editors (IBVS) verletzt, wenn wir in unserer FG-website oder auch hier eine deutsche Uebersetzung des Artikels plazieren?

Lothar

Hallo Lothar,

Deine Frage kann ich zwar nicht beantworten, möchte Dir aber zur Veröffentlichung Deines Artikels gratulieren. Sehr schön !

Gruß
Roland