Spektroskopia dla astroamatorów

Co daje spektroskopia i jak samemu otrzymać widma gwiazd, mgławic, czy pobliskich latarni za pomocą prostych i tanich spektroskopów i siatek dyfrakcyjnych.

Rozszczepiając światło gwiazdy, czy innego kosmicznego obiektu na jego składowe można poznać jego skład, temperaturę, czy gęstość. Zarejestrowane spektrum zawiera linie emisyjne wzbudzonych atomów, lub też obecne są pasma absorpcji wywołane pochłanianiem określonej długości światła przez związki chemiczne. Dzięki powszechnie obecnie dostępnym kamerom CCD, czy CMOS można bez problemu rejestrować także widma gwiazd, czy np. mgławic.

Po co spektroskopia w astronomii?

Dla naukowców spektroskopia to bardzo ważna metoda badania ciał niebieskich. Dla astroamatorów to możliwość osiągnięcia podobnego wyniku o dobrej jakości, czy też inny, oryginalny pomysł na astrofotografię do zrealizowania bez drogiego sprzętu i super warunków obserwacyjnych.

Czym rozszczepiać światło?

By rozszczepić wiązkę światła, np pochodzącą z gwiazdy potrzebujemy spektrografu - przyrządu rozszczepiającego światło i "wyświetlającego" ostre widmo. Spektrografy mogą mieć różną budowę, od prostych opartych na tanich pryzmatach i siatkach dyfrakcyjnych kończąc na znacznie droższej aparaturze naukowej. Najprostsze rozwiązania to:
  • Siatka dyfrakcyjna: zazwyczaj jest to kawałek folii na powierzchni której naniesiono dużą ilość równoległych szczelin. Zdolność rozdzielcza siatki określana jest przez ilość takich szczelin (linii) na mm folii. Im więcej tym zdolność rozdzielcza powinna być większa. Siatki można kupić np. w sklepach z pomocami naukowymi (zamkor.pl, cezasglob.pl) za kilka, kilkanaście złotych. Nie są jednak zbyt wysokiej jakości.
  • Pryzmat: wykorzystując nierównomierne załamanie się poszczególnych długości światła w pryzmatach można uzyskać jego widmo. Najprostsze konstrukcje wykorzystują trzy pryzmaty ułożone w linii. Pozwala to obserwować widmo w linii prostej z dużą rozdzielczością (spektroskop pryzmatyczny na np. zamkor.pl)

Amatorski spektroskop i teleskop

Pomysłów na amatorskie spektroskopy jest wiele. Opis konstrukcji spektroskopu za pomocą powszechnie materiałów (płyta CD/DVD) znajdziemy na pl.euhou.net. W przypadku astronomii konstrukcję można uprościć, gdyż gwiazdy są punktowymi źródłami światła i nie potrzebna jest szczelina. Także np. mgławice dadzą wyraźne widmo bez ograniczania światła szczeliną. W przypadku dużych obiektów jak Księżyc, Słońce, żarówki szczelina będzie nam potrzebna.

Tanie i łatwo dostępne rozwiązania to:
  • Siatka dyfrakcyjna: kupujemy siatkę dyfrakcyjną (albo i kilka) o największej liczbie szczelin (500-1000 powinno być już w miarę dobre). Mocujemy siatkę do obiektywu aparatu cyfrowego, lub wycinamy krążek, który kładziemy na filtr o wybranej średnicy (nie dotykaj siatki poza wycinaną krawędzią, gdyż zatłuszczenie siatki niszczy ją). Filtr nie może wpływać na widmo - stosujemy filtr ze zwykłego szkła, ewentualnie filtr ND, czy Ir-Cut. Wystarczy wycelować w jakąś gwiazdę i gotowe. Kierunek w jakim pojawia się widmo można regulować obracając siatką (aparatem, filtrem):
    spek1
  • Spektroskop pryzmatyczny: stosując gotowe ręczne spektroskopy pryzmatyczne trzeba dostosować je do teleskopu (jakoś zamocować) i jakoś fotografować uzyskiwane widmo. Jest to dość problematyczne i zazwyczaj majsterkowicze budują własne układy optyczne z pryzmatem kierującym obraz na obiektyw. W przypadku księżyca, słońca, czy lamp ręczny spektroskop pryzmatyczny jest dobrym rozwiązaniem. W przypadku gwiazd, czy mgławic bez przeróbek go nie zastosujemy (trzeba byłoby gwiazdą nacelować dokładnie na szczelinę!).
    Spektroskop pryzmatyczny
Widmo wysokociśnieniowej lampy sodowej uzyskane przez spekstroskop pryzmatyczny BEST Street sodium lamp spectrum
Spektrografy lepszej jakości:
  • Siatka dyfrakcyjna wysokiej jakości: lepszym, czy też gotowym i bardziej trwałym rozwiązaniem jest 1,25" filtr Stal Analyser (koszt około 400 PLN z teleskop-express.de). Jest to wysokiej jakości siatka dyfrakcyjna w standardowej obudowie filtru. Jej struktura (blazed grating) pozwala mimo niedużej ilości linii na mm osiągnąć sporą rozdzielczość i rejestrować widmo nawet webcamem. Dodatkowo zabezpieczona jest przed kontaktem z atmosferą. Można także zamówić samą siatkę dyfrakcyjną tego typu (blazed grating) z lepszych firm produkujących dobrej jakości instrumenty optyczne.
    spek2
    staranalyser1
  • LHIRES-III: dedykowany spektroskop Littrowa do rejestrowania widm z dużą dokładnością za jedyne 2000 euro. Więcej szczegółów na stronie producenta. Także Baader (MPI DADOS), czy SBIG oferują spektrografy z górnej półki.
    lhires3
Widmo gwiazd i mgławicy w Orionie otrzymane na siatce dyfrakcyjnej (Star Analyser)
spek3

Rejestracja widma

Rejestracja widma za pomocą kamery CCD, webcama, czy lustrzanki nie różni się bardzo od zwykłej astrofotografii. Gwiazdy, czy jaśniejsze mgławice nie wymagają długich czasów naświetlania, choć rejestrując widmo kilkusekundowa ekspozycja może być potrzebna żeby uzyskać w miarę wyraźne widmo mgławicy (dla gwiazd ułamki sekundy). Wystarczy montaż z napędem utrzymujący obiekt w miejscu przez kilka sekund, choć można też śmiało próbować bez napędu, czy teleskopu (np lustrzanka na statywie). Oczywiście im lepsze chcemy uzyskiwać widma - tym lepsze musi być śledzenie obiektu (i lepszy spektroskop).
  • Stosując tanie siatki dyfrakcyjne 500 i więcej linii będziemy musieli użyć do rejestracji widma lustrzanek lub kamer CCD o dużej rozdzielczości (jako że widmo nie powstanie przy samym obiekcie).
  • Rejestrując widma jasnych gwiazd i obiektów można użyć lustrzanki z teleobiektywem nawet na statywie fotograficznym (widmo przesuwa się wraz z gwiazdą). Stosując teleskop można uzyskać widma ciemniejszych obiektów.
  • Star Analyser pozwala na rejestrację widma nawet za pomocą webcama. Podobnie dedykowane astrografy dostosowane są do rejestracji widm za pomocą astro-kamer CCD.

Co daje zarejestrowane widmo?

Spektroskopia zastosowana w astronomii pozwala amatorom, a tym bardziej naukowcom na znacznie więcej niż oglądanie tęczowych widm gwiazd. Rejestrując widmo gwiazdy możemy określić jej typ gwiazdowy (OBAFGKM) - jej skład, a także wnioskować jaką ma temperaturę i inne parametry. Widma mgławic także zdradzą swój skład (m.in. znane astroamatorom pasma O-III, H-Beta, H-Alfa, S-II i inne). Nowe i supernowe wyglądające jak punktowe źródło światła zdradzą swoją prawdziwą naturę w widmie. Obserwując widmo planet zarejestrujemy pasma absorpcyjne pochodzące od związków chemicznych obecnych w atmosferze, czy na ich powierzchni. Tak więc możliwości jest wiele.
astrospek1
Widma gwiazd
astrospek2
astrospek3
astrospek4
Widmo mgławic
astrospek5
Widmo absorpcyjne Saturna
astrospek6
Widmo Nowej
astrospek7
Widmo M57 zarejestrowane jako obrazy generowane przez określone pasma emisji

Zobacz także

W sieci

blog comments powered by Disqus

Kategorie

Strony