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Spektrograf

Es gibt je nach Budget, Interesse oder Zielsetzungen bereits eine Auswahl an kommerziellen Spektrografen für den Amateuereinsatz, die auch stetig anwächst.
Mit dem etwa 100 Euro teuren Star Analyser (Blaze- Gitter) beginnend, dem mit 1500 Euro eher günstigen DADOS und dem über 2000 Euro teuren Lhires 3 (Beides Spaltspektrografen) schliesslich zu den beiden Echelle- Spektrografen SQUES für ca. 5000 Euro und dem noch teureren BACHES von Baader Planetarium sind die aktuell fünf häufigsten, in der Amateurspektroskopie eingesetzten, kommerziellen Geräte erwähnt.
Aufgrund meines erwachten Interesses an der Astrospektroskopie schaffte ich mir den damals (2008) gerade neu angebotenen DADOS und dazu die CCD- Kamera Atik ATK 314L [272 KB] an . 2014 durfte ich schliesslich als Dritter im Bunde (neben dem Prototyp, sowie denjenigen meines Spektro- Göttis Richard Walker) einen von Martin Huwiler konstruierten und hergestellten SQUES entgegen nehmen (Serienummer 314UF).
Mein SQUES ist bezüglich Fokus auf meine vorhandene Atik ATK 314L [272 KB] optimiert worden.
Siehe auch Instrumente für die Astrospektroskopie

Testanordnung

Diese Anordnung ermöglicht - situativ mit oder ohne Objektiv - Spektralaufnahmen zu Testzwecken, das Ausmessen von Filtern, ein Erstellen von Spektralaufnahmen von Tages- bezw. Umgebunglichtes, Aufnahmen von Kalibrierspektren und Vieles andere mehr.

Das Erstellen der Duschkopf- Kugelmontierung erkläre ich hier

Anschliessen verschiedener Kameras

Bereits das mitgelieferte Zubehör des DADOS bietet die Möglichkeit etliche Kameras anzuschliessen. Mit erhältlichem - optionalem Zubehör - sind eigentlich keine Grenzen gesetzt. Damit der Fokus erreicht werden kann sind verschiedene Kombinationen untenstehend aufgelistet.

1 Drehfokussierer
2 Klemmschraube für Drehfokussierer
a T2- Schnellwechselsystem (Baader #2456313 + #2456320)
b Distanzhülse (Selfmade)
c Okularstutzen mit Drehfokussierung (Baader #2458125)

Kamera Benötigte Adapter Grobfokussierung: Drehung im GUZ in [°] ab Rechtsanschlag
Atik ATK 16 HRC und 314L Bei T2- Montage: "a" und "b"; oder mit 1,25"- Nosepiece: Nur "c" 135°
Imaging Source DMK / DFK Nur "c" 60°
Canon EOS 350D "a" und T2- Mount- Ring für Canon (Meade #4921350). Damit der Fokus erreicht werden kann, muss dieser Ring um etwa 1mm plangedreht werden. 350°

Testspektren mit DADOS

Neon- Emissionslinien; Wellenlängen in Angström

Folgende "Panoramaaufnahmen" eines Halogenlampenspektrums sind mit einer am DADOS befindlichen Canon EOS 350Da geschossen worden. Links im Bild (200-er Gitter) befindet sich das Abbild der Spaltplatte mit den drei verschieden grossen Spalten (Nullte Ordnung). Anschliessend folgen in Richtung rechts die erste und zweite Ordnung - je von blau nach rot (d.h mit steigender Wellenlänge gegen rechts).

 

Gitter mit 200 Linien/mm

Mikrometerstellung: 3,60 - 1,60mm

Panoramabild aus drei Bildern (3,60, 2,75 und 1,6mm Mikrometerstellung). ISO100, 1/500s. Man sieht 0., 1. und 2. Ordnung. Auffallend ist die höhere Dispersion bei der2. im Vergleich der 1. Ordnung, die aber durch eine frappante Abnahme der Leuchtstärke erkauft wird.

Gitter mit 900 Linien/mm

Mikrometerstellung 3,75 - 2,25mm

Panoramabild aus zwei Bildern (3,75 und 2,25mm Mikrometerstellung). ISO100, 1/250s. Man kann nur die 1. Ordnung erkennen. Der Verstellbereich des Gitters ist zu gering, um auch die 0., bzw. 2. Ordnung in den Bildbereich zu bekommen.

Hinweis zur Nichtlinearität

Die im DADOS zum Einsatz kommenden Gitter weisen infolge der relativ grossen (Blaze-) Winkel eine kleine Nichtlinearität auf. Wird das entsprechende Spektrum anstelle einer zweipunkt- Kalibrierung mit einer mehrpunkt- Kalibrierung - wie bei einem Prismenspektrum unabdinglich - durchgeführt (Tutorial für IRIS und VSPEC), wird eine ansehnliche Steigerung der Kalibriergenauigkeit erreicht:

Das mit dem 900L7mm- Gitter vom DADOS aufgenommene Rohspektrum
Rechts die ausgewiesenen Wellenlängenwerte in Angström bei einer Kalibrierung als lineares Gitter (Zweipunkt- Kalibrierung)
Wenn dieselbe Spektralaufnahme mittelst Mehrpunktkalibrierung erfolgt kommen die Werte bereits merklich genauer an die tatsächlichen Werte heran
Hier die genauen Wellenlängenwerte in Angström der Emissionslinien in obigen Spektren; gelabelte Werte fett: 6163.59, 6217.28, 6266.50, 6304.79, 6334.43, 6382.99, 6402.25, 6506.53, 6532.88, 6598.95, 6678.28, 6717.04, 6929.47, 7032.41

Martin Dubs schrieb eine Abhandlung über die Grösse der Nichtlinearität beim DADOS- 900L/mm- Gitter: dispersion-dados_dubs_v2.pdf [116 KB]

Echelle Spektrograf SQUES

Mit etwas Stolz durfte ich im März 2014 die "Nummer Drei" des von Martin Huwiler designten und in Eigenregie produzierten Echelle- Spektrografen SQUES in Empfang nehmen. Das Auffälligste ist an diesem tollen Gerät, dass die Spektralbänder nicht wie bei den Konkurrenzprodukten gebogen, sondern gerade abgebildet werden. Dies vereinfacht das weitere Bearbeiten (Reduktion, Kalibrierung) frappant.
Im Gegensatz zum DADOS, der je nach Gitter (200 bzw. 900 Linien/mm) einen mehr oder weniger breiten Ausschnitt des abbildbaren Spektrumbereichs abbildet, zeigt der SQUES den gesamten abbildbaren Spektrenbereich (3800 - 8000 Angström) in mehreren Linien (Ordnungen). Noch ein Hinweis: Beim DADOS sind die drei sichtbaren Spektrenbänder identische Abbilder von den drei fixen Spaltbreiten (25, 35 und 50 µm). Der SQUES verfügt über einen einzigen aber stufenlos verstellbaren Spalt (15 - 85 µm).
Obwohl mit dem SQUES gegenüber dem DADOS ein hoch auflösendes Gerät zur Verfügung steht, das bei ausschliesslich präzisen Messungen wie zum Beispiel Rotationsgeschwindigkeiten, dem DADOS stark überlegen ist, hat der DADOS mit seinen kompakten Massen für "Übersichtspektren" weiterhin sein perfektes Einsatzgebiet. Zudem ist er infolge der geringeren Dispersion deutlich lichtempfindlicher als der SQUES.

 

Sonnenlicht- Spektrum mit dem SQUES.

Die gegen die Ecken und Ränder des Bildes abnehmende Helligkeit ist konstruktions- und funktionsbedingt typisch für einen Echelle- Spektrografen. Die einzelnen "Zeilen" werden Ordnungen genannt. Diese sind von oben nach unten nummeriert. Glegenteils nimmt die Wellenlänge von oben nach unten ab (Rot zu Blau). Pro Ordnung nimmt die Wellenlänge von rechts nach links zu (Blau zu Rot). Die Wellenlänge nimmt somit von links unten nach rechts oben zu. Anders ausgedrückt ist die kleinste Wellenlänge (Ultraviolett) links unten und die grösste Wellenlänge (Infrarot) rechts oben.

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