Vergleichende Spektralanalyse markanter Mondregionen

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    • Vergleichende Spektralanalyse markanter Mondregionen

      Hallo,

      ich starte jetzt einfach mal den Thread zu meinem Versuch, spektralanalytisch Unterschiede zwischen verschiedenartig gefärbten Mondregionen nachzuweisen.
      Im weiteren Verlauf möchte ich den Versuch unternehmen, die damit verbundenen Elemente/Verbindungen nachzuweisen.
      Vielleicht lassen sich Hinweise auf Luminiszenzeffekte bzw. deren mögliche Ursachen bei sehr hellen Formationen wie z.B. Aristarchus finden.
      Ich nehme gerade in der letzten Frage Bezug auf eine in meinen Augen sehr gelungene Schülerarbeit von Laurenz Sentis und Jonas Niepmann am Carl-Fuhlrott Gymnasium in Wuppertal.
      Die Sternwarte dieser Schule ist enorm beeindruckend.

      Ich sage gleich - der Thread wird über längere Zeit gepflegt werden, das Ganze kann langwierig werden.
      Hoffentlich nicht langweilig.

      Am Anfang stehen die Spektren, deren Aufbereitung, Kalibrierung, Linienidentifizierung . . . .
      Dies sind erstmal Spektren mit der geringsten Auflösung, je nachdem was sich da zeigt werden höher auflösende Spektren nötig werden.
      Das geht leider nicht "mal eben so" dafür muß ich das Gitter wechseln.
      Das ist etwas heikel.
      Gitter bis 1200 l/mm stehen zur Verfügung.

      Hier also erstmal ein paar geschärfte Ausgangsspektren. Bei der Schärfung muß ich sehr vorsichtig vorgehen - linienartige Artefakte sind unbedingt zu vermeiden.

      Tageslicht diffus als Vergleich:

      Einige Linien sind zur Orientierung kommentiert.
      Nach der Konvention liegt links das blaue Ende, rechts das rote Ende.

      Aristarchus - der Krater zeigt sich hier als die helle Region


      Plato - der Krater zeigt sich als die dunkle Region


      Ich hoffe am WE die kalibrierten Spektren hier zu posten.
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Pegasus ()

    • Hallo Martin,

      das ist ein spannendes Thema. Ich freue mich schon darauf, weitere Postings von dir hier zu sehen. Verstehe ich das richtig, dass zwischen dem linken Bereich im Spektrum (Calcium) und dem rechten (Natrium bzw. Sauerstoff) die Linien dazwischen andere Elemente und chemische Verbindungen "identifizieren"? Und lese ich die Spektren richtig, dass sie zeigen, dass es am Mond keinen Sauerstoff gibt?

      Liebe Grüße, Christian
    • Hallo Micha,

      das ist das Ziel - wobei am Anfang erstmal die Frage zu klären ist, ob mein Equipment dafür empfindlich genug ist, die Auflösung ausreicht, ob ich die Kalibrierung hinreichend genau hinkriege. . .

      Ich habe gestern nochmal ein paar Tageslichtspektren aufgenommen, einfach um zu sehen, ob die Einstellung der Mikrometerschraube immer zu reproduzierbaren Gitterwinkeln und Spektralauschnitten führt.
      Im Vergleich mit den Tageslichtspektren vom Beobachtungsabend zeigt sich, daß der Ausschnitt zwar im Roten exakt übereinstimmt, daß sich im Blauen aber leichte Linienverschiebungen zeigen, eine Dehnung des Spektralstreifens aufweisen - durch die unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, bei denen die Spektren entstanden.
      Der Spektrograph war gester - im Zimmer - einfach etwas wärmer und somit größer als abends draußen.

      Ich werde vermutlich noch eine Menge Einflußfaktoren berücksichtigen müssen, bis ich weiß ob vermutete Effekte real sind.
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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    • Hallo Christian,

      vielen Dank !
      Ja, jede Linie steht für ein chem. Element bzw. für unterschiedliche Anregungsstufen eines bestimmten Elements.
      Was wir hier sehen ist ja das reflektierte Sonnenspektrum, modifiziert durch den nachfolgenden Durchgang durch unsere Atmosphäre.
      Daraus resultieren vor allem im roten Bereich sehr auffällig und breite Banden durch atmosphärischen Sauerstoff und Wasserdampf, die tellurischen Linien.

      In den kalibrierten Spektren kann ich dann die Wellenlängen der Linien bestimmen und sie Elementen zuordnen.

      Wonach ich suche, sind Intensitätsveränderungen in den Linien des vom Mond reflektierte Lichts - verstärkte Absorption kann auf das Vorhandensein des Elements hindeuten, dessen Linie schwächer erscheint.
      Emissionseffekte können auf Anregung - Luminiszenz - hindeuten.

      Diese Effekte sind nicht sehr ausgeprägt, es wird nicht ganz simpell werden, da etwas zu finden.

      Bezüglich Sauerstoff auf dem Mond - zumindest kann ich zeigen, daß der Mond keine sauerstoffhaltige Atmosphäre hat.
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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    • Hallo,

      hier nun das wellenlängenkalibrierte Spektrum des diffusen Tageslichts, das ich direkt vor der Aufnahme der Mondspektren als Referenz aufgenommen habe mit

      - demselben Equipment
      - nach hinreichender Temperaturanpassung
      - unter Beibehaltung der Montageposition von Spektrograph und Kameras



      Ich habe hier der Pixelzahl auf der Abszisse über bekannte Spektrallinien Wellenlängen zugeordnet also wellenlängenkalibriert. Die Ordinate zeigt die Linienintensität bezogen auf die Wellenlänge und nichtmehr auf die Pixelzahl.
      In diesem Fall habe ich anhand der Ca-Linien, der H-beta-Linie, der Mittenwellenlänge des Natriumsdubletts (das hier nicht aufgelöst ist) und des tellurischen O2 kalibriert.
      Die weiteren Balmerlinien des Wasserstoffs, die Eisenlinie und das (hier nicht aufgelöste) Magnesiumtriplett habe ich von der Software BASS aus einem Spektralkatalog zur Kontrolle eintragen lassen - und die Linienpositionen stimmen überein.
      Die Kalibrierung ist also hinreichend genau.

      Als nächstes folgt die Intensitätsnormierung und Bestimmung der "Instrument Response", also dem Einfluß des Instrumetariums auf das Spektrum.
      Das muß dann noch herausgerechnet werden.
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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    • Hallo,

      bis hierhin habe ich einfach mal die Arbeitsschritte und Abläufe gezeigt um ein Rohspektrum in einen auswertbare Form zu überführen.

      Zumindest bis hin zum sog. Pseudokontinuum (das ist der erste Graph den ich hier zeige) muß die Bearbeitung immer laufen.

      Das normierte Spektrum kann man jetzt noch einer Flusskalibrierung unterziehen.
      Das ist eine Intensitätskalibrierung die die relative Intensität bei einer spezifischen Wellenlänge korrekt wiedergibt.
      Hierfür zieht man ein flußkalibriertes Vergleichsspektrum eines Sterns gleicher Spektralklasse heran.
      Die BASS-Software bietet dafür mehrere Kataloge von Referenzsternen - hier wäre es ein G2V-Stern.
      An dieses flußkalibrierte Spektrum kann noch eine Planck´sche Strahlungskurve angepasst wrden, also eine Übersicht, wieviel Energie ein Stern bei einer bestimmten Frequenz ausstrahlt.

      Das alles ist für dieses Projekt hier nicht notwendig - aber es zeigt, was man generell alles aus einem einzigen Spektralfoto ermitteln kann.

      Jetzt steht erstmal aus, die Spektren von Aristarchus, Plato, Tycho und das diffuse Mondlicht bis hin zum Peudokontinuum zu bearbeiten und zu vergleichen.

      Viele Grüße,

      Martin
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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    • Moin Martin!
      Ich gebe Hans-Jürgen recht, beeindruckend! Ich muss aber auch zugeben, so richtig verstehen tu ich das noch nicht, was du da machst.
      Ich hatte während des Studiums in einem Physikpraktikum auch mal spektroskopieren müssen, aber das ist schon lange her, das Wissen wurde nie wieder
      abverlangt und ist vergessen :D
      Wie ich das jetzt verstehe hast du das Tageslicht aufgenommen, da kann ich mich dunkel dran erinnern, dass das ein kontinuierliches Spektrum ist, so
      wie das Spektrum oben es mehr oder weniger zeigt. Die Spikes sind besondere Absorbtionslinien, welche die Sonne oder unsere Atmosphäre erzeugen?
      Wie kann ich mir das jetzt beim Mond vorstellen? Kann ich aus dem Spektrum direkt Linien von bespielsweise Eisen oder Titan in seinen mineralischen
      Verbindungen rauslesen?
      Ich zitiere mal Hans-Jürgen:

      Hans-Jürgen schrieb:

      Ich bin sehr auf Deine weiteren Ergebnisse gespannt !
      :D
      Weitermachen!
      Viele Grüße,
      Micha

      "Uns hilft kein Gott, unsre Welt zu erhalten!"- Karat, Der Blaue Planet, 1982
      Meine Bilder auf AstroBin

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von mic ()

    • Hallo Hans-Jürgen,

      vielen Dank !
      Ich bin selbst gespannt was dabei herauskommt bzw. ob überhaupt etwas dabei herauskommt.
      Aber unterschiedliche Farben der Mondoberfläche im reflektierten Sonnenlicht müssen Auswirkungen auf das Spektrum haben.
      Die Frage ist, ob es mit meinem Equipment nachweisbar ist.

      Hallo Micha,

      Tageslicht ist ja lediglich reflektiertes und gestreutes Sonnenlicht.
      Somit haben wir eine kontinuierliche Komponente, die auf die Schwarzkörperstrahlung der Sonne zurückgeht - Sterne verhalten sich in guter Näherung wie Schwarze Körper.
      Dem Kontinuum aufgeprägt sind die dunklen Absorptionslinien, die beim Durchgang durch die Gasschichten der Sonne und auch der Erdatmosphäre entstehen - chem. Elemente können Strahlung spezifischer Wellenlänge absorbieren (erfahren dadurch eine Anregung) und bedingen so die dunklen Linien.

      Das passiert natürlich auch beim Auftreffen auf Oberflächen - so entstehen Farben ja nunmal.

      Ich vergleiche die Spektren untereinander und mit dem des unveränderten Sonnenlichts.
      Finde ich zusätzliche Linien ? Wo ? Welche Intensität ?
      Gibt es Übereinstimmungen oder Unterschiede zwischen den verschiedenen Mondregionen ?
      Tauchen sogar Emissionslinien auf (z.B. beim sehr hellen Aristarch), wird sogar Licht emittiert ? Luminiszenz ?

      Und ob ich Eisen oer Titan wirklich so nachweisen kann - das will ich herausfinden.

      Vielleicht noch ein Wort dazu, warum ich mich damit beschäftige:
      Es gibt so einige hier, die herrliche Fotos von Sonne, Mond, Planeten Galaxien, Nebeln . . . . machen.
      Auch das fasziniert mich und gerade bei Planeten, Sonne und Mond mache ich das auch gerne - vor allem aber weil ich da überall dynamische Prozesse abbilden und auch untersuchen kann.
      Gasnebel - ich sehe sehr gerne die wunderbar ästhetischen Bilder die auch hier diverse Forumsmitglieder erarbeiten.
      Was mich aber noch mehr fasziniert ist - was in den Nebeln vorgeht, woraus sie bestehen, welche Dynamik in Ihnen herrscht. Hinter das zu blicken, das die Bilder zeigen. Zu sehen, was die Bilder nicht zeigen.
      Je nachdem welche Region zum Beispiel des Orionnebels ich spektroskopiere liegen ganz unterschiedliche Elektronentemperaturen vor.

      Darum habe ich das Geld, das andere in hervorragende Kameras stecken eben in einen Spektrographen investiert, der mir genau das zeigen kann was mich noch mehr interessiert als selbst so schöne Bilder zu machen.
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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    • Vielen Dank für Deine ausführliche Antwort, Martin!

      Die Spektroskopie ist halt ein interessanter, aber gegenüber den meisten anderen astronomischen Disziplinen ziemlich abstrakter Fachbereich.
      Als "unbeleckter" sieht man in erster Linie Diagramme mit irgendwelchen Linien, gefolgt von einem Ergebnis, was ebenfalls aus
      Diagrammen besteht. Viele werden sich denken, boah ey, ich lese schon keine Beobachtungsberichte, geschweige den......

      Daher vielen Dank an Dich, dass Du Dich so bemühst, einem auch die abstraktere Astronomie näherzubringen 8)

      Bin auf das Resultat gespannt ^^
      Viele Grüße,
      Micha

      "Uns hilft kein Gott, unsre Welt zu erhalten!"- Karat, Der Blaue Planet, 1982
      Meine Bilder auf AstroBin
    • Hallo Micha,

      ich denke einfach, wen es interessiert kann vielleicht hier etwas mitnehmen und im Optimalfall sogar Tips und Anregungen geben, die auch mir weiterhelfen.
      Aber ich habe volles Verständnis wenn es für andere einfach nicht das ist, was sie in Sachen Astronomie vom Hocker reißt.

      Stimmt schon, es ist etwas abstrakt aber mir macht es Spaß.
      Für MICH wäre es einfach zu abstrakt, langwierige PixInsight-Scripte zu erarbeiten. . . . ^^
      Jedes Gebiet der Astronomie, wenn es ernsthaft betrieben wird, wenn man Ziele erreichen möchte, hat seine abstrakten Aspekte.
      Ich gebe zu - die Resultate die dann in der Astrofotografie entstehen sind greifbarer und begreifbarer.

      Bei mir läuft es halt z.B. so ab: WOW tolles BIld, super wie er die Mondfarben hervorgeholt hat. . . .WOW, Super-Nebel, Wahnsinn, diese Farbe und die feinen Strukturen . . .warum hat diese Mondregion, warum hat dieser Nebel genau diese Farben ? Wo kommt das her, wie kann man das herausfinden, was tut sich in diesem Nebel, kann ICH das miterleben, mit meiner Ausstattung nachvollziehen wie die Profis das untersuchen, ist Aristarchus so hell wegen seiner Reflektivität oder kommt da eine aktive Komponente mit dazu . . . .?
      Ich will das nicht nur lesen, ich will es selbst machen. Dann habe ich das Gefühl ich bin vor Ort hautnah mit dabei.

      Gerade zu den Mondregionen hat die erwähnte Schülerarbeit einige Fragen aufgeworfen aber nicht beantwortet.
      Das Internet ebenfalls nicht.
      Aber ich habe die Möglichkeit, mich selbst mit diesen Fragen zu beschäftigen.

      Noch eben zu den abstrakten Aspekten unseres Hobbis:
      Wer sich mit veränderlichen Sternen beschäftigt lebt auch eher in Diagrammen.
      Wer die Sonnenbeobachtung intensiver betreibt - landet ebenfalls dort.
      Und ich glaube, wer bei der Astrofotografie das Optimum rausholen will, befasst sich regelmäßig mit Diagrammen. . . . :D

      Das werde ich jetzt auch noch ein wenig tun, bevor mich nachher wieder die Pandemie in Form der Arbeit im Testzentrum einholt.
      Klaren HImmel und viele Grüße,

      Martin


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