Ein Spektroskop - was tun damit ?

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    • Ein Spektroskop - was tun damit ?

      Hallo zusammen,

      hier und da in einigen Beiträgen habe ich ja schon spektroskopische Themen aufgegriffen und über meine eigene Beschäftigung mit dem Thema geschrieben.
      Das stieß durchaus auf wohlwollendes Interesse und es bestand Einigkeit, daß das Thema faszinierend ist.
      Faszinierend - und ziemlich abstrakt, auf den ersten Blick zumindest, wie ich meine.

      Vielleicht kann ich die Faszination für das Thema ein wenig besser vermitteln, wenn ich einfach mal berichte, was ich mit einem Spektroskop mache und - warum.

      Natürlich kann man sich mit dem Thema beschäftigen ohne eigene Beobachtungen durchzuführen, sehr viele Spektroskopische Daten zu sehr vielen Objekten sind im Internet zu finden.
      Hmmm - da war doch letztens ein Komet am Himmel, da wollte ich doch auch ein Spektrum aufnehmen. . . .klappte leider nicht - aber es gibt ja das Internet.
      Hmmm - irgendwie finde ich kein Spektrum von c/2022 E3. . . .

      Wie auch immer, ich möchte mich nicht nur mit fertigen Daten beschäftigen, ich will es selbst machen, ich will selbst Spektren aufnehmen von was ich will und wann ich will (so ich die Zeit dafür habe natürlich).
      Ich will das Thema BEGREIFEN im wahrsten Wortsinn.

      Vor vielen Jahren habe ich das mit einer Transmissionsgitter-Replik aus Kunststoff in einer langen Röhre und einem Spalt aus zwei Rasierklingen begonnen . . .simpelste Technik aber ich war begeistert, so klar war das Sonnenspektrum noch nie zu sehen; ich staunte über die Verbreiterung der tellurischen H2O und O2 - Linien zum Abend hin.
      Später kam ein kleines Handspektroskop für den Gebrauch im anorganischen Labor dazu.
      Ich konnte sehen - aber nicht fotografieren.
      Es dauerte wirklich sehr lange, bis ich mir ein ausgereiftes Spektroskop zulegen konnte, mit dem man auch ernsthaft arbeiten kann.
      Auf einem Gebiet, auf dem der Amateur der universitären Astronomie in bestimmten Bereichen tatsächlich zuarbeiten kann.
      Das war nicht die primäre Ambition, aber wer weiß was da alles noch kommt.

      Da war er also, mein Spektrograph (den ich lieber so bezeichne, weil ich damit nicht nur sehen, sondern auch per Kamera dokumentieren kann).

      Der DADOS (vom spanischen Wort für "Würfel") von Baader Planetarium, standardmäßig ausgestattet mit einem Reflexionsgitter mit 200 l/mm.
      Ich war so frei, auch das 900er Gitter und das 1200er Gitter mitzubestellen, die dann sofort an den DADOS angepaßt wurden, ansonsten hätte man ihn dafür jedesmal neu einschicken müssen.

      Der rechte Würfel enthält ein Glimmerplättchen mit drei lasergravierten Spalten (25,35,50 µm Breite), hintergrundbeleuchtbar, sowie eine Abbildeoptik für Okular oder Kamera. Hier kann man die Objekte auf den Spalt ausrichten und darauf nachführen.
      Der linke Würfel enthält den Kollimator, das Beugungsgitter und die Abbildeoptik für das Spektrum. Hier kann ebenfalls wahlweise ein Okular oder eine Kamera montiert werden.
      Außerdem findet sich hier auch die Mikrometerschraube zur Verstellung des Neigungswinkels des Gitters - oder einfacher: Damit fahre ich durch das Spektrum, das vor allem bei höherer Auflösung nicht komplett abgebildet werden kann.

      Tja.
      Da ist er nun.

      Und wie nun weiter ??

      Fortsetzung folgt . . . .
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .

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

    • Da ist er also nun, der DADOS - und was kann man damit jetzt so alles machen ?

      Laut Literatur - die chemische Zusammensetzung von Nebeln, Sternen und anderen himmlischen Objekten ermitteln, die Spektralklasse von Sternen, die Temperatur von Sternen ("Balmer-Thermometer"), Dichte und Druck in Sternatmosphären, Rotationsgeschwindigkeiten, umgebende Gashüllen erkennen, optisch unsichtbare Begleiter detektieren, Elementenzusammensetzung und Anregungszustände in Nebeln bestimmen, Elektronentemperaturen in Nebeln bestimmen, die Zusammensetzung planetarer Atmosphären ermitteln, elektrische und magnetische Felder untersuchen . . . .und und und . . . .

      Superinteressant - also ran !
      Und weil gerade Tag ist - nehmen wir uns doch das diffuse Tageslicht vor, das das Spektrum unseres nächsten Sterns zeigen sollte, das der Sonne, ein gelber G2V-Stern.



      Das ist ein Teil des Spektrums des Tageslichts, das komplette Bild paßt leider nicht auf den Chip der Kamera (Neptune M Mono).
      Das Bild ist ein Komposit aus 10 Einzelbildern, gestackt im Auswertungsprogramm BASS, das ich momentan vorrangig nutze (BASS - Baisc Astronomical Spectroscopic Software).
      Außerdem bekam es einen leichten Hochpassfilter.

      Boaaaah - jede Menge Linien !
      Und - was ist das jetzt ? Was mache ich jetzt damit ?

      Jetzt - muß ich herausbekommen, was die einzelnen Linien bedeuten und dabei helfen natürlich Spektralatlanten.
      Richard Walker ist da sehr rührig, er hat einen großartigen Atlas für Amateuranwendung erstellt, anhand dessen ich mich dann an die Identifikation der Linien machen konnte.
      Auch Veröffentlichungen des Carl Fuhlrott Gymnasiums in Wuppertal - speziell des dortigen astronomischen Schülerlabors (klingt klein, ist aber eine ernstzunehmende Sternwarte, die auch universitär für Ausbildung und Forschung genutzt wird) helfen da sehr !

      Hilfreich wäre es natürlich, wenn jeder Linie bereits die passende Wellenlänge zugeordnet wäre - das Problem ist allerdings, daß die Kamera keine Wellenlängen kennt sondern Pixel und so weist die X-Achse erstmal nur Pixelnummern auf.
      Und so beginnt das, was in der Spektroskopie größte Bedeutung hat und einen durchaus größeren Zeitaufwand darstellt: die

      K A L I B R I E R U N G !!! (bedrohlicher Sound, Nachhall . . . .)


      8) ?( :thumbsup:


      Beim Sonnenspektrum haben wir da richtig Glück, denn man kann sehr flott eine erste Kalibrierung anhand der bekannten Fraunhoferlinien durchführen; Deren Wellenlänge ist bekannt und anhand dieser Daten kann man mittels Software die Pixelnummern in Wellenlängen umrechnen.

      Das geht mit BASS recht flott, wenn man sich erstmal etwas reingearbeitet hat.

      Ihr seht - das ist fast wie Bildbearbeitung, nur kommt ganz was anderes raus - naja, vielleicht nicht GANZ was anderes. . . .

      Man muß halt erstmal einen Anfang im Spektrum finden. Für mich war die Identifikation der H alpha Linie dafür optimal, habe ich die, kann ich mich nach Blau hin vorarbeiten und mit etwas Übung lassen sich dann auch flott das Natrium-Dublett, das hier nicht aufgelöste Magnesiumtriplett, H beta, Calcium H und Calcium K auffinden und zur Wellenlängenkalibrierung heranziehen.

      Und - warum das alles nun ?

      Wichtigster Grund: Weil es mir Spaß macht, den chemischen Aufbau der Sonne so direkt vor Augen zu sehen. Ich habe auch sehr gestaunt, eine Bande im Spektrum zu sehen (das G-Band), die von einem Molekül herrührt, CH, ein MOLEKÜL - stabil bei Photosphärentemparaturen. Das war ich wirklich etwas aus dem Häuschen.

      Weiter - man kann natürlich das Sonnenspektrum dann zur Kalibrierung anderer Spektren heranziehen. Das Tageslichtspektrum zeigt neben den Absorptionslinien der Sonne auch noch stärkere Absorptionen im Roten und Infraroten, die von atmosphärischem Wasserdampf und Sauerstoff stammen. Deren Wellenlängen sind extrem genau bekannt und sehr geeignet für Kalibrierungen gerade im roten Bereich.

      Tja, dann wird es ja Zeit, ein wellenlängenkalibriertes Tageslichtspektrum abzuliefern.

      Das kommt - im nächsten Teil.


      Fortsetzung folgt.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Und hier wäre es dann - das wellenlängenkalibrierte Tageslichtspektrum mit den wichtigsten Absorptionen:



      Das war es leider dann immer noch nicht.
      Was wir hier sehen ist nicht der wahre Kontinuumsverlauf des Spektrums, es ist überlagert von der Instrumentenfunktion (Response), also Einflüssen von Teleskop, Spektrograph, Kamera, . . .und von Streuung an interplanetarem Staub und atmosphärischen Einflüssen.
      Dieses sogenannte Pseudokontinuum muß nun noch entfernt werden, entweder durch Normierung auf "1" oder Flußkalibration mit einem korrigierten Vergleichsspektrum eines G2V Sterns aus einer geeigneten Datanbank.

      Hier das auf "1" normierte, Pseudokontinuum-bereinigte Spektrum:


      An diesem wellenlängenkalibrierten und pseudokontinuumbereinigten normierten Spektrum kann ich jetzt auch andere Elemente identifizieren und es auch heranziehen, um andere Spektren zu kalibrieren.

      So habe ich es zum Beispiel herangezogen, um inzwischen verfügbare andere Kalibrierlichtquellen zu prüfen und zu. . . . .kalibrieren.

      Fortsetzung folgt.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Vielen Dank !

      Da wir gerade bei der - na was wohl - Kalibrierung waren. . . .WARUM brauche ich eigentlich Kalibrierlichtquellen oder -lampen wenn ich doch das Tageslichtspektrum habe und nutzen könnte ?

      Naja, nachts habe ich kein Tageslicht zur Hand !
      Es ist nämlich leider erforderlich, das Kalibrierspektrum unter den gleichen Bedingungen aufzunehmen, wie das Objektspektrum. Bei gleicher Temperatur, unter gleicher Geometrie, denn beide Faktoren verändern Form und Größe des Spektrographen.
      Alleine ein Spektrum, das nachts bei 4°C Gerätetemperatur aufgenommen wurde kann nicht mit einem Spektrum kalibriert werden, das bei 20°C aufgenommen wurde.
      Diese Temperaturabhängigkeit habe ich schon beobachten können.
      Ebenso verhält es sich mit Verbiegungen des Spektrographen am Teleskop-Backend im Vergleich zu entspannter Montage auf der mittig angebrachten Halterung.

      Also muß ich möglichst zeitnah zum Objektspektrum ein Referenzspektrum aufnehmen.
      Dazu hat der DADOS nun einen umgekehrt montierten Klappspiegel erhalten mit dem ich zwischen Objekt und Referenz hin- und herschalten kann.


      Hier sind am Klappspiegel schon meine zwei Kalibrierlampen Marke Eigenbau montiert.

      Baader liefert zum DADOS eine Neon-Kalibrierlampe.


      Problematisch ist, daß Neon vorrangig im Roten Emissionslinien hat, im Blauen leider garnicht. Das führt zu einer sehr rotlastigen Kalibrierung mit möglichen Abweichungen im Blauen.
      Alternativ kann man Kalibrierlampen kaufen, was bei Ar-Th-Kalibriermodulen schonmal einige Tausend Euro kosten kann.

      Dankenswerterweise hat schon erwähnter Richard Walker publiziert, wie man für die Kalibrierung Glimmstarter für Leuchtstoffröhren nutzen kann.
      Sie werden so über einen Vorwiederstand betrieben, daß es zu keinem Kurzschluß des Bimetallstreifens kommt, jedoch eine stabile Glimmentladung entsteht.
      Farbe und Emissionen dieser Gasentladung resultieren aus der Gasfüllung der Starter und die wird vom Hersteller ebenfalls publiziert.
      R. Walker hat für zwei Typen Glimmstarter von Osram und Relco kommentierte Spektren erstellt, anhand derer man sehr viele Linien zuordnen und zur Kalibrierung heranziehen kann.

      So habe ich mir aus den beiden Glimmstartertypen Kalibrierlampen gebaut (einen Dank an die Sanitärindustrie):


      Oben der Relco SC 480, unten der Osram ST 111.
      Am ST 111 gefällt mir besonders, daß seine Gasfüllung neben Argon auch aus Wasserstoff besteht, ert emittiert also die komplette Balmerserie, was sehr hilfreich ist.
      Die Gasfüllung vom SC 480 besteht vor allem aus Neon, Argon, etwas Helium und wenig Wasserstoff.
      Argon liefert auch im Blauen noch jede Menge gut auswertbare Linien und ist somit sehr nützlich für eine Kalibrierung über das gesamte Spektrum.

      Wie sehen nun diese Kalibrierspektren aus und wie nutze ich sie ?
      Das folgt bald.

      Fortsetzung folgt.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Hi Martin,

      wie ich sehe nutzt du ein Linsenteleskop. Muss das besonders Farbrein sein damit es nicht das Ergebnis verfälscht oder geht mit jedem Apo?

      Wie hoch sind die Ansprüche an die Nachführung?

      Welche Auswirkungen hat die Objekt Höhe auf die Spektrallinien aufgrund der Atmosphäre?

      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von Robbie74 ()

    • Hallo Ingo,

      ich habe hier den Spektrograph nur auf den Refraktor aufgesattelt, er ist ja nicht am OAZ montiert.

      Bislang habe ich ihn vor allem am C 9.25 und am Newton genutzt.
      Ob es erkennbare Unterschiede zwischen Spiegeln und Refraktor gibt weiß ich momentan noch garnicht, da laufen bei mir Vergleiche.

      Zur Nachführung - naja, sie muß gut genug sein, um das Beobachtungsobjekt so lange wie nötig auf dem Spalt zu halten. Bei kleinen und dunklen Objekten erfordert das schon eine gewisse Genauigkeit.

      Zur Objekt-Höhe: Atmosphärische Einflüsse stellen sich wie oben schon beschrieben im Pseudokontinuum dar, das bei der Normierung oder der Fluxkalibration neutralisiert wird. Der Einfluß z.B. des Teleskops wirkt sich auf die Instrumentenfunktion, die Response aus, die ebenfalls herausgerechnet werden muß.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Hallo Ingo,

      es gibt diverse Software für Spektrenbearbeitrung. IRIS von C. Buil, VisualSpec von Valérie Desnoux, SpectroCalc von Manfred Schwarz und BASS (Baisc Astronomical Spectroscopic Software) von Andrew Wilson.
      BASS verwende ich momentan vorrangig. Es sind durchweg ziemlich mächtige Programme und es braucht etwas Zeit, sich einzuarbeiten.

      Natürlich archiviere ich die Spektren.
      Je nachdem, wofür ich die Spektrographie nutze ist das auch notwendig, z.B. bei der Überwachung von Be-Sternen, Variablen Sternen, Messungen von Radialgeschwindigkeiten . . . .

      Ich weiß - bei diesem Thema kommen keine schönen Fotos bei raus sondern trockene Diagramme.
      Vielleicht kann ich aber doch ein wenig vermitteln, warum mich die Erstellung dieser trockenen Diagramme mehr fasziniert als die Deep Sky Fotografie.
      Ich schaue damit hinter das Bild, tief in die Physik und Chemie der beobachteten Objekte und wandele auf den Spuren von Sir William Huggins,Pater Secchi, Miss Annie Jump Cannon, Henry Draper und Morgan, Keenan und Kellman.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Moin Martin!
      Vielen Dank für deinen ausführlichen Bericht über deine Spektroskopie. Auch das ist eine Facette der Amateurastronomie, wenn auch eine sehr abstrakte.
      Auch wenn nicht meine Fachrichtung, ist es doch mal ganz interessant!
      Viele Grüße,
      Micha

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

      vielen Dank, freut mich, daß das Thema Interesse findet.
      Hier und da macht es mir Spaß, der Exot zu sein 8)
      Und es macht mir Spaß, hinter das zu blicken, das auf schönen Astrofotos inziwschen kunstvoll eingefangen wird.

      Hallo Ingo,

      ja, ich habe Spektren von Beteigeuze aus der Zeit seiner Verdunklung. Ich kann mal schauen, daß ich welche hervorkrame.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Hallo Ingo,

      ich werde gerne hier ein Spektrum von Beteigeuze zeigen, ich habe es aber bislang noch nicht - jetzt kommt wieder das K-Wort - kalibriert.

      Ich habe hier in der Vergangenheit auch schonmal einfach ein Foto eines Spektrums gezeigt, das führte dann hie und da zu Unmut (sinngemäß: "und was bedeutet das jetzt, was solldas ??")
      Stimmt ja eigentlich auch, also möchte ich das erst noch machen.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Moin zusammen!

      Pegasus schrieb:

      Ich habe hier in der Vergangenheit auch schonmal einfach ein Foto eines Spektrums gezeigt, das führte dann hie und da zu Unmut (sinngemäß: "und was bedeutet das jetzt, was solldas ??")
      Stimmt ja eigentlich auch, also möchte ich das erst noch machen.
      Ich denke, das hat weniger was mit Desinteresse zu tun als vielmehr mit der Abstraktheit des Themas. Das Gleiche Schicksal teilen die Radioastronomiekollegen oder die Gruppen, die sich mit Meteor Scattering beschäftigen.
      Oder die Doppelsterntrenner, oder......
      Da das Gebiet Amateurastronomie so viele Facetten hat, ist es natürlich schwierig, sich für alle Gebiete gleichermaßen zu interessieren, und da fallen dann die abstrakteren (nicht böse sein) hinten runter.
      Wenn man mal durch die Foren streift, drehen sich die Themen zu geschätzt 80% um die Fotografie mit allem technischen, was dazugehört. Das ist offensichtlich das, was die Leute tatsächlich am meisten interessiert.
      Wird es aber in diesem Bereich abstrakter (siehe Karsten sein Sensoranalysethread), hörts da schon wieder auf.
      Viele Grüße,
      Micha

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

      ja, Meteorscatter mache ich auch :D
      Und Iono-Doppler.
      Für interstellaren Wasserstoff rauscht mein Setup leider noch viel zu stark. 8)

      Ich bin zwar kein Doppelsterntrenner, aber früher längere Zeit Veränderlichenbeobachter. Das führt auch primär zu Diagrammen.
      Mich fasziniert daran einfach, daß ich damit wirklich etwas über Sterne erfahre

      Wie sagte vor Jahrzehnten ein Veränderlichenbeobachter der Volkssternwarte Darmstadt, bei der ich seinerzeit Mitglied war: "Ja - Astrofotografie - nett. Ich mache hübsche Bildchen. Die kann ich mir an die Wand hängen und anschauen. Was habe ich dann davon? Komm zu uns, da lernst Du was über die Sterne."

      Ich kann dem so nicht ganz zustimmen denn was man nie übersehen darf ist, daß es sich um HOBBY handelt. Ich möchte daran Freude haben und Befriedigung daraus ziehen.
      Es ist heute nunmal auch viel einfacher, beeindruckende Fotos zu machen als damals, alleine wenn ich an Hypersensibilisierung von Filmmaterial denke, Spezialentwickler, Wochenenden bei Rotlicht in der Dunkelkammer. . . .wie bequem ist das doch heute am PC, man muß sich nichtmal mehr die Mühe machen, die Bilder selbst aufzunehmen, das macht inzwischen NINA vollautomatisch.
      Wer das mag - herzlich gerne. Ich mißgönne niemandem die Dinge, die ihr/ihm Freude machen und ich bin der letzte, der die Resultate dessen nicht redlich bewundern könnte und würde.
      Ich bin auch keinesfalls böse, wenn die Mehrheit mit meinen geliebten Diagrammen wenig anfangen kann.

      Solange es aber niemanden stört würde ich diese Aspekte der Amateurastronomie, die mir große Freude bereiten gerne hier vorstellen.

      Früher hatte mich Deep-Sky-Fotografie auch sehr fasziniert, aber eigenartig: Als es wesentlich einfacher wurde und ich ein paar Bilder selbst aufgenommen hatte fand ich es unbefriedigend. Da war wieder dieses "Da ist das Bild. Und nun ?" Das kann ich mir auch bei denen ansehen, die das besser können als ich.
      Mich befriedigt es nicht so sehr, stundenlang am PC am Bild zu feilen um danach. . . .ein schönes Bild zu haben.

      Die Fotografie ist für mich Mittel zum Zweck, Technik um Auswertbares einzufangen.
      Wolkenstrukturen an Planeten um deren Veränderungen zu beobachten.
      Mondformationen bei unterschiedlicher Beleuchtung.
      Die Sonne natürlich !
      Und Spektren natürlich, die mich eben - wie schon geschrieben - auf die Prozesse hinter dem hübschen Bild blicken lassen.

      Jeder Narr ist eben anders ! :thumbsup:

      P.S.: Karstens Sensoranalysthread habe ich gründlich gelesen und mir auch die Links angesehen. Ich fand das sehr interessant, es gab mir Anregungen für eigene Tests.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .
    • Ebenso wie bei der Astrofotografie gilt auch in der Spektrografie:
      Sind die Rohdaten sch...., dann kann auch das Endresultat nicht optimal werden.

      Beteigeuze am 21. Januar 2020:


      Das ist ein Stack von 12 Spektralaufnahmen. Sehr gut erkennbar sind die breiten, dunklen TiO-Banden im Spektrum die typisch sind für M-Sterne.
      Beteigeuze hat die Spektralklasse M 1-2 Ia-Iab

      Trotz Stacking ist die Auflösung der Einzellinien nicht so gut wie sie sein sollte.
      Grund könnte sogar einfach ein Fokusssierungsfehler sein.

      Das Vergleichsspektrum, das ich unter identischen Bedingungen aufgenommen habe basiert auf der Ne-Kalibrierlampe, bietet also nur einige Linien am rechten, roten Ende des Spektrums, was im blauen Bereich zu Ungenauigkeiten führen wird.
      Ich versuche trotzdem mal eine Kalibrierung.
      Alles Gute und klaren Himmel wünscht

      Martin

      Grenzenloses Staunen . . . .