Spektroskopija / spektrografija

[mitja]

Bas sam neki dan pricao sa kolegom sa foruma i spektografiji. Koji teleskop bi bio potreban da se analizira trenutna supernova? I uostalom kako se koristi taj mali spektoanalizer?

[Ljubo]

Interesantno, posle desetak dana je boja jasno bela. Na početku ako se dobro sećam, zbog udarnog talasa koji se kreće relativističkom brzinom u prvim satima/danima imamo plavi pomak. Za nas koji nemamo spektral analajzer, samo boju možemo da primećujemo (mada to generalno i nije nikakav siguran parametar, jedino spektrografija daje prave odgovore).

Nisam siguran na šta misliš, ali pomak u spektru ne može se vidjeti bez spektroskopa (spektrografa).
U svakom slučaju, koristio sam photometric kalibraciju, što uz saturaciju ne bi trebalo da značajnije mijenja boju. (Ogradjujem se, naravno na tačnost softvera).

Bas sam neki dan pricao sa kolegom sa foruma i spektografiji. Koji teleskop bi bio potreban da se analizira trenutna supernova? I uostalom kako se koristi taj mali spektoanalizer?

Spektral analajzer je odličan za uvod u spektroskopiju (vidi https://youtu.be/Fv5fFSacVO8), ali imaj u vidu nižu rezoluciju koju on daje (obje verzije 100 i 200).
Za supernove će vjerovatno trebati malo jači (veće rezolucije). Upravo treba da se na tržištu pojavi jedan takav, ALPY 200, koji ne bi trebalo da bude skup. Imaće u vezi s ovim novim uređajem i jedna web radionica u četvrtak veče u 9:00 UTC, u kojoj će učestvovati i ekspert za spektroskopiju supernova - Robin Leadbeater koji će prikazati prve rezultate sa ALPY 200. Link za prijavu (besplatno učešće, engleski jezik): https://click.mlsend.com/link/c/YT0yNDAwOTU0NjI0NTY0NTMzMjA1JmM9eTlrMyZlPTIzMzQ2NzcmYj0xMjc1Njk5MzM0JmQ9dTJhNnI1bw==._7JQ5WKOAt3yadqlq_uzNfyrpVhyMd3BZfN3f0770Qw

Bilo kako bilo, za slabe objekte treba i praćenje (guiding) zbog dužih ekspozicija, zatim i kalibracioni uređaj, te vjerovatno i par adaptera.

[vlaiv]

Bas sam neki dan pricao sa kolegom sa foruma i spektografiji. Koji teleskop bi bio potreban da se analizira trenutna supernova? I uostalom kako se koristi taj mali spektoanalizer?

U principu može bilo kojim teleskopom. Viđao sam da ljudi rade spektrografiju i sa objektivima za foto aparate.

Tematika nije jednostavna ali nije ni previše komplikovana kad se pohvataju stvari.

Evo nekih osnovnih smernica:

- za spektralnu analizu se obično koristi difrakciona rešetka. Ona je ili u obliku stakla/filtera - to je transmisiona difrakciona rešetka ili u obliku ogledala, onda je refleksiona difrakciona rešetka.

Spajder sekundara je jedna vrsta difrakcione rešetke (vrlo velika, monitrana ispred teleskopa i sa jednim stubom rešetke - nije efikasna ali baca difrakciju. Ako pogledaš spajkove na nekim slikama videćeš da izgledaju kao duga - to je zato jer je svetlost razvučena u spektar). I Bahtinov maska je isto tako difrakciona rešetka koja baca dugačke spektre (3 komada pod uglom).

- Difrakciona rešetka se može smestiti ispred objektiva, u konvergentnom zraku teleskopa (ispred fokalne ravni) ili u kolimiranom zraku posle fokusa (tu je potrebna dodatna optika).

- rezolucija spektra zavisi od broja stubova u rešetki po širini (zapravo se često navodi po milimetru), zatim ili od seeing-a ili od veličine slita odnosno proreza.

- postoje bar dva tipa spektroskopa - sa prorezom odnosno slitom, koji služi da se dobije precizniji spektar i da se lakše kalibriše slika i onaj koji daje spektar po celom polju. Ovaj drugi je najčešće ograničen seeing-om i ne može se koristiti za recimo merenje rotacionih kriva galaksije ili za površinske izvore svetla jer se spektar iz svake tačke objekta preklapa.

- što više "razvučemo" spektar, odnosno što veću rezoluciju probamo da dobijemo - to je svetlost slabija pa nam treba mnogo više ekspozicije (ili veći teleskop) da bi dobili dobar SNR.

- cene spektroskopa se kreću od 0 eura za kućnu radinost (zapravo treba nešto sitno para za materijal) do par hiljada eura.

Recimo ovako:

Frontalna maska dobijena laserskom štampom na foliji za grafoskop - samo cena folije i štampa i naravno koliko košta da se napravi neki sistem kačenja na teleskop. Znači praktično ništa.

Rezolucija je vrlo ograničena i zavisi od preciznosti štampača, ali ako se recimo uspe štampati u 300dpi, to je 150 linija po inču a to je razmak od 25.4mm /150 = 0.169333mm ili 169.34 mikrona.

Formula difrakcione rešetke je d*sin(ugao) = m * lambda

Gde su lambda talansna dužina svetlosti, m je red difrakcije (nas interesuje prvi) i ugao pod kojim će svetlo biti zakrenuto.

ako uzmemo 0.4 mikrona talasnu dužinu (to je 400nm odnosno početak vizuelnog dela spektra), dobijemo da je

sin(ugao) = 0.4 / 169.34 - tu čak možemo da koristimo i aproksimaciju malog ugla i da dobijemo

sin(ugao) = ugao = 0.00236... radiana, odnosno 0.13534 stepena, odnosno 8.12 ark minuta, odnosno ~487 ark sekundi.

Spektar se završava na 0.7 /169.34 = ~853 ark sekunde.

Canon 2000D ima piksel od 3.72um i tvoj teleskop ima 750mm, to znači da je radna rezolucija teleskopa ~1.02"/px

Odnosno 487/1.02 = 478px do 853/1.02 = 836px

836 - 478 = 356px veličina spektra na senzoru.

Sama rezolucija će da bude vrlo mala. Ako pretpostavimo da je FWHM zvezda oko 3", onda je element rezolucije pa dobijamo R = ~100.

Ali je to svakako najbolja varijanta za hvatanje spektra ovako nečeg, jer će signal biti oko 350 puta slabiji zato što je razvučen a to je ~6.4 magnitude slabija slika.

Znači ako možeš da uhvatiš zvezdu ~19.5 magnitude (~13 + ~6.4 da zaokružimo na 19.5) u par sati ekspozicije, moći ćeš i spektar ove super nove.

Sledeće po cenovnom rangu je Star Analyzer difrakciona rešetka. Ona operiše vrlo slično ali je sposobna za veću rezoluciju - oko R=200

Košta oko 200 dolara, zavisi gde je uzimaš.
SA100 ima u TC:

https://teleskop.rs/razno/509-analizator-zvezda-100-linijamm.html

Ja sam svojevremeno sebi uzeo SA200 - to je isti model ali sa duplo više linija pa je moguće duplo veća disperzija.

Ova rešetka radi u konvergetnom snopu i to dodaje neke aberacije. Ukoliko ti je interesantna, naći ću jedan spreadsheet koji su ljudi napravili da se optimizuje pozicija u zavisnosti od tipa teleskopa i slično. Čak je nekad pogodnije i malo stopirati teleskop da bi se dobio sporiji snop ako se vija rezolucija. Ja planiram da probam u jednom trenutku sa mojim Maksutovim jer je on F/13

I na kraju, dolaze ozbiljniji spektroskopi, oni koštaju baš dosta. Alpy 600 je početna varijanta.
https://www.shelyak.com/produit/spectroscope-alpy-600/?lang=en

Osnovni setup za R=600 košta tipa par hiljada evra.

Postoji izuzetno dobra DIY uređaj koji nije baš jednostavno napraviti i on izađe oko 400 eura u delovima ako se ne varam. Njegova prednost je što može da radi i kao Spektroheliograph za snimanje sunca i kao redovan spektroskop visoke rezolucije.

Evo linka za taj uređaj:

http://www.astrosurf.com/solex/sol-ex-presentation-en.html

[vlaiv]

Upravo treba da se na tržištu pojavi jedan takav, ALPY 200,

Nisam znao da prave novu verziju, interestatno.

[mitja]

U hvala ljudi na iscrpnim detaljima. Pa planiram da se malo ozbiljnije bavim astronomijom ne samo AP. Photometrija i spektroskopija mi je nekako najbliza tome.

Hvala i za link ka predavanju. Nije znanje znati vec je znanje znanje dati a vi momci ste za svaku pohvalu.

[Ljubo]

Nisam znao da prave novu verziju, interestatno.

Nisam ni ja do danas 
Nadajmo se da neće biti skup. Ako bude, onda ipak ostajem pri planu da na ljeto nabavim Sol'ex. Zbog čega misliš da je prekomplikovano za napraviti ga?
C. Buil se pokazao kao pouzdan astro amater - ne vjerujem da bi on promovisao nešto što bi bilo jako teško izraditi. Jasno da djelovi moraju biti optički poravnati kako treba, ali mislim da je to izvodljivo i u ovoj PTG varijanti.
U tom smislu, da li misliš da bi CNC štampa bolje odradila posao? Pitam, jer imam prijatelja koji bi mi to mogao tako odraditi.
A gledao sam i da se praktično svi optički elementi mogu znatno jeftinije naći na Aliexpresu.

[ε Aurigae]

hajde da izvucemo ovo u novu temu!

@Ljubo mnogo hvala za link....ja sam nameravao da uzmem Star Analyzer 200 za filter wheel, ali kada sam video da postoji Alpy 600 - rekoh, hajde da oladim pa da skupljam novce.

Ako ce Alpy 200 biti cenovno dostupniji to je vec opasno dobra vest!

Jos jednom hvala za link

[Ljubo]

Može nova tema, ja da ne petljam, nisam tu baš vješt, neka neko izvuče to.

Svakako je spektroskopija u zadnje dostupnija amaterima, a već i dosta amatera rade i kolaboraciji sa profesionalcima, kao gore pomenuti Robin L. na njegovom sajtu možete vidjeti šta se sve u amaterskim uslovima, iz prosječnog Bortle 4 neba može postići u ovoj oblasti.
Robin je standardnu ALPY 600 prepravio u ALPY 200 zamjenjujući 600 zareza/mm disperzionu "grizmu" (kombinacija rešetke i prizme), drugom od 200 z/mm.
Držimo fige da ne bude skupa...

[vlaiv]

Zbog čega misliš da je prekomplikovano za napraviti ga?
C. Buil se pokazao kao pouzdan astro amater - ne vjerujem da bi on promovisao nešto što bi bilo jako teško izraditi. Jasno da djelovi moraju biti optički poravnati kako treba, ali mislim da je to izvodljivo i u ovoj PTG varijanti.
U tom smislu, da li misliš da bi CNC štampa bolje odradila posao? Pitam, jer imam prijatelja koji bi mi to mogao tako odraditi.
A gledao sam i da se praktično svi optički elementi mogu znatno jeftinije naći na Aliexpresu.

Pa ne mislim da je prekomplikovano, mislim samo da nije baš jednostavno kao što bi bila front aperture difrakciona rešetka sa štampačem.

Ipak tu treba znati odabrati optičke elemente i naručiti ih, treba to 3d odštampati kako treba i sastaviti pa i testirati / kalibrisati.

Ne znam da li je pametnije ići na CNC varijantu. 3D Štampana vezija je lakša za ponoviti ako se nešto zezne a i laganija je po težini pa neće opteretiti fokuser toliko.

[Yagodinac]

Nisam siguran na šta misliš, ali pomak u spektru ne može se vidjeti bez spektroskopa (spektrografa).

Znam da u principu ne može, ali me nešto drugo kopka.
Pre deceniju sam slučajno snimio supernovu u M95 staru svega desetak sati; jesu boje poblesavile jer je kadrom dominirao ogromni Mars pa je to DSS uzeo kao referencu, ali supernova je jasno plave boje pa sam odmah pomislio da je to zbog udarnog talasa koji ide prema nama brzinom od, recimo, 10% c. Nisam znao kako izgleda tipičan spektar supernove, pa sam pomislio da se neki veliki pik u vizuelnom spektru naprosto pomeri prema plavom i to je to - međutim plava boja ima drugačije poreklo.



Ovde su boje podešene prema fonu neba tako da je nebo neutralno, što nije najbolja solucija ali bolje tako nego nikako. Originalna, sa Marsom gore:



U ovom radu na strani 9 sam našao grafik B-V koji počinje sa 0 i vremenom raste, dakle supernova jeste bila bela u startu, ali grafik se odnosi na intrinzik boju, korigovanu za brzinu fotosfere i apsorpciju na toj distanci. Nekorigovana je plava, što se i vidi.

"..., the evolution of intrinsic colors U − B, B − V , V − R and V − I are shown. The U − B color evolves very rapidly in early phases up to ∼ 50d, primarily due to high temperature and rapid cooling; and it becomes redder from −0.94 to 1.11 mag..."

Međutim, plava boja može da bude pre zbog prečnika i temperature: na početku eksplozije kugla ima mali prečnik i veliku temperaturu što će reći plavu boju (analogija sa zvezdanim bojama kod vrelih zvezda) a kako se uvećava i hladi postaje crvenija (analogija sa hladnim crvenim gigantima).