Fenditura fotometrica per Lhires III

[Paolo]

"Fenditura fotometrica"... viene in mente chissa' quale complessa diavoleria, invece si tratta semplicemente di una fenditura la cui lunghezza comprende un tratto "normale" e uno piu' largo, entrambi visibili contemporaneamente nel campo della camera di guida. E' l'Uovo di Colombo, tanto semplice quanto innovativo e indispensabile!

fenditura_fotometrica.jpg (7.36 KiB) Osservato 1485 volte

Il sistema, corredato di supporto per l'installazione rapida nello spettroscopio, ha quattro posizioni con otto aperture in totale. Queste le coppie di valori, espressi in micron, che possono essere selezionate:

- 23/200
- 27/250
- 31/300
- 35/350

Io utilizzo la terza posizione che nella parte stretta (pilota la scelta) misura 31 micron, in quella larga 300 micron.

Perche' una fenditura larga? Breve premessa... Normalmente viene impiegata una fenditura piuttosto stretta, questo serve a garantire il potere risolvente dello strumento. Il problema nasce dal fatto che l'apertura di questa fenditura e' dell'ordine oppure piu' piccola della dimensione stellare sul piano focale. Chi ha fatto fotografia astronomica sa bene che l'immagine di diffrazione durante l'integrazione subisce una serie di modificazioni (piccoli spostamenti, allargamenti, deformazioni, ecc) a causa dell'agitazione atmosferica e dei pur piccoli errori di trascinamento e guida della montatura..

L'immagine stellare, durante le nostre riprese spettroscopiche, non e' quindi sempre piccola e ben centrata rispetto all'apertura della fenditura. Come risultato, il flusso luminoso che entra nello spettroscopio risulta continuamente variabile. Sicuramente nell'intensita' ma a volte anche nel contenuto cromatico (per effetto della rifrazione), se il tempo di esposizione e' molto breve e/o la fenditura piu' piccola dell'immagine stellare.

Purtroppo non basta aumentare il tempo di esposizione per neutralizzare (in modo statistico) tutti gli effetti negativi che tra l'altro mutano anche con il variare della posizione nel cielo del soggetto durante l'osservazione (vedi angolo parallattico: viewtopic.php?f=22&t=2268).

La prova e' molto semplice, basta fare un raffronto dei profili spettrali delle singole subpose di una qualsiasi ripresa. In questo esempio ho messo a confronto 10 profili estratti da altrettante subpose effettuate nella stessa sessione osservativa:

I profili avrebbero dovuto essere quasi coincidenti (al limite variare leggermente per il diverso assorbimento atmosferico durante l'integrazione) invece c'e' una grande dispersione delle intensita'. Tutto cio' dipende dai tagli "casuali" operati dalla fenditura sull'immagine stellare.

Se le pose sono piu' corte, oltre ad una maggiore dispersione delle intensita', aumenta la probabilita' di cio' che si definisce "distorsione fotometrica". Il profilo evidenziato in rosso nel grafico che segue e' stato prodotto da una immagine stellare deformata e scomposta nei colori dalla turbolenza atmosferica, non ben centrata in fenditura durante la breve subposa. In pratica l'immagine stellare puo' diventare un piccolo spettro per gli effetti della rifrazione. Nel caso che segue, la regione blu del profilo evidenziato e' rimasta parzialmente tagliata fuori dalla fenditura.

Altrettanto puo' accadere, in modo indipendente dalla fenditura, per il semplice "scintillamento" se le pose hanno una durata ancora piu' breve (pochi secondi). Un caso pratico e' assai esplicativo: guardate le alterazioni cromatiche a cui e' soggetta una stella mentre viene ripresa con una DSLR. Il mosso e' voluto e serve ad evidenziare le veloci variazione di colore. Nell'immagine in alto ho sfocato leggermente l'obiettivo per essere certi che la colorazione non sia dovuta alla matrice di Bayer (ho ripreso con un obiettivo a corta focale e le immagini stellari a fuoco sono sottocampionate).

A parte il caso dello scintillamento (le pose per gli spettri sono abbastanza lunghe), la soluzione al problema e' quella di usare una fenditura piu' aperta (molto piu' aperta!) in modo da essere certi di non tagliare in alcun modo la luce focalizzata dal telescopio. In pratica la sessione osservativa prevede l'uso di entrambe le aperture. Con la stretta produciamo il normale profilo espresso poi in intensita' relative. Le riprese attraverso la fenditura larga, piu' "sicure", sono invece quelle che entrano in gioco per la calibrazione fotometrica. Queste ultime servono a trovare il coefficiente che permette di riscalare il profilo ottenuto con la fenditura stretta in modo che sia espresso in flusso assoluto.

Come dire che prendiamo il meglio da entrambe le riprese, quelle con la fenditura stretta preservano la risoluzione mentre le riprese attraverso la fenditura larga preservano l'integrita' dei dati fotometrici. Il prezzo da pagare e' il tempo extra per acquisire gli spettri addizionali. Con target sufficientemente luminosi l'extra tempo e' comunque minimo. Inoltre, siccome con gli spettri "fotometrici" dobbiamo fare solo misure sul continuo, non e' mandatorio avere un alto rapporto s/r (normalmente si cerca di raggiungere il massimo SNR nelle riprese con la fenditura stretta). Un requisito invece davvero essenziale per la riuscita di questo tipo di osservazione e' la bonta' del cielo. Occorre essere certi che non siano presenti veli che, anche lievi, andrebbero a falsare le misure. In questo potrebbe aiutare una vista IR da satellite e, in ogni caso, il controllo della dispersione dei dati nelle riprese con la fenditura larga. Le intensita' degli spettri non devono presentare oscillazioni apprezzabili tra un frame e l'altro (sarebbe un chiaro segnale del passaggio di veli durante le riprese).

La tipica sequenza e' la seguente. Ogni spettro puo' derivare dalla combinazione di piu' frame (es. 5 x 360s, 1x60, ecc.)

Fenditura stretta:
1) spettro del target
2) spettro della stella di riferimento

Fenditura larga:
3) spettro del target
4) spettro della stella di riferimento

Come dicevo, la maggior parte del tempo e' dedicata alle riprese con la fenditura stretta. Va anche considerato che, a parita' di tempo di esposizione, lo spettro prodotto attraverso la fenditura larga presenta un maggiore rapporto s/r in quanto non si spreca nulla.

Un caso pratico: Nova Cyg 2014, osservazione del 4 agosto, mag v ~11.7. Ho utilizzato il Lhires III con il reticolo da 1200 l/mm. La stella di riferimento e' la HD176301 il cui spettro e' reperibile nel catalogo Miles. Ho impiegato anche una seconda stella di riferimento per fare un controllo, la HD196544. Target e stelle di riferimento e' bene siano ad una altezza sull'orizzonte similare nel momento della ripresa.

Fenditura stretta:
1) Nova Cyg 2014 (7 x 960s)
2) HD176301 (3 x 120s)

Fenditura larga:
4) Nova Cyg 2014 (3 x 480s)
5) HD176301 (3 x 120s)
6) HD196544 (3 x 120s)

Con i primi due spettri ho ottenuto il profilo classico, cioe' corretto per la risposta strumentale e l'assorbimento atmosferico, espresso in intensita' relative. Gli altri spettri sono serviti per trovare il rapporto di intensita' tra nova e stella di riferimento, quindi il coefficiente che permette di riscalare il profilo al flusso assoluto.

I calcoli e le operazioni aritmetiche tra i profili non sono affatto difficili. Il procedimento e' descritto passo passo nell'eccellente guida "SPECTROPHOTOMETRY" di C. Buil che trovate al seguente indirizzo dove, tra l'altro, e' descritto anche un metodo semplificato che utilizza due soli spettri (presenta pero' degli svantaggi):

http://www.astrosurf.com/buil/calibrati ... ion_en.htm

Io ho trovato utile riportare le formule e le varie misure in un foglio Excel, in modo da gestire "a vista" i dati e ricavare automaticamente il coefficiente.

Lo spettro finale, calibrato in flusso assoluto:

Ho i vari risultati intermedi con le relative misure che qui non ho mostrato (per non allungare troppo il topic). Se interessa, posso dettagliare la procedura per qualunque approfondimento.

Non posso concludere senza sottolineare l'enorme contributo di Christian Buil all'evoluzione della spettroscopia amatoriale. I suoi tool hardware e software, la vastissima produzione di guide e documenti inerenti progetti osservativi con il relativo sviluppo pratico per giungere al risultato, hanno enormemente innalzato il livello qualitativo dei lavori amatoriali che oggi sono apprezzati ed utilizzati anche dai professionisti.

Paolo

[Marco Di Lorenzo]

Ottimo Paolo! Questo è l'ennesimo "trattato" che meriterebbe una pubblicazione a parte... Non mi è chiaro però quale sia il vantaggio rispetto a due riprese consecutive con fenditura classica, una volta stretta e l'altra larga, riprendendo in antrambi i casi sia il target che il riferimento.

[Paolo]

Grazie Marco, troppo buono come al solito!

Non c'e' una ragione specifica per la sequenza se non quella di mantenere ravvicinate il piu' possibile le due riprese con la fenditura larga perche' su queste si fanno le misure fondamentali per la fotometria, se sono vicine si minimizza il rischio che le condizioni del cielo cambino. Anche una sequenza come la sequente ottimizza le riprese (ed e' piu' comoda):

Target:
1) Fenditura stretta
2) Fenditura larga

Stella di riferimento
3) Fenditura larga
4) Fenditura stretta

Le due riprese con la fenditura larga sono sempre vicine. Consideriamo pero' una sola stella di riferimento, se sono di piu' (come nell'esempio pratico) le cose possono cambiare. Non e' comunque una regola rigorosa, dipende anche dalla disponibilita' di stelle di riferimento alla stessa altezza del target. Se non ce ne sono di vicine, puo' essere necessario attendere del tempo, quindi tutto il discorso della sequenza ottimale salta.

Purtroppo con la spettroscopia a fenditura non possiamo lavorare come nella fotometria differenziale (target e stelle di riferimento nello stesso campo, preferibilmente stretto) ma prendiamo uno spettro alla volta...

A presto
Paolo

[Marco Di Lorenzo]

Grazie per la spiegazione!

[umberto]

Scusate se ciò che scrivo non e pertinente al soggetto del Topic, ma bisogna considerare, che queste risorse messe a disposizione dai francesi, che abbiamo potuto attingere dal Web, sono delle miniere di informazione di notevole utilità per noi astrofili; ancora di più stando a contatto con gli stessi autori solo per una settimana in alta Provenza. Purtroppo il nostro paese, bellissimo che sia, risulta molto carente in materia di spettroscopia. Almeno personalmente, tentando di avvicinarmi a questa materia, non ho avuto mai modo, in passato, di attingere da trascrizioni in lingua italiana, o avere avuto contatti con persone che siano state in grado di trasmettermi una esperienza positiva. La situazione si è ribaltata quando ho letto di questi argomenti sul forum Quasar, molti dei quali scritti da Paolo. Le sue trascrizioni mi hanno aperto il mondo della spettroscopia, permettendomi così di costruire uno spettroscopio, di avere la soddisfazione di ricevere i complimenti da professionisti, di rendere un contributo a questo, ad altri Forum, ed al database delle stelle BE.
Un saluto a tutti Umberto

[nico]

Condivido pienamente quel che dice Umberto.
Paolo è una enorme risorsa di conoscenza e di disponibilità per gli spettroscopisti italiani....
Rinnovo quindi a Paolo l'invito a pubblicare tutti i suoi interventi qui sul forum, ed altrove, in modo più organico in un vero e proprio manuale.

So che è un lavoro duro e che porterà via del tempo, ma sarebbe davvero una cosa bellissima per tutta l'astrofilia.

Tempo e voglia permettendo, pensaci seriamente Paolo. ;-)

E comunque grazie.
Nico

[Paolo]

Vi ringrazio per la fiducia ma siete esagerati! Umberto, l'argomento meriterebbe di essere discusso in un topic dedicato visto che non parliamo quasi mai dello stato della astrofilia in questo campo cosi' particolare (lasciami pensare che siamo troppo impegnati ad osservare e riportare i risultati, che a "filosofeggiare"!). Se la diffusione della spettroscopia fra gli amatori italiani non e' alta, a mio avviso dipende in buona parte dal fatto che siamo partiti in ritardo rispetto ad altri paesi. Credo pero' che stiamo sulla buona strada e che, anche lentamente, recupereremo il tempo perso. Nel frattempo non possiamo fare cosa migliore che continuare a impegnarci ed a raccontare le nostre esperienze!

Paolo