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Spettroscopio didattico sotto le stelle!

Le nuove tecniche per studiare e comprendere la natura di tanti fenomeni celesti.

Messaggioda Paolo » 18 giu 2018, 23:29

Ciao a tutti, ho approfittato del recente weekend astronomico a Fonte Vetica per ripetere una interessante esperienza di spettroscopia stellare che fa uso di un economico strumento didattico (costa meno di 100 euro ed e' derivato da un progetto nato per la gemmologia).

TE313.JPG

http://www.patonhawksley.co.uk/spectroscope.html

Nel 2013 ho avuto modo di valutare le potenzialita' di questa semplice configurazione che necessita solo di un oculare per la proiezione afocale e un raccordo in cui inserire il piccolo spettroscopio. A seguito dei sorprendenti risultati, Umberto Sollecchia realizzo' un assemblato analogo apportando miglioramenti importanti tra cui il sistema di guida split-mirror e una solida struttura che mantiene leggermente angolato il piano del sensore, condizione necessaria per avere lo spettro perfettamente a fuoco dall'UV al rosso (ovvero una risoluzione costante in tutto il range spettrale).

Il modello che ho assemblato a Fonte Vetica e' davvero semplice e per nulla curato nei dettagli. Non ha un sistema di guida e non c'e' la leggera angolazione della camera che ottimizza l'immagine dello spettro. Gli spessori necessari per mantenere bloccate e in asse le ottiche sono realizzati con del nastro isolante per elettricisti (gli autocostruttori stanno gia' vomitando)!

web_IMG_7211.jpg

Ho collegato un oculare Plossl da 25 mm nel lato dello spettroscopio che contiene la lente dell'occhio, come si vede in foto:

web_IMG_7200.jpg

web_IMG_7195.jpg

Con questo spettroscopio didattico l'oculare aggiuntivo e' mandatorio, senza di esso lo spettro non puo' essere focalizzato sul sensore. La tecnica e' chiamata "proiezione afocale". Per evitare vignettature non desiderate, deve essere accostato il piu' possibile alla lente oculare dello spettroscopio.

Il tutto e' stato poi inserito nel tele-extender. Gli spessori in nastro fanno da frizione, cioe' bloccano (si fa per dire!) l'assemblato ottico nel raccordo ma consentono anche di spostarlo leggermente avanti e indietro facendo un'opportuna pressione con le dita. Insieme allo scorrimento del tele-extender, serve per poter effettuare la messa a fuoco dello spettro (lo so, e' veramente grezzo come sistema ma si riesce!).

web_IMG_7190.jpg

web_IMG_7189.jpg

web_IMG_7186.jpg

Con il raccordo T2 del tele-extender, l'assemblato e' completo:

web_IMG_7166.jpg

web_IMG_7165.jpg

Collegato alla gloriosa SXV-H9...

web_IMG_7157.jpg

... ed al telescopio (Celestron C5)

web_IMG_7156.jpg

Pronti per la notte!

web_IMG_7114.jpg

Ore una e quarantuno... messa a fuoco effettuata e posizione fenditura intercettata alle coordinate x=238, y=263 nella camera di guida. Inizia la fase di acquisizione degli spettri.

web_start.jpg

Siccome e' molto importante, ricordo che il sistema e' "cieco", ovvero non vediamo in alcun modo il campo stellare in cui e' presente la fenditura come avviene con strumenti dotati di fenditura specchiata. Non vediamo quindi direttamente se la stella e' a fuoco e neanche se si trova in fenditura. Sembra impossibile operare, invece si arriva ugualmente a catturare spettri stellari, basta solo che i target siano sufficientemente luminosi.

In sintesi gli step necessari (procedura piu' facile a farsi che a dirsi):

- messa a fuoco delle righe spettrali (osservando una lampada a basso consumo)
- posizionamento orizzontale dell'asse della dispersione spettrale (rosso a dx)
- allineamento delle ottiche di ripresa e di guida sulla stessa stella (senza spettrografo!)
- impostazione delle camere (spettro e guida) in acquisizione continua (es. esp. 1 o 2 secondi)
- uso dei movimenti micrometrici della montatura per cercare lo spettro (la funzione di guida in fenditura di Astroart 6 aiuta notevolmente)
- messa a fuoco del telescopio in base alla dimensione verticale dello spettro (che, raggiungendo il fuoco, deve diventare sottile e piu' intenso)
- ricerca delle coordinate della stella sul sensore di guida, posizionata in modo da massimizzare l'intensita' dello spettro
- bloccaggio della stella alle coordinate trovate (autoguida) e avvio delle riprese

La tipica condizione di lavoro:

web_work_sheliak.jpg

Sulla sinistra la sessione di Astroart che gestisce la camera di ripresa dello spettro (C5, SXV-H9). A destra la sessione AA dedicata alla guida (Pentax 75, ASI120MM). La stella posta alle coordinate x/y 225/207 della ASI manda in fenditura con buona precisione la luce raccolta dal C5. Lo spettro e' sottile e netto, indice di buona focalizzazione del C5.

Eccoci dunque ai risultati. La calibrazione in lunghezza d'onda dei profili e' svolta usando un polinomio di 4° grado (abbiamo a che fare con un sistema misto reticolo/prisma). Trattamento completo in ISIS (Integrated Spectrographic Innovative Software).

Lo spettro dell'onnipresente Vega:

vega_20180616_010_PB.png

Il fuoco dello spettrografo e' ottimizzato per la regione spettrale dall'UV fino al giallo (come ho detto, non ho inclinato il piano del sensore). In questo intervallo la risoluzione spettrale e' impressionante per lo strumento usato, siamo al livello dello spettrografo Shelyak Lisa (R ~1000). Lo spettro e' tagliato a 3600A per evitare la parte rumorosa ma ci sono dettagli anche prima.

L'intrigante Beta Lyrae. L'elevata risoluzione spettrale si nota osservando le righe della serie di Balmer nell'UV.

sheliak_20180616_051_PB.png

Lo spettro di Arturo. Il continuo e' fitto di righe metalliche. A sinistra (ultravioletto vicino) dominano le due profonde righe H e K del calcio ionizzato:

arturo_20180616_895_PB.png

Un tentativo sulla variabile R Crb, in questi giorni nei pressi del massimo di luminosita':

rcrb_20180616_940_PB.png

La bellissima stella al carbonio Y CVn (La superba), tipo C-N5. Stella colore rosso profondo, indice di colore B-V pari a 2.54! Le molecole nell'atmosfera stellare relativamente fredda danno origine ad intense bande di assorbimento (C2, CN, CH). Il fuoco dello spettrografo non e' ottimizzato per questa regione ma il profilo mi sembra comunque interessante.

ycvn_20180616_913_PB.png


I relativi spettri bidimensionali:

spettri_2d.jpg




Una variante migliorativa.

I limiti citati, che in definitiva impediscono di osservare soggetti piu' deboli, sono stati quasi del tutto abbattuti nel modello realizzato da Umberto nel 2013 che potete vedere a questo link:

viewtopic.php?f=22&t=4391&start=20#p40719

E' dotato di un sistema di guida split mirror (vetrino da microscopio). Ha una struttura metallica molto robusta ed implementa l'angolo della camera che consente di avere tutto lo spettro a fuoco (la risoluzione e' costante in lunghezza d'onda).

Sappiamo tutti che non c'e' limite al meglio quindi, per chi volesse il top, non posso che consigliare l'acquisto dell'Alpy 600 della Shelyak Instruments, soprattutto per il sistema di guida che fa uso di una fenditura specchiata (di gran lunga migliore di un semplice split mirror). Significa poter osservare sistematicamente oggetti molto deboli anche con piccole aperture e cio’ consente anche di partecipare con minor sforzo alle diverse campagne osservative pro-am. Un altro livello insomma...

Ho scelto di fare e raccontare questa esperienza per mostrare quanto sia semplice ed economico (per me che gia’ avevo gli altri componenti, solo il costo dello spettroscopio didattico) registrare spettri di stelle relativamente luminose. Il "semplice" naturalmente dipende dalla propria esperienza nelle attivita’ osservative. Tecniche di ripresa spettroscopica del genere sono sicuramente molto semplici per l'astrofotografo esperto, meno invece per chi non ha ancora molta dimestichezza con le operazioni di ricerca, centraggio, guida, ecc. Ma tutto s'impara con l'esperienza!

Paolo
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Messaggioda LFranco » 19 giu 2018, 8:15

Ciao Paolo,
bella esperienza e bellissima descrizione.
Sicuramente tornerà utile per altri astrofili.
Il basso costo ed i notevoli risultati ottenuti permettono a tutti di cimentarsi nella spettroscopia.
Saluti
Lorenzo Franco
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Messaggioda Alessandro » 19 giu 2018, 15:39

Grazie Paolo per la condivisione delle tue esperienze, dei tuoi esperimenti e della tua passione per astronomia :ymhug:

Tutto ciò ci dà la voglia e la forza di continuare, nonostante le difficoltà e le notti passate insonni.

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Messaggioda Paolo » 19 giu 2018, 16:15

Vi ringrazio per i commenti! Come avete potuto notare, non ho capacita' di autocostruzione! Per l'assemblato chiunque puo' fare di meglio, guadagnando in robustezza ed estendendo di conseguenza la sua portata a soggetti piu' deboli.

La spettroscopia e' facile e divertente! :ymhug:

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Messaggioda umberto » 20 giu 2018, 0:35

Paolo, mi auguro che questa tua dimostrazione possa essere di stimolo a coloro che volessero dedicarsi alla spettroscopia, le cui tecniche di acquisizioni e di riduzione dati sono molto più semplici e meno laboriose di quelle che bisognerebbe conoscere per la realizzazione di una ottima foto astronomica. Umberto
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Messaggioda Max » 20 giu 2018, 7:11

Gran bel lavoro Paolo, con poco ci hai dimostrato che usando un po di impegno si riesce a fare comunque un ottimo lavoro.
Grazie
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Messaggioda Paolo » 20 giu 2018, 11:29

Grazie per l'apprezzamento Umberto, Max.

Per eventuali chiarimenti sono a disposizione...

Paolo
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Messaggioda Paolo Maria Ruscitti » 22 giu 2018, 8:26

Grazie Paolo, come sempre contributi all'altezza di un vero appassionato e non solo!

Paolo ha scritto:... Gli spessori necessari per mantenere bloccate e in asse le ottiche sono realizzati con del nastro isolante per elettricisti (gli autocostruttori stanno gia' vomitando)...
... erede della molletta per tenere il motore di declinazione del C8 arancione nel lontano 1985 a Campo Felice.... :)
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Messaggioda Paolo » 22 giu 2018, 14:47

... erede della molletta per tenere il motore di declinazione del C8 arancione nel lontano 1985 a Campo Felice.... :)

Parliamo di questo oggetto!

molletta.jpg

Che inventiva! :D

Grazie anche a te Paolo, a presto!

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Messaggioda Fab » 24 giu 2018, 16:20

Paolo ha scritto:Per l'assemblato chiunque puo' fare di meglio, guadagnando in robustezza ed estendendo di conseguenza la sua portata a soggetti piu' deboli.

La spettroscopia e' facile e divertente! :ymhug:

Paolo



A dimostrazione che ciò che conta è il manico (90 %)
Non lo strumento (10%)

:)
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Messaggioda umberto » 24 giu 2018, 20:51

Fabrizio, ben risentito. Il più esperto spettroscopista che avesse a disposizione uno spettroscopio non efficiente non riuscirebbe mai ad acquisire uno spettro utile alla ricerca scientifica. Le tecniche di acquisizione sono di una semplicità che tu non puoi neanche immaginare. Se fossi stato vicino a Paolo solo per una ora, avresti cambiato sicuramente opinione e avresti quotato 90% la costruzione di uno spettroscopio perfettamente funzionante, cosa che tu sei riuscito a fare, 10% le tecniche di acquisizione. Sia io che Paolo abbiamo molto apprezzato il tuo impegno ed del tuo operato fino a questo momento, ma siamo un pò amareggiati di non avere potuto trasmetterti informazioni sufficienti per l'acquisizione di uno spettro, che richiede un minimo di esperienza sulla fotografia astronomica, alla quale forse tu non di sei mai dedicato. Ti assicuro che produrre uno ottimo spettro con un efficiente spettroscopio è molto facile ed è solo un problema di esperienza.
Saluti- Umberto
umberto
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Messaggioda Fab » 24 giu 2018, 21:13

Ciao Umberto.
beh mi sono solo momentaneamente rilassato dai.
Un po per il meteo un po per la stanchezza di fine anno lavorativo.
La mia esperienza in fotografia guida e ripresa è stata focalizzata sui corpi minori
sui quali mi sono molto concentrato lo scorso anno, riuscendo a fare rilevazioni
astrometriche di oggetti che sfioravano la 18a magnitudine, inviare i dati a MPC
ed ottenere il codice osservatorio L00 giusto un anno fa... :)
Diciamo che con lo spettroscopio che ho assemblato ho incontrato difficoltà
inaspettate, relative soprattutto alla messa a fuoco e al centraggio del target
in fenditura e alla messa a fuoco della camera di guida.
Ora si prevedono molte serate di buon meteo e riprendo tutto in mano.
Ho trovato nel frattempo del vetro ottico ultrasottile che vorrei provare nel
modulo di guida.

A prestissimo ! :)

(Ottimo e interessante lavoro il tuo sulle simbiotiche, lo sto seguendo con interesse).
Fab
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