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Spettroscopia: la risposta strumentale

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

Messaggioda LFranco » 30 ago 2016, 20:08

Ciao Paolo,

intanto ti faccio vedere la risposta strumentale che ho ottenuto, rappresenta la media di quattro profili strumentali calcolati a diverse masse d'aria (1.82, 1.41, 1.15, 1.02).
Per chiarezza di chi ci legge, aggiungo che vale questa semplice relazione:

[Profilo stellare osservato] = [Profilo stellare vero] x [Trasmissione atmosferica] x [Risposta strumentale]

Il profilo che ho ottenuto somiglia a quello del sensore Sony della mia camera CCD ma i livelli di attenuazione nel blu e nel rosso non sono proprio quelli.
Ci devo lavorare ancora sul tema con un'altra sessione osservativa per capire quali sono i fattori comuni e quali le differenze in relazione al parametro AOD (Aerosol Optical Depth) che dipende dalla serata osservativa.

Ciao
Lorenzo Franco
Allegati
Risposta_strumentale.png
Risposta strumentale del mio setup
CameraCCD_sony.png
Curva di risposta del sensore Sony
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Messaggioda Paolo » 31 ago 2016, 0:29

Ciao Lorenzo, interessante il risultato. La risposta strumentale diversa dal sensore Sony in effetti ci può stare visto l'impatto che può avere un reticolo diffrattivo. La parte uv/blu e rossa si attenua maggiormente per il prodotto delle due curve di efficienza.

Qui sono riportate delle curve di reticoli a trasmissione Optometric (ovviamente il grism da 600 l/mm usato nell'Alpy potrebbe essere diverso):
http://www.optometrics.com//App_Themes/ ... graph1.gif

Un analogo Thorlabs:
https://www.thorlabs.com/images/TabImag ... on_780.gif

Il resto della parte strumentale (ottiche varie) non dovrebbe alterare molto la sensibilità ai colori, ad eccezione forse dell'uv vicino (ulteriore attenuazione compatibile con la curva che hai trovato).

Tienici informati se fai altre prove...

Paolo
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Messaggioda nico » 1 set 2016, 8:35

Bravissimi.
Paolo, come ti ho sempre detto, sarebbe l'ora che tu ti mettessi a scrivere un bel manuale di spettroscopia amatoriale, con la tua esperienza potresti diventare un pioniere di questa materia ancora di nicchia per gli amatori italiani e non solo. :ymhug:
Bel lavoro anche quello di Lorenzo. Sono curioso degli sviluppi.

Purtroppo ultimamente sono molto incasinato, ma appena potrò mi leggerò con calma tutto l'articolo, ma vi avverto.... potrei diventare il vostro incubo con le milioni di domande che sicuramente mi verranno in mente. =))

Complimenti ancora, serve gente come voi. :ymapplause:

Nico
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Messaggioda SergioMauro » 1 set 2016, 10:03

Io sono l'ultimo arrivato e in merito allo scritto di Paolo cosa posso dire..... che è eccelente e che lo ringrazio per tutti gli insegnamenti che ci elargisce attraverso questo forum.
Sarebbe bello se Paolo potesse raccogliere l'idea di Nico e fare un manuale di spettroscopia amatoriale, penso che tantissimi astrofili si avvicinerebbero a questa bellissima branchia dell'astronomia.
Colgo l'occasione per chiedere un parere. Nell'associazione a cui appartengo abbiamo deciso di acquistare lo spettroscopio "Lhires III", dovendo fare una scelta quali reticoli di rifrazione scelgo dei quattro in dotazione? E quale CCD è più opportuno acquistare per collegarlo allo strumento?
Sergio
SergioMauro
 

Messaggioda Paolo » 1 set 2016, 22:18

Troppo buoni Nico, Sergio! Non sono cosi' addentrato per scrivere un libro ma spero che anche queste paginette siano in qualche modo utili agli astrofili.

Il Lhires III viene venduto con il reticolo da 2400 l/mm (massima risoluzione). Quali reticoli di diffrazione extra prendere? A parte tutti... direi che dipende da quello che volete fare. Il 1200 (o 1800) l/mm e' molto utile per poter spingersi con la magnitudine (si perde un po' di risoluzione ma il numero di target possibili aumenta notevolmente).

A me piace moltissimo anche il reticolo da 150 l/mm perche' permette di ottenere uno spettro ottico quasi completo che risulta utile in moltissimi casi. La magnitudine limite e' naturalmente di gran lunga maggiore. Ad esempio con il C9 ho osservato lo spettro di un quasar di mag V 15.2 (rumoroso ma diverse informazioni ci sono):

viewtopic.php?f=22&t=3466&hilit=apm#p30752

Preciso che con questo reticolo (150 l/mm) lo spettro sotto i 4200A circa e' sfocato (quando la restante parte e' a fuoco), quindi tale regione va tagliata via. Da questo punto di vista vanno meglio altri spettrografi nativi a bassa risoluzione (tipo l'Alpy 600), tuttavia la possibilita' che ha il Lhires III di passare da R 18000 a R700 in due minuti mi sembra davvero notevole.

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Messaggioda Giobatta » 2 set 2016, 13:42

Complimenti anche da parte mia, sintetico e chiaro come sempre, grazie per il lavoro che fai per noi alle prime armi in questo affascinante settore dell astronomia amatoriale. Ciao
Gianni
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Messaggioda Paolo » 3 set 2016, 12:17

Grazie per l'apprezzamento Gianni! Tu comunque non sei alle prime armi... ;)

Mi sono dimenticato (e approfitto adesso) di segnalare alcune piccole modifiche all'articolo che ho fatto il 30 agosto. Ho anche sostituito i titoli di tre grafici con testi in italiano (erano in inglese - riguardano la simulazione dell'errore sull'altezza della stella di riferimento).

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Messaggioda Paolo » 28 set 2016, 20:53

Ciao a tutti, aggiorno l'argomento dopo aver fatto una sessione osservativa dedicata. Assieme a Umberto abbiamo preso spettri a bassa risoluzione di un certo numero di stelle del catalogo Miles. Le stelle sono state scelte in base all'altezza sull'orizzonte con lo scopo di riuscire a stimare i parametri della curva di trasmissione atmosferica della serata.

Non ho seguito la procedura rigorosa descritta in questa pagina di Christian Buil: http://www.astrosurf.com/buil/atmospher ... ission.htm ma ho voluto provare un metodo semplificato basato sulla trasmissione atmosferica relativa. Con la procedura rigorosa si calcola la trasmissione assoluta, significa che e' necessario lavorare sotto un "cielo fotometrico" (perfetto), condizione purtroppo molto rara.

Il metodo semplificato si basa sull'osservazione di due stelle di riferimento a differente altezza sull'orizzonte (preferibilmente una allo zenit e l'altra bassa sull'orizzonte) che possono essere anche di tipo spettrale diverso. Il requisito essenziale e' che i rispettivi spettri che troviamo in libreria siano rappresentativi dello stato attuale. Se ad esempio una stella ha modificato nel frattempo il continuo (per cause varie come la variabilita' intrinseca, la formazione di un inviluppo circumstellare o altro), il metodo porta ad un risultato errato). Per questo e' bene escludere le stelle peculiari che possono trovarsi nei cataloghi (nel Miles ci sono anche alcune stelle ad emissione).

I passi che ho seguito:

1 - osservazione della stella alta e calibrazione del flusso con il rispettivo spettro di libreria (altezza A1, spettro S1)

2 - osservazione della stella bassa e calibrazione del flusso usando la curva di risposta ottenuta per la stella alta (altezza A2, spettro S2).

3 - confronto dello spettro S2 con il relativo profilo di libreria. Lo spettro S2 ha il continuo piu' basso di quello della libreria a causa della maggiore massa d'aria non compensata dalla curva di risposta (abbiamo usato quella della stella alta).

4 - calcolo (iterativo) del rapporto delle curve di tramissione (Rct) teoriche alle altezze A2 e A1, usando il modello atmosferico di ISIS e partendo da un valore del parametro AOD medio (es. 0.15)

5 - divisione dello spettro S2 per il rapporto Rct. Il continuo del nuovo profilo sale per effetto della compensazione della massa d'aria.

6 - nuovo confronto con il profilo di libreria. Si cerca una buona coincidenza dei due profili. In caso contrario si riparte dal punto 4 utilizzando un diverso valore AOD e considerando che con un valore piu' grande la compensazione (innalzamento del continuo) e' maggiore e viceversa.

Molto piu' facile a farsi che a dirsi... la procedura converge infatti molto rapidamente.

Vediamo ora degli esempi pratici.

Stella alta: HD207330, osservata ad un'altezza di 83.0 gradi
Stella bassa: HD007374, osservata ad un'altezza di 33.6 gradi

Confronto descritto al punto 3:

HD007374_airmass.jpg


Nuovo confronto con i profili quasi coincidenti, ottenuto dopo pochi tentativi (punti 4 e 5):

HD007374_AOD_025.jpg


C'e' un piccolo scostamento nella regione centrata sui 500nm ma credo che possiamo considerare sufficientemente corretto il valore del parametro AOD (Aerosol Optical Depth) utilizzato pari a 0.25.

Conoscere la trasmissione atmosferica serve ad affinare la calibrazione in flusso relativo qualora le altezza sull'orizzonte del target e della stella di riferimento non siano esattamente le stesse.

Anche qui ho simulato il problema usando due stelle di riferimento (considerandone una come fosse il target):

Target: HD003360 osservato ad un'altezza di 49.8 gradi
Stella di riferimento HD221756, osservata ad un'altezza di 55.0 gradi

La differenza di altezza e' piccola (-5.8 gradi) ma sufficiente per generare uno scostamento nella parte blu dello spettro:

HD03360_airmass.jpg


Con la correzione descritta (rapporto di curve di tramissione con AOD 0.25 alle due altezze, vedi immagine seguente)

curve di trasmissione.jpg


si vede come la qualita' del continuo sia migliorata:

HD03360_AOD_025.jpg


Nel gruppo di stelle scelte per questa esperienza, sono riuscito ad osservarne una molto bassa sull'orizzonte (per puro caso si trovava tra due edifici, dal mio sito osservativo ho quasi tutto l'orizzonte coperto fino a circa 35 gradi di altezza).

Per la sua grande massa d'aria pensavo fosse la stella piu' utile per stimare la curva di trasmissione, invece ha evidenziato un insidioso problema legato alla rifrazione atmosferica differenziale: le stelle basse sull'orizzonte diventano piccoli spettri dispersi in verticale e non tutta la luce e' passata attraverso la fenditura. Parliamo della cosiddetta "distorsione fotometrica" e il riferimento all'eccellente lavoro di C: Buil qui e' d'obbligo: http://www.astrosurf.com/buil/dispersion/atmo.htm. L'unico modo per risolvere e' quello di disporre l'asse della fenditura (che comunque non deve essere troppo stretta) esattamente verticale rispetto all'orizzonte. Purtroppo non era la mia condizione osservativa.

La camera di guida da me impiegata e' la SX Lodestar e la sua maggiore sensibilita' al rosso rispetto alla luce blu ha comportato il posizionamento al centro della fenditura della parte rosso/arancione dell'immagine stellare leggermente scomposta nei colori, lasciando fuori una buona percentuale della radiazione UV/blu.

Il risultato e' uno spettro ottico la cui parte sinistra appare attenuata. In questi casi la compensazione della massa d'aria non risolve il problema. Ecco il tentativo fatto per la stella HD000319 osservata quando si trovava a 15.4 gradi sull'orizzonte:

HD000319_AOD_025.jpg


La regione di spettro nel riquadro verde e' quella affetta dal taglio della fenditura e non c'e' verso di recuperarla conoscendo la curva di trasmissione atmosferica. Forzando la rettifica per far coincidere una particolare lunghezza d'onda nel blu, si ottiene un profilo deformato nella restante parte, quindi inutilizzabile anch'esso.

Questa esperienza mi ha fatto capire che per il nostro scopo e' bene non arrivare cosi' bassi sull'orizzonte, a meno non si usi una fenditura relativamente larga disposta perpendicolarmente all'orizzonte. Consiglierei (ma dipende da quanto e' inclinata la fenditura), di non scendere sotto i 30-40 gradi di altezza per la stella "bassa" (l'altezza ottimale di quella alta credo possa essere di 70-90 gradi). L'obiettivo e' quello di fare in modo che l'alterazione del continuo spettrale della stella bassa sia dovuto solo agli effetti della maggiore massa d'aria.

Da considerare infine che gli spettri prodotti con il Lhires III e reticolo da 150 l/mm sono stati troncati poco sotto i 4500A (per problemi qualitativi). Con spettri ottici completi (come quelli che si ottengono con l'Alpy 600) le differenze nel continuo sono ancora piu' accentuate e la calibrazione puo' essere piu' raffinata (ma il problema delle deformazioni fotometriche con stelle troppo basse piu' grave).

Ho scritto tutto molto di corsa. Fatemi sapere se ci sono errori, incongruenze o altro.

Paolo
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