Spektroskopie mit APO und Farb-CMOS

Hallo,

ich wähle jetzt mal diesen Bereich des Forums für meinen Beitrag, da ich absolut keine Ahnung habe, wo er wirklich hingehört und ich auch dem Gebiet der Spektroskopie noch Einsteiger bin! [:D]

Die Vorgeschichte in Kurzfassung: Ich bin vor kurzem in die Spektroskopie eingestiegen und möchte diese in Hinblick auf eine anstehende Abschlussarbeit "professionell" betreiben. Derzeit bin ich am Testen, was mit Amateurmitteln alles geht.

Meine ersten Spektren habe ich mit dem TS Quadruplet 65/420 auf einer AZ-EQ5 aufgenommen. Als Kamera kam eine ZWO ASI178MC, als Gitter der Star Analyser 200 zum Einsatz. Mit dieser Kombi kann ich Spektren bis etwa 1000nm (theoretisch) aufnehmen.
Die Wahl auf den TS 65Q fiel deshalb, da in der spaltlosen Spektroskopie mit dem Star Analyser nur der Sterndurchmesser am Chip die Auflösung des Spektrums bestimmt. Je kleiner der Stern, desto besser aufgelöst das Spektrum. Und der Stern ist am Chip nun mal bei kleinen Brennweiten kleiner (je nach Seeing).

Hier mal als kleiner Vorgeschmack ein korrigiertes Spektrum von Castor frisch aus Visual Spec:

Nach Auswertung der ersten Spektren drängten sich mir jetzt aber einige Fragen auf, wie ich mein System verbessern könnte. Da hoffe ich jetzt auf eure Hilfe!

1) Der APO: Der TS 65Q hat ja ein Triplet Objektiv aus FPL-53. Bekommt man im Internet Informationen darüber, wie der Durchlassbereich dieses Objektivs ist? Ich denke mal, dass auch diese Glassorte im UV und im IR ihre Probleme hat. Wäre hier ein Wechsel auf meinen 130/650 Newton sinnvoll? Zwar steigt die Brennweite und damit der Sternscheibchendurchmesser am Chip, andererseits bin ich dann aber nur mehr durch die Atmosphäre beschränkt.

2) Die Kamera: Momentan verwende ich eine Farbkamera. Theoretisch sollte bei einem Wechsel auf deine SW-Kamera die Auflösung ansteigen und sich verdoppeln, da ja die Bayer-Matrix wegfällt. Zusätzlich steigt im SW-Bereich auch die Empfindlichkeit in allen Wellenlängenbereichen, vor allem aber im UV und IR. In diesen Bereichen sieht man derzeit ja ein recht deutliches Rauschen im Spektrum. Aber wie interpretiere ich die Quanteneffizienz-Kurve einer Farbkamera? Muss ich da alle Kanäle miteinander addieren? Das ergäbe dann bei meiner ASI 178MC bei 400nm eine Quanteneffizienz von ca. 70%. Oder muss man das anders zusammenrechnen?

3) Identifikation von Linien: Ich habe derzeit auch ein Uranusspektrum in der Pipeline, mit starken Absorptionen im roten Wellenlängenbereich (vermutlich vom Methan). Gibt es im Internet eine zuverlässige Quelle, wo Absorptionslinien und -banden von Atomen und Molekülen tabelliert sind?

4) Oder bringen meine Überlegungen 1 und 2 nichts, da die Atmosphäre im UV und IR ja auch nicht wahnsinnig durchlässig ist? Auch zur Transmissionskurve der Atmosphäre habe ich keine vernünftige Quelle mit hoher Auflösung gefunden ...

Ihr seht, das ist ein spannendes Thema, leider noch mit sehr vielen Fragen für mich! Da würde ich euch für eure Hilfe echt dankbar sein!

cs und Danke
Markus

Hallo Svend,

ja die Spektroskopie ist ein sehr spannendes Thema und würde tatsächlich ein eigenes Forum verdienen. Zudem ist die Spektroskopie auch eine sehr wissenschaftliche Angelegenheit und die richtige Auswertung von Spektren dementsprechend nicht ganz leicht.

Zu deinen und auch meinen Fragen:
Eines konnte ich mir zwischenzeitlich selbst beantworten. Zum Beispiel, dass der 130/650 Newton keinesfalls besser geeignet ist, als der TS 65/420. Der APO hat nämlich zwischen 350 und 2000nm eine sehr hohe Transmission und mehr oder weniger vollen Durchlass. Die Farbkorrektur ist ebenfalls ausgezeichnet, was man an Spektralaufnahmen erkennen kann, die keinerlei Unschärfe im blauen oder roten Bereich zeigen.
Die kleine Brennweite des 65/420 bietet sogar den Vorteil einer kleineren Sternscheibe am Chip und damit einer besseren spektralen Auflösung.
Das wäre dann auch dein Punkt der Entscheidung zwischen Star Analyser 100 oder 200. Die theoretische Auflösung eines 100 oder 200 Linien/mm Gitters kannst du bei der spaltlosen Spektroskopie nicht nutzen. Spaltlos entscheidet rein die Sterngröße am Chip die spektrale Auflösung (einen kleinen Einfluss hat auch die spektrale Koma). Du wirst so also realistischerweise eine Auflösung von etwa 20 Angstrom erreichen, was schon reicht, z.B. die Calzium Linien im Spektrum eines G-Sterns wie der Sonne zu trennen.
Ich habe mich dennoch für den Star Analyser 200 entschieden, da ich zwischen Sensor und Star Analyser einen Abstand von 35mm habe und dieser Abstand besser zum 200er passt. So habe ich bei der ASI178MC (diese hat nicht dieselbe Chipgröße wie deine ASI120MC!) sowohl die 0. Ordnung als auch Wellenlängen bis 1000nm am Chip.
Bei der ASI120MC würde ich jetzt gefühlsmäßig zum Star Analyser 100 tendieren, ohne es jetzt aber durchgerechnet zu haben.

Zur spektralen Auflösung in der spaltlosen Spektroskopie kann ich auch das entsprechende Kapitel in "Astronomie in Theorie und Praxis" von Erik Wischnewski empfehlen!

(==>) Thomas: Vielen Dank für dieses Tool. Da werde ich mich gleich einmal an die Arbeit machen!

cs
Markus

Hallo Svend,

sorry, dass ich es jetzt länger nicht geschafft habe, dir zu antworten. Auch heute habe ich nur kurz Zeit (ist etwas stressig momentan ...).

Bei meiner ASI178 habe ich das IR-Cut-Window durch das IR-durchlässige Protect-Window ausgetauscht. Das aber nicht nur für die Spektroskopie, sondern auch für IR-Aufnahmen an Mond und Planeten. [:)]
Das Seeing ist ja nicht immer so gut! [;)]

Ich habe mir das jetzt mal für den Star Analyser 100 und der ASI120MC durchgerechnet. Mit einem Sensor-Gitter-Abstand von etwa 40mm passt diese Kombi am 130/650 perfekt. Bei der ASI habe ich 2 mögliche Gitterpositionen: Einmal für etwa 45mm Abstand (mit dem normalen 1,25" Adapter) und einmal für etwa 35mm Abstand (mit einem 2" auf 1,25" Adapter -> das kann ich dir gerne einmal ausführlicher erläutern). Beide Positionen wären für deine Kombi immer noch optimal.

Das Korrigieren der äußeren Einflüsse finde ich auch noch sehr schwer. Derzeit dividiere ich mein aufgenommenes Spektrum durch ein Referenzspektrum (gleicher Spektraltyp) und glätte diese Kurve. Das ist dann meine Instrumentenkurve. Das aufgenommene Spektrum dividiere ich dann durch diese Instrumentenkurve. Diese Methode führt allerdings zu Fehlern, denn absolut gleiche Spektraltypen gibt es genau genommen ja nicht und dann macht man auch beim Glätten Fehler.
Ich verwende übrigens Visual Spec zum Spektren auswerten und RSpec nur zum Glätten. [:D]

cs und bis dann
Markus