Тема: Бесщелевой апертурный спектроскопический комплекс - БАССК (Прочитано 6784 раз)

meandr · « : 09 Жовтня 2017, 12:36:13 »

Погода испортилась и появилось время написать о моем Бесщелевом Апертурном СпектроСкопическом Комплексе - БАССКе.

Основой спектроскопа послужила та же дифрешетка с полем 150х150, 600 линий на мм (в теле 170х170), на которой уже собирал своего Тиранозавра этой зимой
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42154.msg546716#msg546716
ПОскольку тогда прибор стоял на EQ3 и наклонялся из стороны в сторону при наблюдении разных объектов, не удалось получить нужно стабильности взаимного позиционирования деталей и соответственно изображений на кадрах.
Поэтому перешел к другой схеме - дифрешетка и два телескопа на горизонтальной поворотной платформе, свет на дифрешетку направляется управляемым по альтитуде зеркальным целостатом, установленным на той же платформе.

Телескопы:
МТО 11 СА - D100/F1000
самодельный Ньютон D100/F500.

Спектроскоп предназначается для определения скорости звезд начиная от 10 км/с, поэтому по моим прикидкам разрешение должно быть не менее 30000 и масштаб дисперсии порядка 0,1 Ангстрем/пиксель (чтобы наблюдать эффекты величиной несколько пикселей, не переходя на субпиксельную точность).

Если считать разрешение по всему полю дифрешетки, на которое падает свет, получается разрешение 150*600=90000.
Если ограничить поле только апертурой телескопов, получается разрешение 100*600=60000.

По результатам зимне-весенних "стрельб" на Тиранозавре моя решетка в комплекте с МТО11 без штатной ЛБ (фокус 750) давала масштаб дисперсии 0,14 Ангстрем/пиксель (6,4 мкм).
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42154.40

ПРи пересчете на паспортный фокус с ЛБ 1000 мм ожидается масштаб дисперсии 0,1 А/пиксель.
Самодельный Ньютон F500 предполагается использовать с ЛБх2,дающей тот же фокус 1000 и тот же масштаб дисперсии 0,1 А/пиксель.
Но такие фокусы и масштабы дисперсии определяют довольно сильное растягивание спектра и соответственное уменьшение его яркости + увеличение времени экспозиции.

Пока идет отладка и совершенствование альт-азимутальной системы управления "столом",
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,157133.0.html
время стабильной экспозиции получается порядка 30 с, поэтому пока решил ограничиться фокусами 750 и 500, соответственно масштаб дисперсии 0,14А по каналу МТО и 0,2А по каналу Ньютона.
в приложении фото спектра Альдебарана в канале МТО.

Планирую перейти на метровый фокус и дисперсию 0,1 А при наблюдении Полярной (без ведения) и позже для других объектов, когда удастся наладить качественное гидирование на моем нынешнем альтазавре.

meandr

О дифрешетке и телескопах я уже написал - теперь подробнее о других элементах комплекса.

Съемку веду на два Кенона 350 (матрица 22,2х14,8 мм, 3456х2304 пикселя по 6,4 мкм).
Один совсем древний и задумчивый (реанимировал после поломки затвора и КЗ вспышки), второй поновее и пошустрее.
К сожалению, оба аппарата не работают напрямую с крякнутым Максимом 5.1 (любое ISO сбрасывается на 100, что абсолютно нерпиемлемо). Обновить Максим пока не получается. Может быть повезет с подвернувшимся по дешевке Кенон 400. Пока же снимаю на шнурке вручную или с компьютера на EOS Utility с последующими танцами...

Перед решеткой установлены два маленьких зеркальца, которые в каждом канале дают изображение звезды рядом с линиями дублета в спектре (малые размеры зеркальца позволяют уравнять яркости изображения звезды и ее спектра).

Видоискатель смастерил из монокля МП 8х30, вставив в окуляр перекрестие. Свет в него попадает тоже от небольшого зеркальца сразу после зеркала целостата. Есть подсветка красным светодиодом на кнопке.

Основой для механизма поворотного зеркального целостата стал "лопух" разбитого поворотного зеркала двери какого-то Ланоса.
Целостат управляется по альтитуде шаговым двигателем из принтера Epson , EM321 STH-39H, 15 ом, типа NEMA 17, 200 шагов на оборот, + шестеренчатый редуктор с полной редукцией 5153 .
Целостат подпружиненный, что позволяет значительно устранить люфт.

Стол на поворачивается на двух лечебно-оздоровительных дисках "Здоровье" (один над другим) механизмом с двумя последовательными червячными редукторами (от автостеклоочиситителей). Вместе с шестеренкой на двигателе получается полная редукция 5320. Шаговый мотор NBM PM55L-048-HP69, 48 шагов, 26 Ом (был униполярный, но обмотки я разделил - стал биполярным).
Два диска один над другим для того, чтобы иметь возможность вручную поворачивать стол на нижнем диске, не привлекая механизм поворота, сцепленный с верхним диском.

ЗЫ
О системе управления написал в теме
Альт-азимутальный контроллер на Ардуино Уно
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,157133.0.html
Шаговики управляются драйверами А4988 с микрошагом 8.

meandr

Коротко о первых наблюдениях на моем спектр-альтазавре.

Торопился хоть как-то завести систему, чтобы успеть пронаблюдать Арктур, пока он не слишком низко сел.
Об этом уже писал в "водяной" теме про Арктур - повторяться здесь не буду
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42801.msg561838#msg561838

После "буйного" Арктура решил присмотреться к Альдебарану. Он тоже красно-желтый гигант, но более спокойный. Результаты намного стабильнее и позволили определить "покраснение" дублета натрия порядка 6 пикселей в канале F500 (масштаб дисперсии 0,2 А/пиксель), что вполне соответствует его скорости удаления порядка 50 км/с .
В канале МТО с дисперсией 0,14 А/пиксель существенного смещения не обнаружилось, что вообще говоря странно (ведь смещение должно быть еще больше), но пока оставим эту странность на будущее .

Для Альфы Овна и Бетельгейзе существенного смещения дублета не обнаружилось - но у них скорость 10-20 км/с.

Также не удалось достоверно определить смещение и для Венеры, удаляющейся со скоростью 8-10 км,с , хотя дублет наблюдался вполне отчетливо.
Ради удовлетворения интереса снял и спектр от узкого серпа уходящей Луны (оба сняты утром 18 сентября)
Об этих наблюдениях писал в теме Текущие новости
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=347.msg561799#msg561799

Вообще результаты пока не стабильные, потому что пока приходится часто вносить изменения и перенастраиваться - система не успевает "устояться".
Вот поставлю на ПОлярную - и пусть стоит, а я посмотрю что получится.

Прилагаю здесь схему спектроскопа БАССК
Гида пока на столе нет, поставлю позже, когда отлажу систему гидирования.

meandr

Вчера при подготовке поста попутал каналы и коэффициенты калибровки по Альдебарану, сегодня исправил.

Вообще стоит подробнее пояснить особенности калибровки и обработки кдров.
Калибровка калибровке рознь - смотря с какой целью делаются спектроскопические наблюдения.
Если с целью спектральной классификации звезд - это одно дело, здесь достаточно среднего или даже низкого разрешения, щель при калибровке может быть широкая и т.п., но желательно получить большой диапазон - от (ультра)синего до (инфра)красного.
А в моем случае - для определения скорости звезд - все наоборот:
- для скорости от 10 км/с разрешение должно быть не менее 30000 и масштаб дисперсии порядка 0,1 Ангстрем на пиксель,
- можно привязаться к одной-единственной линии, если она заведомо присутствует в спектре наблюдаемых звезд (как я привязываюсь к дублету натрия в спектре звезд класса KIII и подобных)
- калибратор должен давать изображение этой линии с соответствующим высоким разрешением.

Это общие соображения.
Но в моем спектроскопе есть еще особенности:
в каждом канале рядом с линиями спектра при помощи маленьких зеркал помещается изображение источника-звезды, чтобы потом от него вести отсчет смещения по Доплеру.

На моей решетке период h=1,667мкм
Для оранжевого дублета натрия длиной волны 0,589 мкм получается полный угол дисперсии
Sin(a)=0,589/1,667=0,353
а=20*.
Это угол вправо и влево от направления отражения основного изображения звезды дифрешеткой - в этих направлениях лежат оси телескопов.
Но дифрешетка отражает "нулевой спектр" не обратно на зеркало целостата (как получается при симметричной схеме), а на 10* вбок от него. Поэтому ось МТО проходит в 10* от направления целостат-дифрешетка, а ось Ньютона - 30*.
Зеркальца отражают падающий от целостата свет в этих же направлениях, но для этого у них угол падения и отражения другой, чем у дифрешетки.
В результате при небольшом повороте прибора линии спектра по кадру перемещаются быстрее, чем изображения источника-звезды.
То есть горизонтальное расстояние между изображением и конкретной линией спектра, определенное при калибровке для положения в центре кадра, для крайних положений будет другое (как это показано на фото в приложении.

Можно отнести это к специфическому виду дисторсии и "лечить" тем же методом - пересчетом к "центральому" положению с соответствующими коэффициентами.
Зависимость у меня получилась практически линейная, но в связи с конструктивной несимметричностью прибора
углы отражения для зеркал в разных каналах разные, фокусные расстояния телескопов разные, и коэффициенты пересчета тоже получаются разные.
Для канала МТО F750 получилось 0,045 пикселей коррекции на пиксель смещения от центра.
Для канала Ньютон F500 получилось 0,095 пикселей коррекции на пиксель смещения от центра.

Для определения правильного знака коррекции нужно учитывать, с какой стороны от изображения источника находится данная линия спектра (я страюсь при настройке размещать дублет правее изображения), а при анализе учитывать, что вканале МТО слева красный участок и справа зеленый, а в канале Ньютона F500 наоборот.

НАпример, при калибровке в центре расстояние между изображением и серединой дублета получилось 178 пикселей, а в положении на 1000 пикселей левее - только 83 пикселя.
В этом канале коэффициент коррекции 0,095, поэтом упри пересчете к центру добавляем 95 пикселей коррекции - получаем нужные 178.
Конечтно, при реальных наблюдениях я стараюсь таких крайностей не допускать, но в пределах +- 200 пикселей пересчеты делать все равно приходится.

Во всем этом не мудрено запутаться, что я вчера и сделал.

meandr

В околозенитную область с большими скоростями ведения на альт-азимутале пока не лезу.
Ведь даже профессиональные альт.телескопы не подходят к зениту ближе 5*, и мне пока такой экстрим не актуален.
http://astro.ins.urfu.ru/1.2-meter
Проще подождать, пока звезда пройдет зенит, чем ломать голову, как ее там провести на альт-азимутале.
А вот другую особую область, с малыми скоростями ведения - приполярную - уже не переждешь.
И просто стать колом там тоже нельзя - ведь даже Полярная звезда за минуту смещается на 10", а у меня это 4-5 пикселей и почти 1 Ангстрем на спектре.
Мне для спектроскопии Полярной звезды пришлось написать спецпрограмульку на основе предыдущей.
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,157133.msg4189235.html#msg4189235
Настройку скоростей производил вручную, но с помощью телевика Юпитер 21 в комплекте с ЛБх2 (получил фокус 400 мм) и камерой QHY5 в режиме гида через Максим (сделать это пришлось быстрее, чем я предполагал по "плану работ").
Цена пикселя получается такая же как у Кенона 350 с Ньтоном 100/500 в моем спектроскопе (2,6" на пиксель)
В итоге получил вполне стабильное ведение с RMS менее 0,5 и довольно четкий спектр Полярной при экспозиции 1,5 мин, несмотря на присутствие легкой дымки во время съемки. По крайней мере, линии дублета натрия справа от изображения звезды проявились вполне отчетливо в обоих каналах спектроскопа (см.Приложение, в одном канале пятно звезды разлапистое из-за плохого качества зеркальца, но на качество спектра от дифрешетки оно не сказывается)
КОнечно, этот способ "заката солнца вручную" трудоемкий и не универсальный, для всеобщего применения рекомендовать не могу, но для моих целей пока устраивает (поделился опытом на случай если кого тоже "припечет").

meandr

Пока нет погоды, оформил теоретическое обоснование для тангенциального спектро-эффекта
doc. - https://drive.google.com/open?id=10bt1NNHOysFx_Jw-dENTXqHy5w46VMbi
pdf. - https://drive.google.com/open?id=1RJ2aZIpF5iL8S3iIVOqKpUuPxVRgepaM
В частности, получил вот такие подробности:
Цитировать

в конкретном случае для дублета натрия (длина волны 0.589 мкм) и дифрешетки 600 лин/мм (период 1.67мкм) получается Sin(φ)=0.35, Cos(φ)=0.936 и угол дифракции φ=20.65*, а для его половины Sin(φ/2)=0.18 и Cos(φ/2)=0.934. Поэтому величина эффекта, равная разности улов приращений, получается порядка 0.067v/c [радиан]. Для скорости порядка орбитальной скорости Земли 30 км/с величина расхождения направлений наблюдаемого участка спектра и отраженного зеркалом света звезды составляет 0.067 часть угла годичной аберрации, что дает 1.34” .

Для более густой решетки 1200 штрихов на мм (период 0,833 мкм) получается соответственно Sin(φ) = Cos(φ) =0.707 , угол дифракции φ=45*,а для его половины Sin(φ/2)=0.382, Cos(φ/2)=0.924, величина эффекта получается уже 0.42v/c [радиан], почти на порядок больше предыдущего случая. При тангенциальной скорости 30 км/с расчетный эффект 8”, чуть меньше половины угла аберрации, и может быть достоверно измерен. Но при таком периоде решетки спектр получается слишком растянутым, время экспозиции сильно увеличивается и ухудшается проницаемость прибора (величина наблюдаемых звезд).

Из этого следует, что эффект, который я сейчас наблюдаю на своей дифрешетке 600 лин/мм в первом порядке спектра (масштаб дисперсии 0.14 А/пиксель), величиной 3-6 пикселей (6-12") - есть либо какой-то приборный артефакт, либо тангенциальный эффект, но для очень большой скорости (порядка 300 км/с).

В связи с этим решил в одном канале перейти на второй порядок спектра (аналог дифрешетки 1200 штрихов на мм) , разместив там Ньютон 150х500 .
Даю для сравнения фото дублета натриевой лампы в обоих каналах.
В канале Ньютона 150х500 дублет (ширина 6А) занимает 80 пикселей (масштаб дисперсии 0,075 А/пикс).
В канале МТО 11 (100х750 без штатной ЛБ) дублет занимает 48 пикселей (0,125 А/пикс).
Жду погоду с Арктуром на востоке...

M_M

Цитувати

Пока нет погоды

Вас не затруднит переделать фото? Возможно, линза Вашего LG GS-205 требует чистки. Даже на 640*480 все выглядит мутным и расплывчатым.

meandr

Мой LG давно требует замены, но вместо новой мобилы купил еще один Кенон, на этот раз 400D, потому что один из двух 350D ну очень древний и очень задумчивый (после экспозиции 2 мин. "думает про себя" еще столько же - снимать им спектры очень утомительно).
Выставляю фото с него.
Была также надежда, что 400D нормально заработает напрямую с крякнутым Максимом 5.1, но этого к сожалению не случилось. Как и с 350D Максим выставляет ISO100 - и ничего больше. ПОдозреваю, что дело в крякнутости, но попытки скачать более совершенную версию закончились требованием лицензии и потерей Максима - пришлось откатить назад 5.1. Так что пока работаю через EOS Utility.

mpyat2

Цитата: meandr від 04 Грудня 2017, 21:09:56

(после экспозиции 2 мин. "думает про себя" еще столько же - снимать им спектры очень утомительно).

Может просто у кенона включен режим шумоподавления, когда он снимает свой темновой кадр? Вот и думает долго.

meandr

Таки да.
Спасибо.
Теперь бы с Максимом подружить...

meandr

С марта 2017 время от времени снимаю на своих спектрозаврах оранжевую часть спектра Арктура и получаю рядом с линиями дублета натрия 5890/96 А их менее яркое повторение, смещенное в красную сторону.
Это уже пытался обсуждать в теме об Арктуре
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42801.msg561838#msg561838
Сейчас приведу новые фото, полученные вчера (11 января 2018) на обновленном БАССКе.
Первое фото сделано в канале F=750 с первым порядком спектра, второе в канале F=500 со вторым порядком спектра (решетка 600 линий на мм).
Оба снимка уменьшены в 4 раза, получилось расстояние между линиями дублета (6 А) 12 и 20 пикселей соответственно (в оригинале 48 и 80 пикселей), а смещение дублета на 6 и 10 пикселей в красную сторону, то есть на 3 А, что формально соответствует Доплеровскому смещению при удалении со скоростью 150 км/с.

Спрошу еще раз: можно ли это считать спектральным проявлением двойственности Арктура, который до сих пор считается только визуально двойной звездой (по данным миссии Hipparcos) ?

meandr

ХР
Если бы проблема была в винде и драйверах, то не работал бы EOS Utility - а работает.
С другой стороны - тут есть кто-нибудь, кто снимает Кеноном 350 через кряМаксим 5.1 на ХР ?

M_M

IMHO так разглядывать удобнее.

Если двоение линий связано с движением двух компонент системы, то возникает вопрос, почему одни линии двоятся, другие - нет? И второй вопрос, в связи с одинаковостью амплитуд, означает ли это наличие двух одинаковых компонент?

meandr

Цитувати

В настройках камеры какой делаете выбор? Для 350D надо EOS 1.

350D считается уже EOS-II, но я пробовал и EOS 1.
Тогда выдержка устанавливается как надо, затвор тоже срабатывает, но не происходит считывание кадра и виснет Максим.
За Максимы спасибо, попробую.

meandr

Видимо, ММ не понял, что пара линий "одинаковой амплитуды" - это и есть ОДИН дублет натрия (с расстоянием между линиями 6 А), возле которого есть такая же пара послабее - одна линия при этом проходит как раз посередине между основной парой, поэтому и сдвиг я определил в 3 А.
Остальные линии "не двоятся" потому что они не дублеты и значительно слабее (не видно сдвинутых линий).
За обработку спасибо, хотя я предпочитаю натуральный вид.
Напомню вид калибровочного спектра от натриевого прожектора (вернее, их там два)

meandr

Замолкаю на два дня, потому что дома инета нет (МТС отрубили совсем).

M_M

Да, ММ не понял. На изображениях нет никаких обозначений, поэтому ему хотелось уточнить, что имеется в виду в сопровождающем тексте. А поскольку со зрением последнее время некоторые проблемы, растянул изображение так, чтобы можно было его рассмотреть без ухищрений, тем более что обычное представление спектра -
в растянутом по вертикали виде, возможно в связи с тем, что не только у ММ бывает плохое зрение. Если автор против такого представления возражает, ММ просто удалит соответствующий пост с форума, принеся подобающие извинения.

meandr

Цитувати

Спрошу еще раз: можно ли это считать спектральным проявлением двойственности Арктура, который до сих пор считается только визуально двойной звездой (по данным миссии Hipparcos) ?

Я понимаю двухдневное молчание так, что кроме разрешившихся недоразумений от ММ других противопоказаний к спектральной двойственности Арктура по моим фото не последовало.
Впрочем, для меня спектральная двойственность Арктура не главное - я искал подтверждения тангенциальному спектроэффекту.
И нахожу подтверждение тангенциальному спектроэффекту в том, что дублеты натрия сдвинуты от изображения Арктура дальше, чем соответствующие калибровочные дублеты от изображения калибровочной натриевой лампы.

Дублеты натрия в правой и левой ветвях спектра Арктура ("положительный" первый порядок и "отрицательный" второй порядок) сдвинуты не так как положено для эффекта Доплера НЕ симметрично (оба в красную или оба в синюю сторону), а так, как предполагается для тангенциального спектроэффекта - НЕ симметрично, в разные стороны по цвету:
"положительный" первый порядок сдвинут в зеленую сторону (фото 7129 в сравнении с 7125)
"отрицательный" второй порядок сдвинут в красную сторону (фото 6079 в сравнении с 6074).
Сдвиг большой, порядка 15 пикселей, но с учетом корректировки на общий сдвиг изображений в сравниваемых кадрах (нормировка специфической "спектральной дисторсии") получаю сдвиг нормированных спектров в обоих каналах 5-6 пикселей.
После других вычислений (система двух линейных уравнений, учитывающих нормированные смещения спектров, угловые и спектральные масштабы в каналах) получаю радиальную скорость порядка 20 км/с (отношу это к проявлению орбитальной скорости Земли при малой радиальной скорости Арктура -5 км/с) и тангенциальную скорость порядка 100 км/с (по собственному движению и расстоянию получается скорость порядка 120 км/с).

Исходные фото можно посмотреть на Google-disc,
https://drive.google.com/open?id=1tKln2bFEcvashfWh_sf8yDCk7frkk0l8
а здесь даю уменьшенные в 4 раза для канала с первым порядком спектра

ЗЫ
На astronomу.ru выяснилось, что слабые линии - это не дублет компаньона, сдвинутый относительно яркого дублета, а линии Ni и Ti из основного спектра.
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,142998.msg4274819.html#msg4274819
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,142998.msg4275444.html#msg4275444
Но измерения расстояния от линий дублета до изображения звезды все равно дают сдвиг, соответствующий радиальной скорости 26 км/с (сближение) и тангенциальной 114 км/с.

meandr

И уменьшенные в 4 раза фото из канала со вторым порядком спектра
оригиналы на Google-disc
https://drive.google.com/open?id=1tKln2bFEcvashfWh_sf8yDCk7frkk0l8
Дата сьемки 2018-01-11, 2 часа ночи по Донецку (полночь по UT), Арктур на востоке

mnn72

Цитата: meandr від 15 Січня 2018, 10:33:00

...
Дата сьемки 2018-01-11, 2 часа ночи по Донецку...

Ух ты ж епрст... А по Киеву это сколько ?

Новини:

Автор Тема: Бесщелевой апертурный спектроскопический комплекс - БАССК (Прочитано 6784 раз)