Ich möchte hier zunächst einmal über meine praktischen Erfahrungen mit der Spektroskopie berichten. Den theoretischen Teil, sprich die Physik, wollen wir erst einmal großzügig ignorieren.
Wenn man die in vielen Farben leuchtenden Sterne auf den ersten Farb-CCD-Aufnahmen sieht, wächst in einem bald der Gedanke, etwas mehr über die Farben der Sterne und der anderen Objekte am Himmel zu erfahren. Da ich vor langer Zeit einmal Chemie studiert habe und dabei natürlich auch mit der Spektroskopie konfrontiert wurde, wollte ich die Spektren nicht nur mit einer Zylinderlinse direkt durch das Teleskop betrachten, sondern quantitativ als Spektrogramm erfassen. Dies ist mit einer CCD-Kamera und einem Gitter oder einem Prisma möglich. Ich habe mich für ein sog. Blaze-Gitter von der Firma Baader entschieden, da ich mit einem 8"- oder einem 11"-Celestron arbeite. Ein Prisma muss vor dem Objektiv des Teleskopes befestigt werden - und bei 11" ist das schon ein beachtliches Glasstück.
Ein Blaze-Gitter hat die Bauart eines normalen Filters (1 1/4" oder 2") und wird kurz vor dem Brennpunkt im Strahlengang des Teleskops positioniert. Das Gitter besteht aus vielen sehr feinen Linien und zerlegt das Licht ähnlich wie ein Prisma. Der Aufbau ist mit einem Gitter für die ersten Versuche sehr einfach. Wenn man der glückliche Besitzer eines Filterrades oder einer Filterschublade ist, kann man das Gitter dort einsetzen und direkt dahinter die CCD-Kamera positioneren (Bild 1).
Bild 1: Der komplette Aufbau
Nun muss man noch ein bisschen Scharfstellen, etwas Justieren und dann kann es losgehen.
Die Scharfstellung eines Bildes erfolgt zunächst einmal ganz normal, z.B. mit einer Scheinerblende. Die Scharfstellung ist mit einem Blaze-Gitter relativ einfach möglich, da ein großer Teil des Lichtes einfach gerade durch das Gitter hindurchgeht und die Abbildung des Sterns auf dem CCD-Chip erzeugt. Natürlich zerlegt das Gitter das Licht auch in seine Spektralfarben - und das gleich mehrfach. Das hellste Spektrum ist das Spektrum der 1. Ordnung. Es ist "irgendwo" in geringem Abstand zur Sternabbildung zu finden. In welcher Richtung man nach dem Spektrum Ausschau halten muss, hängt davon ab, wie die Linien des Gitters im Strahlengang stehen. Es ist also recht wichtig, dass man die Anordnung Teleskop - Gitter - CCD so justiert, dass eine Bildkante der CCD genau nach Norden zeigt und das Gitter dann so gedreht wird (durch Losschrauben in der Filterfassung und Fixieren mit einem kleinen Stück Tesa-Film), dass das Spektrum paralell zur langen Bildkante erscheint. Ich gebe zu, das ist ein bisschen Gefummel, aber es lohnt sich. Wichtig ist hierbei, die Oberfläche des Gitters NICHT zu berühren!
Für den ersten Versuch sollte man die Kamera möglichst dicht hinter dem Gitter anbringen, da sonst das Spektrum sehr weit von der Sternabbildung entfernt ist und nicht so einfach zu finden ist. Später kann der Abstand Gitter - Kamerachip so optimiert werden, dass man eine möglichst hohe Auflösung erzielt.
Idealerweise beginnt man bei der ersten Aufnahme eines Spektrums mit einem hellen Stern - bei mir drängte sich die Wega im Sternbild Lyra förmlich auf. Das erste Bild ist hier nun zu bewundern (Bild 2):
Bild 2: Erstes Spektrum von der Wega
Ganz rechts erkennt man das Spektrum der 0. Ordnung, erzeugt durch das Licht der Wega, das einfach gerade durch das Gitter wandert. Auf der linken Seite des Bildes ist das Spektrum selbst zu sehen. Man muss darauf achten, dass das Bild nicht "überbelichtet" wird, d.h. dass die maximal mögliche Intensität eines Pixels nicht erreicht wird. Sonst ist das Spektrum nicht mehr korrekt auszuwerten. Bei der Starlight MX 916 liegt der Maximalwert bei 65535, da es sich um eine 16-bit-Kamera handelt. Eine hohe Intensität ist bei einer Spektralaufnahme auch nicht so wichtig. Viel wichtiger dagegen ist die Auflösung des Spektrums, d.h. einfach ausgedrückt, die Länge des linken Balkens. Aber darauf gehe ich später noch etwas genauer ein.
Der nächste Schritt ist nun, das Spektrum irgendwie auszuwerten. Mein erster Versuch war die Umwandlung der Pixeldaten des relevanten Spektrumteils in eine Textdatei, welche Zeile für Zeile die Pixelintensitäten (durch Semikolon) getrennt enthält. Diese Prozedur kann ich mit meinem selbst programmierten Bildbearbeitungsprogramm durchführen. Nun kann ich diese Textdatei in das Tabellenkalkulationsprogramm Microsoft Excel einlesen und in Form einer Garfik ausgeben (Bild 3).
Bild 3: Das Spektrum der Wega
Hallo! Das sieht ja tatsächlich wie ein Spektrum aus! Auf der senkrechten Achse sind die Pixelintensitäten aufgetragen und auf der waagerechten Achse die Pixelposition von einem willkürlichen Startpunkt aus.
Jetzt haben wir aber (leider) noch ein paar kleine Probleme:
Aus diesen vielen Forderungen erkennt man ziemlich schnell, dass man eine Software benötigt, mit der man die aufgenommenen Spektren auswerten und bearbeiten kann. Zunächst wollen wir jedoch noch ein anderes Spektrum betrachten und zwar das von Arktur (Bild 4 und 5):
Bild 4: Das Spektrum von Arktur (CCD)
Bild 5: Das Spektrum von Arktur (Excel-Auswertung)
Wir erkennen, dass das Spektrum von Arktur deutlich anders aussieht, als das der Wega - also scheint unser "erster" Spektrograph garnicht sooooo schlecht zu sein.
Beide Spektren wurden mit dem Celestron C8 und der Starlight MX 916 (Low Res-Modus) aufgenommen. Die Belichtungszeiten für die CCD-Aufnahmen betrugen in beiden Fällen 0.2 sek.
So, damit ist die Einführung in die Spektroskopie zunächst einmal beendet, im zweiten Teil des Artikel geht es dann etwas mehr zur Sache....
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