Shelyak eShel III este un spectrograf Echelle performant de a treia generație, conceput special pentru programe exigente de observații astronomice. Acesta combină o rezoluție spectrală ridicată cu o gamă spectrală largă. Astfel, instrumentul este potrivit pentru astronomii amatori cu orientare științifică, universități, observatoare și grupuri de cercetare care doresc să evalueze cantitativ spectrele stelare și să studieze schimbările în timp ale obiectelor astrofizice.
Cu o rezoluție de R = 10.000 în domeniul spectral cuprins între aproximativ 370 și 910 nanometri, eShel III acoperă o mare parte din ultravioletul apropiat, întregul domeniu vizibil și o parte din infraroșul apropiat. Înregistrarea simultană a numeroase linii spectrale într-o singură înregistrare este deosebit de interesantă pentru analiza atmosferelor stelare, măsurarea vitezelor radiale, observatiile stelelor variabile, precum și studierea obiectelor cu linii de emisie.
Principiul Echelle: rezoluție ridicată pentru o gamă spectrală largă
Spectrografele cu rețea convenționale se confruntă adesea cu un conflict de obiective la nivel de proiectare: o rezoluție spectrală ridicată, la o dimensiune dată a senzorului, se realizează în detrimentul domeniului de lungimi de undă care poate fi captat simultan. eShel III rezolvă acest conflict de obiective prin metoda Echelle, în care o rețea de difracție funcționează la ordine de difracție ridicate.
Lumina obiectului de observatii este introdusă în spectrograf printr-o fibră optică și dirijată către rețeaua Echelle. Ordinele de difracție ridicate generează o dispersie spectrală fină. Deoarece ordinele individuale se suprapun în domeniile lor de lungimi de undă, un sistem de dispersie încrucișată separă suplimentar ordinele unele de altele în spațiu. În cazul eShel III, această sarcină este îndeplinită de o prismă.
Astfel, pe senzorul camerei nu se formează o singură bandă spectrală continuă, ci un spectru Echelle bidimensional format din numeroase ordine spectrale dispuse una lângă alta. Software-ul de analiză extrage fiecare ordine în parte, le calibrează și le combină într-un spectru utilizabil din punct de vedere științific.
eShel III utilizează în special ordinele spectrale de la 25 la 60. Astfel, se poate acoperi un interval de lungimi de undă de aproximativ 370 până la 910 nm.
Structură cu cuplare prin fibră optică pentru condiții stabile de măsurare
O caracteristică esențială a construcției eShel III este separarea dintre sistemul de cuplare a luminii, situat la telescop, și spectrograful propriu-zis. Lumina stelară este transmisă către spectrograf printr-o fibră optică cu un diametru al miezului de 50 µm.
Această configurație oferă mai multe avantaje:
- Stabilitate termică: spectrograful poate fi amplasat într-o încăpere cu temperatură controlată. Acest lucru reduce modificările geometriei optice cauzate de variațiile de temperatură și asigură măsurători reproductibile
- Condiții îmbunătățite de măsurare a vitezelor radiale: un mediu mai stabil pentru instrumente facilitează comparabilitatea precisă a spectrelor succesive în timp
- Instalare flexibilă: telescopul și spectrograful nu trebuie montate neapărat unul lângă celălalt
- Funcționare comodă: optica sensibilă de spectroscopie poate fi utilizată independent de condițiile mecanice și termice de la telescop.
Conceptul se bazează pe experiența producătorului cu spectrografe profesionale cu cuplare prin fibră optică, precum MUSICOS și Narval. Cu toate acestea, transmisia prin fibră optică nu garantează de una singură o anumită precizie a vitezei radiale: aceasta depinde, de asemenea, de calibrare, de stabilitatea scalei de lungimi de undă, de configurația instrumentului și de reducerea datelor.
Sistemul optic și detectorul
Modulul spectrografic al eShel III utilizează un sistem optic Petzval special dezvoltat, cu o distanță focală de 122 de milimetri și un raport de deschidere de f/2,2. Acest sistem optic al camerei reproduce spectrul bidimensional generat de sistemul Echelle pe senzorul camerei științifice. Construcția este concepută pentru o focalizare cât mai uniformă a ordinelor spectrale utilizate.
Pentru înregistrarea spectrală, Shelyak recomandă o cameră monocromă cu senzor Sony IMX571, de exemplu modelul ZWO ASI2600MM Pro. Camera nu este inclusă în pachetul spectrografului și trebuie achiziționată separat.
Combinația dintre optica Echelle și senzorul CMOS de suprafață mare permite înregistrarea simultană a numeroase ordine spectrale.
Două variante de focalizare
Pentru focalizarea imaginii spectrale, spectrograful este echipat cu un focalizator elicoidal manual. Este disponibilă însă și o variantă cu focalizator motorizat de la PrimaLuceLab, care permite focalizarea telecomandată.
Calibrare și alimentare cu lumină
Un spectru utilizabil din punct de vedere științific presupune o calibrare fiabilă a liniilor spectrale. De aceea, Shelyak oferă o unitate de calibrare cu o lampă cu catod gol de toriu-argon (ThAr). Aceasta poate fi achiziționată ca accesorii sau ca sistem complet, împreună cu spectrograful.
Numeroasele linii de emisie cunoscute ale acestei lanterne servesc drept referință pentru corelarea pozițiilor detectorilor cu lungimile de undă.
Sistemul de calibrare include, de asemenea, o lampă cu halogen, care poate fi utilizată pentru înregistrări de tip „Flatfield”. Astfel de înregistrări contribuie la corectarea distribuției sensibilității și a neomogenităților instrumentale.
Transmisia luminii se realizează prin două fibre optice, fiecare cu o lungime de 20 m:
- Fibră obiect cu diametrul miezului de 50 µm: transmite lumina stelară colectată de telescop către spectrograf.
- Fibră de calibrare cu diametrul miezului de 200 µm: conduce lumina către unitatea de calibrare.
La telescop, fibra este conectată prin intermediul unității de injectare și ghidare a fibrei FIGU F/6. Această unitate asigură cuplarea precisă a obiectului țintă în fibra de obiect, cu o grosime de doar 50 µm, și permite urmărirea obiectului. Configurația completă a sistemului include, de asemenea, sursa de alimentare de înaltă tensiune corespunzătoare pentru lampa de calibrare, cablurile de conectare și adaptoarele.
Domenii de aplicare științifice
- Stelele de tip Be și alte obiecte cu linii de emisie Studiul liniilor de emisie, în special al seriei Balmer a hidrogenului, permite tragerea de concluzii cu privire la materia circumstelară, mișcările gazelor și schimbările din mediul înconjurător al stelelor. eShel III este potrivit pentru observații repetate în timp ale stelelor de tip Be, precum și ale stelelor Wolf-Rayet, novelor și obiectelor stelare tinere.
- Stele variabile și spectroscopie cu rezoluție temporală: prin înregistrarea repetată a spectrelor calibrate se pot detecta modificările profilurilor și pozițiilor liniilor. De un interes deosebit sunt stelele pulsatorii, precum RR Lyrae, ale căror spectre furnizează informații despre mișcările atmosferice și faza de pulsație.
- Viteze radiale și cercetarea exoplanetelor: deplasările liniilor spectrale față de o referință pot fi utilizate pentru determinarea vitezei radiale a unei stele. Astfel, în condiții adecvate de măsurare, sunt posibile studii asupra stelelor duble spectroscopice și asupra unor programe selectate de măsurare a vitezei radiale. Precizia reală a măsurătorilor depinde în mare măsură de stabilitatea instrumentului, de calibrare, de raportul semnal-zgomot și de metoda de analiză.
- Spectrele solare și stelare: Numărul mare de ordine spectrale înregistrate simultan permite studierea numeroaselor linii de absorbție. Din acestea se pot obține, în condiții adecvate de analiză, informații despre temperatură, compoziția chimică și condițiile fizice din atmosferele stelare.
- Nebuloase planetare, asteroizi și corpuri planetare: În cazul nebuloaselor planetare, în prim-plan se află liniile de emisie și raporturile de intensitate ale acestora. Spectroscopia asteroizilor și a altor corpuri din sistemul solar poate, pe de altă parte, să ofere indicii privind proprietățile suprafeței, lumina solară reflectată și caracteristicile de clasificare spectrală.
Software și reducerea datelor științifice
Pentru funcționare și analiză, Shelyak pune la dispoziție software-ul Demetra într-o versiune adaptată pentru eShel. Acesta susține fluxul de lucru de la calibrare până la prelucrarea datelor spectrale.
În cazul spectrografelor Echelle, reducerea datelor reprezintă o parte esențială a procesului de măsurare: ordinele spectrale individuale trebuie identificate, extrase, calibrate în funcție de lungimea de undă și, dacă este cazul, corectate în ceea ce privește sensibilitatea instrumentală. Pentru analize ulterioare, spectrele obținute pot fi utilizate ulterior, de exemplu, pentru studierea profilurilor liniilor, a lățimilor echivalente și a deplasărilor Doppler.
Ca referință suplimentară, Shelyak menționează un tutorial de analiză pentru software-ul ISIS. Astfel, pe lângă software-ul propriu al producătorului, este disponibilă o altă abordare pentru prelucrarea spectrelor astronomice.
Shelyak eShel III este o soluție performantă pentru utilizatorii care doresc să depășească simpla clasificare spectrală și să înregistreze spectre reproductibile, care pot fi evaluate cantitativ. Combinația sa de tehnologie Echelle, domeniu larg de lungimi de undă, cablu de fibră optică și calibrare este potrivită în special pentru programe de observare exigente în astrofizica stelară.
Conținutul pachetului sistemului complet
- Spectrograf eShel-III cu optică Petzval de 122 mm și focalizator opțional manual sau motorizat
- Interfață pentru camera ZWO ASI2600MM Pro
- FIGU F/6 pentru injecția prin fibră și urmărire
- Fibră obiectiv cu diametrul miezului de 50 µm și lungime de 20 m
- Fibră de calibrare cu diametrul miezului de 200 µm și lungime de 20 m
- Modul de calibrare cu lampă de toriu-argon și lampă cu halogen
- Sursă de alimentare de înaltă tensiune și cabluri aferente
- Inel adaptor M42-T
- Unelte de reglare
- Documentație de instalare și utilizare.
Vă rugăm să rețineți: Camera nu este inclusă în pachetul de livrare.
