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Spektroskopische Beobachtung – Mit selbst entwickelter Software

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Optik, Technik trifft Neugier

Für meine ersten spektroskopischen Beobachtungen kam also eine eigens entwickelte Kamera.- und auch eine eigene Auswertsoftware zum Einsatz. Die Videosoftware erfasst das Sternspektrum live und stellt es wahlweise als Video oder als sofort aktualisierte Grafik dar.

Ich bitte hier zu beachten, es geht bei dieser Abfolge nur um eine beispielhafte Darstellungsfolge zu meiner ersten  spektroskopischen Erfassung, Erprobung und Ablichtung.  Ein besondere Genauigkeit bzw. absolute " Richtigkeit " war dabei nicht mein Ziel.

Man könnte also sagen Versuch macht ... " Kluch " ! 🙂



Einzelne Videoframes und Grafiken lassen sich abspeichern, ebenso können die erfassten Spektraldaten als CSV-Datei exportiert und anschließend weiterverarbeitet werden. Auf dieser Basis entstehen detaillierte Auswertungen und Diagramme.

Diagramme der Liveview Videoerfassung

Sowohl die Liveansicht des Spektrums ( Pixelposition und Intensität ) als auch eine direkte grafische Darstellung sind in Echtzeit möglich.  Die kalibrierte Darstellung, wie nachfolgend zu sehen, erfolgt später aus den abgespeicherten CSV Daten in meinem Auswerteprogramm.



Je nach verwendetem Ab.-Ausschnitt der *.CSV Daten sind dann ganz unterschiedliche Darstellungen ausarbeitbar. Die kalibrierte Darstellung zeigt dann mehr oder weniger Infos.



Spektroskopische Amateurbeobachtung

Im Rahmen meiner ersten spektroskopischen Beobachtung wurde ein Gitterspektrum des hellen Sterns Sirius mit der nun bechriebenen, kompakten Amateur-Ausrüstung aufgenommen und ausgewertet.

Das Herzstück der Lichterfassung

Kernstück der Spektralerfassung ist ein Star Analyser 100 – ein Blazegitter, das das Sternlicht in seine spektralen Bestandteile zerlegt. Dadurch wird sichtbar, was dem bloßen Auge verborgen bleibt: die „chemische Signatur“ des Sterns.

Beobachtet wurde von meinem „Stadtlichtbalkon“ aus – ein bewusst gewählter Standort, der zeigt, dass selbst unter städtischen Bedingungen anspruchsvolle spektroskopische Arbeiten möglich sind.

Eingesetzte Ausrüstung

Stabiles Tischstativ

Manfrotto Getriebeneiger

SVBony Achromat 50/190 mm

Omegon 1200Pro Mono Kamera

Baader Polaris I Fadenkreuzokular

Baader Amici Prisma

SVBony 40/160 Guidingoptik

Alternativ erfolgt die nachgeführte Aufnahme auch auf einer Skywatcher Star Adventurer Montierung – ebenfalls auf einem Tischstativ.

Konfiguration des Star Analyser 100

Gitterabstand zum Sensor: 45 mm

Kamera-Pixelgröße: 3,8 µm

Sensorbreite: 1280 Pixel

Teleskopbrennweite: 190 mm

Sternabbildungsgröße: 0,7 Pixel FWHM

Dispersion: 8,3 Ångström/Pixel

Spektrale Abdeckung: ca. 10.667 Ångström

Diese Konfiguration ermöglicht eine breitbandige spektrale Erfassung bei gleichzeitig hoher Empfindlichkeit – ideal für helle Sterne.

Erste Beobachtung

Der Stern Sirius

Als erstes – noch bewusst „unvollkommenes“ – Beobachtungsbeispiel diente Sirius, mit der Bayer-Bezeichnung α Canis Majoris (α CMa).

Sirius ist der hellste Fixstern am Nachthimmel und befindet sich im Sternbild Großer Hund in einer Entfernung von etwa 8,6 Lichtjahren. Seine scheinbare Helligkeit beträgt beeindruckende −1,46 mag.

Spektral gehört er der Klasse A1 Vm an – ein heißer, weiß leuchtender Stern mit deutlich ausgeprägten Wasserstoff-Absorptionslinien im Spektrum.

Tatsächlich handelt es sich um ein Doppelsternsystem.

Sirius A – der dominante Hauptstern

Sirius B – ein Weißer Zwerg mit einer Helligkeit von etwa 8,5 mag

Während Sirius A den Winter- und Frühlingshimmel strahlend dominiert, bleibt sein lichtschwacher Begleiter visuell verborgen – spektroskopisch jedoch erzählt auch er seine eigene Geschichte, welche jedoch mit meiner Ausrüstung weiter " verborgen " bleiben wird. Hierzu ist sie nicht vorgesehen.

Diese erste Aufnahmen stellen den Beginn einer geplanten, fortlaufenden Reihe spektroskopischer Untersuchungen dar. Ziel ist es, mit eigener Software, kompakter Ausrüstung und städtischem Beobachtungsstandort die physikalischen Eigenschaften heller Sterne sichtbar und nachvollziehbar zu machen.



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Verwendete Ausrüstung

• Teleskop: 50 / 190 mm (f/3.8)

• Montierung: Skywatcher Star Adventurer

• Seeing: ca. 3″

• Beugungsgitter: Star Analyser 100

• Gitterabstand zum Sensor: 45 mm

• Kamera: Omegon 1200Pro Mono

• Pixelgröße: 3,8 µm

• Sensorbreite: 1280 Pixel

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Aufnahmeparameter

• Belichtungszeit: 2 Sekunden

• Gain: 300

• Spektrum: 2. Ordnung

• Erreichte Dispersion bei 45 mm Abstand: 8,3 Ångström pro Pixel

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Kalibrierung und Messergebnisse

Zur Wellenlängenkalibrierung wurden bekannte Wasserstofflinien ( Balmer-Serie ) herangezogen und mit den gemessenen Positionen verglichen:

Die Übereinstimmung zwischen Soll- und Messwerten zeigt eine gute Kalibrierungsgenauigkeit der Aufnahme. Insbesondere H-β und H-α stimmen nahezu exakt mit den Literaturwerten überein. Die geringe Abweichung bei H-γ liegt im Rahmen der erwartbaren Messunsicherheit bei dieser Dispersion.

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Zusammenfassung

Mit einer vergleichsweise kompakten und transportablen Ausrüstung lässt sich bereits eine erstaunlich präzise spektrale Analyse durchführen. Die erzielte Dispersion von 8,3 Å/pixel erlaubt eine saubere Identifikation markanter Spektrallinien und demonstriert eindrucksvoll, welches Potenzial in der Amateur­spektroskopie steckt

Nachfolgenden Graphiken sollen Ihnen zunächst meine Auswertung verdeutlichen.  Details zur Software werde ich alsbald nachreichen.

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Diagramm Original Gesamtpixel ( Intensität - Position )

Diagramm Detailausschnitt ( Spektrum Sirius )

Diagramm mit geglätteter Darstellung ( Pixel )

Diagramm - Kalibrierung ohne Auswertung ( Nanometer )