Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Hallo liebe Spektroskopierer,

ich bin seit dem letzten SpektroKurs 2015 auch am berechnen eines Spaltspektrographen.
Dazu nutzte ich die Version 2.2 aus dem Kurs und bin später hier im Forum über die englische Version 4.0 gestolpter.
Erstaunlicher Weise sind die Ergbnisse bei gleichen Ausgangsparametern unterschiedlich. Was mache ich falsch?

Gerechnet für einen SC 150 f/10, Gitter 1200l/mm

Version 2.2
R=9104
delta lambda = 0,66A
Dispersion = 0,25A/pixel

Version 4.0
R=6010
delta lambda = 1,0A
Dispersion = 0,5A/pixel


Danke Gruß
Ingo

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo Ingo, da es eigentlich keine vernünftige Dokumentation zu dem Sheet gibt, muss man in die Gleichungen im Excel-Sheet reinschauen und versuchen, alles nachzuvollziehen. Du kannst jedoch auch einige Werte direkt per Hand nachrechnen. Die entsprechenden Gleichungen liegen ja vor. Oder Du must Christian Buil direkt fragen, was er genau gemacht hat. Es gibt mittlerweile mehrere Versionen und ich verlasse mich nur noch auf die Version 2.2, die Du unter http://www.stsci.de/simspec_slit.xls findest. Deine Version 2.2 sieht aber anders aus, also solltest Du die beiden mal gegeneinander prüfen. Zumindest diese Version hatte für unseren Spektrografen MESSY vernünftige Werte ausgespuckt, die wir dann auch gemessen haben. Allerdings stimmt das berechnete S/N nicht. Wir vermuten einen Fehler in der Planck-Berechnung, haben das aber nie wirklich herausgefunden. Die Effizienz ist aber auch weniger wichtig als die spektralen Parameter.

Gruß, Thomas

Hallo Thomas,

danke Thomas für die schnelle Antwort. Mein Bauchgefühl sagte mir auch eher die Werte aus der 2.2 zu nehmen.
Ich habe die Datei nochmal geprüft, korrigiert und mittlerweile auch einen Spektrographen der evtl. sogar eine Brücke zwischen meinem 6" SC und meinen 10"Newton schlagen würde gerechnet.
(Letzterer nur mit 2xBarlow zu verwenden)
Die Optik für die Kamera und den Kollimator sollte recht klein sein. Den Spalt hätte ich auf 18mü geplant.
Für eine kurze Bewertung wäre ich sehr dankbar.
Das Siganl-Rauschverhältnis ist m.E. nach auch ok.

Gruß
Ingo

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo Ingo, sieht soweit ok aus. Über folgende Dinge bin ich gestolpert:

- Das Seeingscheibchen hat 35µm. Du willst einen Spalt von 18µm nutzen (im Selbstbau sehr schwer zu realisieren). Damit verlierst Du sehr viel Licht. Willst Du nur helle Sterne bei hohem Auflösungsvermögen messen?

- Kamerabrennweite mit Barlow 150mm. Ist diese Angabe mit oder ohne Barlow? Wie soll das realisiert werden? Wieso diese 150mm?

- Der Spalt wird über Kollimator und Kamera 14µm groß auf die CCD abgebildet. Angesichts der Pixelgröße von 6µm würde ich hier versuchen, die Abbildung 18µm groß zu machen. Das heißt, der Spalt sollte eher 24µm haben, was auch dem Seeingscheibchen entgegen käme.

- Der totale Winkel ist mit 38° relativ groß. Warum nicht kleiner? Was steckt dahinter? Die effektive Gitterlänge ist recht klein.

Ich würde mal prüfen, ob der Spalt und die Pixelgröße an das Seeingscheibchen angepasst werden können. Ich würde auch noch etwas mit den Brennweiten von Kollimator und Kamera spielen. Wie gesagt, an das S/N glaube ich nicht.
Gruß, Thomas

>>> ja vorerst möchte ich nur die helleren Sterne messen, somal ich erstmal nur eine DMK 31AU03.AS besitze mit der ich keine allzu langen Belichtungen fahren kann.
Habe dennoch Deine Empfehlung beherzigt und den Spalt mal auf 24µm gesetzt.
Zu der ersten Frage...nein es kommt nur ein Objektiv mit genannter Brennweite vor die Kamera.
An dieser Stelle noch eine Frage zur Barlow. Diese (Baader Barlow Hyperion Serie 2,25x) hatte ich am Newton noch vor dem Spektrograph geplant um aus den 1200mm * 2,25 2700mm zu machen. Ist das so empfehlenswert?
>>> Achja genau das hatten wir ja im Kurs erwähnt, das hatte ich jetzt nicht bedacht. Danke.
>>>Ja ich weiß der Winkel sollte nicht zu groß sein. Aber wenn ich den Winkel kleiner wähle, sinkt auch mein R. Das wollte ich vermeiden.

In Summe möchte ich schon hochauflösend, vorerst an hellen Sternen, arbeiten. Daher hab ich nochmal an den Brennweiten de Koll./Kam. gedreht. Aber das Gewicht der Optiken springt bei den hohen Brennweiten in Bereiche, die technisch wenig Sinn machen. Evtl. gehe ich mit den Brennweiten wieder etwas runter, auch wenn damit R verloren geht.

Hier meine korrigierte Version.



Gruß
Ingo

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

nochmal eine Korrektur, hatte eben die Auflösung auf dem CCD übersehen.

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo Ingo! Jetzt verstehe ich! Daher die F-Zahl von 10.6. Das kannst Du durchaus so machen. Damit leuchtest Du den 300mm f/6-Kollimator natürlich nicht voll aus, was auch die minimale Gittergröße (Zelle B29) zeigt. Das ist kein Problem, man sollte es halt nur im Blick haben.
Vorsicht, Du hast nun zwei identische Optikbrennweiten. Damit wird die Spaltabbildung nicht mehr verkleinert! Also müsstest Du für ein gutes Sampling von 3 Pixeln nun wieder auf 18µm gehen. Damit verlierst Du noch mehr Licht am Seeingscheibchen. Damit wäre zu überlegen, ob Du wieder ohne Barlow planst, denn dann hat das 3"-Seeingscheibchen wieder knapp 18µm Durchmesser und R geht deutlich hoch. Frage zwischendurch: Ist der Spalt gekauft oder selbstgebaut?
Mit den zwei identischen Optikbrennweiten könnte man übrigens nun über einen Littrow nachdenken...
Das wirkt sich viel stärker auf die Baugröße aus als auf das Auflösungsvermögen.
Du siehst schon, wenn Du an einem Parameter drehst, hat das u.U. wichtige Konsequenzen für das Design. Einfach mal versuchen. Dafür ist das Sheet gut geeignet. Aber nur so lernt man das!
Gruß, Thomas

Hallo Thomas,

ich glaube ich befinde mich in einer grundsätzlichen Entscheidungsproblematik
Einerseits möchte ich schon R>5000 erreichen, andererseits aber auch den Spalt selbst bauen, wo mir vermutlich techn. Grenzen gesetzt sind und Spalte unter 20µm kaum oder nicht realisierbar sind.

Ich sehe für mich zwei Möglichkeiten einen Spaltspektrographen für meine vohandene Optik und Kamera zu bauen.

1.) Bei Verwendung des SC6" f/10
- R<5000, akzeptabel Baugröße/Gewicht mit Hinblick auf die Optiken, Spalt von 24µm ist bei gutem Seeing=3 schon fast überflüssig sonst sinnvoll, Auflösung am CCD passt!, allerdings nur kleine Ausleuchtung des Koll. und damit kleines Gitter
--> Lösung: Spalt deutlich <18µm kaufen. Damit hätte ich einen Spektrographen mit R>5000

2.) Bei Verwendung des Newton 10" f/4.7
- R<5000, schon beachtliche Baugröße/Gewicht mit Hinblick auf das Kameraobjektiv, Spalt von 24µm ist überflüssig, <20µm ist sinnvoll, Auflösung am CCD passt!, bessere Ausleuchtung des Koll.im Vergleich zu 1.)

3.) Verwendung den Newton 10" mit Barlow f/10 ähnelt dem SC6" Ergebnis

Damit stellen sich für folgende Fragen.

a.) Wo Laufen meine Kosten hin, wenn ich den Spalt kaufen würde? Oder gibt es da edle Spender oder großzüge "Handelsleute"? (Frage in die Runde!)
b.) Komme ich mit einem Spektrographen mit 2000<R>5000 auch an mein Ziel? Damit würden sich eigentlich alle Probleme lösen.

Die zwei Varianten nochmal gerechnet im Anhang.

Gruß
Ingo

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo Ingo,

ich mochte auf die Sache mit dem Spalt kurz eingehen.
Wenn da steht, (ein Beispiel) Seeingscheibchen = 30 µm und Du einen Spalt mit ebenso 30 µm Breite verwendest und unendlicher Laenge (1 mm), dann hast Du da eine Effizienz von ca, 70 %, verlierst also schon ueber 1/4 des Signals! Grund: Das Seeingscheibchen ist die FWHM des Selbigen.

SC6"/10 bei 3 arcsec Seeing und 18 µm Spalt ist die Effizienz bei ca. 58 %

Ausserdem ist ein Spalt nie ueberfluessig, da man ihn zum kalibrieren immer braucht

Guter Kompromiss ist allerdings wie im ersten Beispiel: Spaltbreite = FWHM Seeingscheibchen. Bei Verwendung von Faser (oder Pinhole): Faserdurchmesser = 2*FWHM Seeingscheibchen.

Zu 3.) Eine Barlow fuehrt doch zu einem aeusserst langen Hebel am OAZ des Newton. Da das beim Newton nie eine wirklich Stabile Stelle ist, wuerde ich das nicht machen (auch aus eigener Erfahrung/Tests). Da sind die SCs schon eine besser Wahl. Oder warum den Newton nicht mit den (wahrscheinlich) ca. f/4.7 verwenden? Bei 3 arcsec Seeing und einem 20 µm Spalt waere das eine Effizienz von 75 %, einwandfrei!

ciao,
Daniel

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Daniel P. Sablowski

https://www.kunstmann.de/buch/axel_hack ... 42000/t-2/
https://dpsablowski.wordpress.com
https://github.com/DPSablowski
https://www.aip.de/mitglieder/dsablowski/

Hallo Ingo, Du müsstest ein R > 10.000 erreichen können, musst aber eben alles gut (leider mit großen Brennweiten) anpassen. Die Betrachtungen von Daniel zum Spalt sind wichtig. Irgendwann möchtest Du vielleicht mal schwächere Sterne messen. Spalte sind nicht so teuer, es gibt Lieferanten. Die kennt Daniel aber besser, glaube ich. WR-Sterne fangen erst bei 8mag an. Die Barlow sehe ich ebenfalls skeptisch. Einen Spalt von 20µm selbst herzustellen ist schon eine Herausforderung, aber Du kannst es doch versuchen. Das bringt Würze ins Projekt.

Ich würde eher ein großes R anstreben. Pixel-Binning kann man immer noch anwenden.

Gruß, Thomas

Hallo Ingo,
wenn ich mich recht erinnere habe ich zu Hause noch zwei polierte Edelstahl-Spaltklingen, die ich von dem freundlichen Herrn bekommen habe, der diese Spaltbacken vor Jahren für die erste LhiresIII-Version aus privater (ehrenamtlicher) Initiative geschliffen hatte. Die könnte ich dir kostenlos überlassen.
Aber erst, wenn ich wieder in ca. einer Woche zu Hause bin.
Die Klingen haben die Maße wie sie in der Baubeschreibung zum LhiresIII angegeben sind.
http://www.astrosurf.com/thizy/lhires3/ ... uille1.jpg
Die könntest du analog zum Lhires-Aufbau als Spalt einbauen und auch zur Spaltbeobachtung verwenden, weil sie spiegelnd poliert sind.

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Hallo Lothar,

na das Angebot nehme ich dankend an. Momentan komme ich aus zeitlichen Gründen nicht zum Thema Spektroskopie, weswegen ich hier im Forum auch so wortkarg erscheine... und das ärgert mich auch sehr!
Sobald ich das Thema wieder aufgreife, den Spektrographen fertig gerechnet habe, komme ich nochmal auf Dich zu.
Bis dahin wünsche ich schonmal allen hier im Forum eine besinnliche Weihnacht.
Im Übrigen liegt als "Bettlektüre" der Kaler auf dem Nachttisch

Viele Grüße

Ingo

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo,

endlich habe ich wieder Zeit gefunden, mich dem Projekt zu widmen. Entschieden habe ich mich nun für die Verwendung meines SC6"f/10, wobei ich immer noch einen N8"f/4 im Blick habe, der allerdings erst angeschafft werden müsste. Da aber in dem Projekt noch viel Geld versinken wird bleibe ich vorwerst bei vorhandener Technik, schließlich ist es ein Einstieg.
Also habe ich den Spaltspektrografen für meinen SC6" nochmal durchdacht und meine nun auf sinnvolle Zahlen gekommen zu sein.

(==>) Daniel Sablowski: Das mit der Effizienz habe ich nur teilweise verinnerlicht. In dem jetzigen Beispiel müsste ich also eine Effizienz von ca. 70% haben. Das hat aber nichts mit der Gesamteffizienz die im Sheet angegeben wird zu tun, oder?

Ich könnte noch an der Kollimatorbrennweite etwas schrauben um das Gitter mehr auszuleuchten, aber das würde die Baugröße wieder negativ beienflussen.

Der Beugungswinkel beta mit 10,5° macht mir noch Gedanken. Sollte der nicht höher sein? Wenn ja würde das doch nur über gamma, den Kollimator-Gitter Winkel erreicht werden können. Hier unter 10° zu gehen würde eine vermutlich unmögliche Anordnung des Kollimators und Kameraobjektiv haben. (wäre dann wieder eher ein Littrow)

Den Wert hinter FWHMc finde ich grenzlastig, ich weiß Faustregel 3xpixelgröße. Aber ich bekomme das irgendiwe nicht anders hin.

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo Ingo,

mich würde mal interessieren was Du für ein Objektiv für die Kamera einsetzen willst ?

Grüße
Klaus

Hallo Klaus,
zielst Du auf den f/x Wert ab?
Ich habe erstmal die Werte ermittelt, die für den Spektrografen nötig sind. Jetzt muss ich sehen, wo ich die Teile her bekomme.
Anfangs kommt die DMK31 zum Einsatz. Später wird vermutlich eine Moravian 8300M angeschafft.
Die haben ja alle standartisierte Anschlüsse, wo man ein 135mm Festbrennweitenobjektiv adaptieren kann.

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Ja, Simspec sagt Du brauchst für Deinen Entwurf mindestens f/3,46 für das Objektiv. Aber ich habe gerade mal bei ebay geschaut, da bekommt man je nach Hersteller 135mm f/2.8 Objektive mit M42 Anschluss ab 20 Euro aufwärts. Ich würde wegen der Vignettierung aus Sicherheitsgründen f/2.8 auswählen, denn ich glaube Du kommst mit den angesetzten 30mm für den Abstand Gitter-"Kamera" nicht aus. Mit "Kamera" ist das Objektiv gemeint und ein Foto-Objektiv hat seine Apertur ja nicht am Linseneingang sondern z.B bei einem symmetrischen Gauss-Typ die Blende irgendwo in der Nähe der Mitte, d.h., etwa die halbe Baulänge des Objektives kommt bei dem in Simspec anzugebenden Abstand dazu. Und bei beispielsweise insgesamt 100mm Abstand bist Du schon bei f/2.78 !

Für den Kollimator reicht bei f/10 ein einfacher Achromat, aber der kann bei einem guten Hersteller schnell teuerer als ein gebrauchtes 135er Objektiv werden. Jedenfalls wird Dein Spektrograph mit einem 300er Kollimator im Vergleich zu Deinem Teleskop ein ganz schöner Trümmer !

Vielleicht noch ein Hinweis: Ich glaube nicht so recht an das beugungsbegrenzte Objektiv mit 5,1 Mikrometer Auflösung im Fokus (FWHMo). ich denke da können in Realität auch leicht 15 Mikrometer stehen. Damit wird Deine Auflösung auch etwas schlechter.

Gruss
Klaus

Hallo Klaus,
ok den Abstand Gitter-"Kamera" hatte ich im Blick und mir schon gedacht, dass der sich u.U. nochmal ändert. Bei den Objektiven hätte ich eh die Besseren genommen.
Aber Danke, dass Du da nochmal darauf hingewiesen hast. Was mir nicht ganz klar war, ist dass was Du erklärt hast --> "Kamera" /Blende. Danke!

Nun wäre noch eine kleine Bestätigung der anderen Werte, vorallem des oben erwähnten Winkels (Beugungswinkel beta), von Nöten. Hier muss ich mich noch etwas einarbeiten ...
Aber wie gesagt, der Kaler liegt neben meinem Bett

Danke erstmal in die Runde. Ich weiß die schnellen und vor allem kompetenten Antworten sehr zu schätzen und hoffe irgendwann auch mal hier im Forum für andere gewinnbringende Antworten einstellen zu können.

Je mehr Probleme und Neuerkenntnisse auftreten um so interessanter wird so ein Spektrograph!

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Ich glaube ich habe noch nicht verstanden was Du mit dem Beugungswinkel für ein Problem hast. Der totale Winkel von 22Grad in Deiner Konfiguration sollte doch ausreichen, um das Objektiv ohne Abschattung unterzubringen, oder ?

Ja das ist richtig, ich hatte mir Gedanken um den Winkel gemacht, in dem das Licht auf das Gitter fällt und war der Meinung der ist zu steil.
Habe das eben nochmal skizziert und habe nun meinen gedanklichen Fehler von gestern erkannt.

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Ingo Küttner
- Astronomie erleben -

Hallo,

biete meine Sigma 1603 mit KAF 1603 zum Verkauf an. Diese wurde mir vor ein paar Jahren von Tobias Feger verkauft und ist nur sehr selten im Einsatz gewesen, weil auf meinem Echellespektrographen eine Nova3200 ihren Dienst tut und ich inzwischen sonst keinen Spektrographen mehr habe, wo ich die Kamera einsetzen könnte. Überleg Dir das mal.

hG
Berthold