Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Dem Vorschlag von Thomas folgend stelle ich meine ursprüngliche Anfrage an die Mailingliste hier in das Forum.
simspec_slit_Zimmerwald.xls

Hallo Peter,

zunächst ein paar allgemeine Anmerkungen:

• Irgendwie sind bei Deinem Simspec_Slit aus allen µm-Angaben Millimeter geworden. Das ist offensichtlich nicht korrekt. Ich spreche ab jetzt also von µm.
• Dein Seeingscheibchen von 2“ ist sehr optimistisch. Das haben auch wir so angenommen, ist aber wahrscheinlich in unseren Breiten kaum erreichbar. Etwa 4“ sind realistisch.
• Daher kannst Du davon ausgehen, dass das Seeingscheibchen in der Größenordnung von 200 µm liegt.
• 4. Du hast einen 100 µm-Spalt angenommen. Das wäre dann zu klein.
• 5. Generell hat Lothar mit seiner Email an Dich natürlich recht. Den Spalt selbst herzustellen ist aufwändig aber möglich. Er sollte in der Tat hochreflektiv sein. Sonst kann man auf ihm nicht guiden. Wir machen das gerade mit unserem Zeiss-Spalt. Das ist sehr viel Arbeit und die Poliererei ist heikel.
• 6. Um die Kalibrationslampe kümmerst Du Dich erst am Schluss, das ist problemlos. Die kann man dann ins Teleskop halten.

Ihr habt ein fundamentales Problem. Das f/21 ist sehr groß und hat zur Folge, dass die anzupassenden Optiken im Spektrographen schwierig zu erhalten sind. Der Kollimator sollte ja ebenfalls mindestens f/21 haben (das steht ja auch links im Sheet). Wenn Du also von einem Objektiv mit etwa 50mm Durchmesser ausgehst, müsstet ihr eine Brennweite von rund 1000mm einbauen. Insofern ist Deine Wahl von 900mm also schon mal nicht schlecht.

Damit erreichst Du gemäß Simspec_Slit eine Auflösung von knapp 1 Angstrom. Das wird aber nicht in Deinem Sinne sein. Für Eure Wünsche soll das besser sein. Das kannst Du jedoch nur erreichen, indem die Kollimatorbrennweite größer wird. Damit handelst Du Dir dann jedoch auch einen größeren Mindestdurchmesser des Kollimators ein. Bei 2000mm Kollimatorbrennweite muss dessen Durchmesser und dann natürlich auch von Gitter und Kamera schon 95mm sein. Und wenn es dann noch besser sein soll (z.B. 4000mm Brennweite) muss die Optik schon knapp 200mm Durchmesser haben.

Du siehst, das f/D bleibt gleich und alles hängt von der Kollimatorbrennweite ab.

Allerdings ist bei solchen Verhältnissen die Kamerabrennweite nicht mehr vernachlässigbar. Du willst ja auf der CCD auch noch das Auflösungsvermögen vernünftig abdecken. Das sog. Nyquistkriterium besagt, dass dies am besten funktioniert, wenn dies durch zwei Pixel geschieht.

In der folgenden Gleichung ist f_Tel. * tan omega das Seeingscheibchen d_1 und Du siehst, dass die Abbildung d_2 auf dem Chip von dem Brennweitenverhältnis von Kamera zu Kollimator abhängt.






Du musst also aufpassen, dass die Abbildung des Seeingscheibchens (oder die Spaltweite) ungefähr von zwei Pixel abgedeckt wird.

Alternativ kann natürlich ein Gitter mit mehr Linien gewählt werden. Damit erhöht ihr die Auflösung, verliert jedoch Effizienz des Systems. Gitter mit vielen Linien haben eine geringere Effizienz und das S/N geht runter.

Ihr werdet also Probleme haben, so einen Littrow zu bauen. Wo wollt ihr die Linse für ein hohes Auflösungsvermögen hernehmen? Ich glaube, dass ihr in diesem Fall um Spiegeloptiken nicht herumkommt. Das wird dann allerdings wieder eine riesige Kiste von vielleicht 2m Länge. Kann das von dem Teleskop noch vernünftig getragen werden? Passt das in die Kuppel? Wie soll der Spalt in den Littrow eingebaut werden? Bei einem klassischen Design geht das einfacher.

Wir haben selbst einen schweren Jobin-Yvon Spektrographen im Keller mit sehr großen Brennweiten, den wir vielleicht mal für ein 60cm-Teleskop nutzen können. Den werden wir aber nur mit Fiberoptiken füttern können.

Gehen wir mal eine Alternative (von vielen) durch:

Seeing 4“, Spaltbreite 200µm, Gitter mit 3600 Linien/mm ergibt 0.23 Angstr. Auflösung mit S/N etwa 550 in 5 Minuten (2400 Linien/mm würde schon viel weniger ergeben). Probier mal alles aus. Und wenn Du auf hohe Auflösung verzichten kannst, explodiert Dein S/N. Ich wüsste schon, was ich damit machen würde (Bahnelemente interessieren mich nicht – ich gehe lieber auf WR-Sterne).

Wenn Du mit einem zweiten Teleskop nachführen möchtest, kann man den Spalt natürlich mit Rasierklinegn bauen. Wir führen wegen möglicher Durchbiegungseffekte nicht mit einem Refraktor nach, sondern direkt auf dem Spalt.



Dabei schauen wir uns die abgeschnittenen Sternflügel (in diesem Bild fehelen sie) mit einer CCD (und Mikroskop aus einem 50mm-Objektiv) an und führen darauf nach. Kaufen musst Du den Spalt nicht, eine Werkstatt kann Dir die Flügel fräsen. Sie müssen jedoch eine Messerschneide haben. Es gibt auch nichteinstellbare Spalte (bei Edmunds?). Der Spalt muss für die Nachführung aber hochreflektiv sein.

Übrigens... ich würde sehr wohl auf eine Institutsunterstützung drängen. Vielleicht auch "nur" in Form von Hilfe durch die Werkstätten...wer ist der Lehrstuhlinhaber? Ich würde den mal ansprechen.

Zusammenfassend rate ich, alle Faktoren noch mal in Ruhe zu diskutieren und abzuwägen. Ihr seid zu zweit, genau wie wir. Das ist ein Riesenglück! Ihr werdet viel weiterkommen als allein. Ich habe professionel auch schon ein paper veröffentlicht mit „nur“ 5 Angstrom Auflösung (ebenfalls ein 60cm aber in Chile). Vielleicht könnt ihr Kompromisse bei der Auflösung machen und seid über das enorme Signal-zu-Rausch Verhältnis glücklich.

Euer Projekt ist jedenfalls eine scharfe Sache!!!

So, falls ich keinen Stuss erzählt habe, kann sich vielleicht Klaus mit Ergänzungen einklinken.

Gruss, Thomas

Hallo Peter,

ich habe auch ein paar Anmerkungen zu dem geplanten Spektrometer.
(Ich hatte heute Mittag schon einen Text vorbereitet, den lasse ich jetzt so, auch wenn ich jetzt etwas wiederhole was Thomas inzwischen in seiner Antwort geschrieben hat !)

Zunächst zu dem Nachführproblem:
Ein Tracking des Sterns auf dem Spalt stellt natürlich höhere Anforderungen an den Spalt und das Spektrometer. Der Spalt muss eine genügende Reflektivität aufweisen und man muss zusätzlich eine Optik entwerfen und bauen, die den Stern auf die Tracking-Kamera abbildet.
Ausserdem müssen die Spaltbacken scharfkantig sein und keine Phasen an der Schneide aufweisen, da ansonsten das Licht in alle möglichen Richtungen reflektiert werden, nur nicht in die Richtung der Tracking-Kamera.
Da ich vermute, dass ein Teleskop dieser Grössenordnung einen steifen Tubus aufweist, würde ich erstmal einen Test mit den beiden Kameras machen. Eine am Leitrohr und die andere am Cassegrain. Mit der Leitrohrkamera würde ich einen Stern mal eine Stunde nachführen und mit der anderen Kamera Aufnahmen in regelmässigen Abständen machen und die Sternposition im Cassegrain überprüfen. Diese Messung würde ich in verschiedenen Lagen des Teleskopes durchführen um verschiedene Durchbiegungs- bzw. Gravitationsverhältnisse zu schaffen. Das Ganze sollte in einer klaren Nacht zu schaffen sein. Wenn die Abweichungen klein genug sind, wäre ein Tracking auf dem Spalt vielleicht gar nicht notwendig.

Nun zum ersten Entwurf des Spektrometers mit Simspec:
Ich würde den Spalt erstmal auf Null setzen um festzustellen was die Konfiguration unter bestimmten Bedingungen überhaupt leistet. Den Spalt (um konstante oder höhere Auflösung zu erzielen, natürlich bei gleichzeitigem Lichtverlust) kann man später betrachten.
Das Seeing ist auf 2" eingestellt und produziert ein Seeingscheibchen von 122mü. Es stellt sehr günstige Verhältnisse dar und man könnte damit eine maximale Auflösung von 1,1 Angström (R=4535 bei 5000 A) erreichen. Das typische Seeing liegt aber bei etwa 4" (Info von Norbert Reinecke) und das führt dann zu dem eher realistischerem Auflösungsvermögen von 2,1 A (R=2347). Wohlgemerkt alles ohne Spalt, also bei maximalem Licht. Mit einem Teleskop von 60cm hat man jedoch die Möglickeit auch schwächere Sterne zu spektroskopieren, daher erstmal die Betrachtung bei vollem Lichtdurchsatz.

Der Kollimator hat wegen der grossen F-Zahl (=21) des Cassegrains schon die beachtliche Brennweite von etwa 900mm und da es ein Littrow werden soll muss man eine Linse nehmen. Ohne Umlenkspiegel weist der Littrow dann schon eine Länge von etwa 1m auf und er muss wahrscheinlich quer hinter dem Hauptspiegel montiert werden (oder ist es ein Nasmyth ?)
Das könnte etwas unhandlich werden und je nachdem wie gross der Backfocus des Cassegrains ist, auch gar nicht so einfach zu montieren. Aber ein 60cm-Teleskop hat einen Durchmesser von schätzungsweise 80cm und somit eine recht grosse "Montagefläche". Jedenfalls müsst Ihr Euch das genau überlegen, am besten erstmal maßstabsgerecht zeichnen. Wir mussten uns damals gegen den Littrow entscheiden, weil im Strahlengang einfach der Platz fehlte. Frage zur Fokussierung: Wie bringt Ihr denn eigentlich den Spektrographen in den Fokus ? In diesem Fall wäre natürlich eine Sekundärspiegelfokussierung ideal. Man könnte den Spektrographen fest montieren.


Das Problem mit der geringen Auflösung kann man nur auf zwei Weisen lösen:

1.) Grösseres Gitter und Kollimator mit grösserer Brennweite. Vielleicht existiert im Institut ja ein grösseres Gitter (z.B. 110 x 110 mit 1200L/mm ) was Du evtl. benutzen kannst. Aber nur wenn es kein holographisches Gitter ist und geblazed, denn sonst kannst Du auch

2.) ein 50 x 50er Gitter mit 1800 oder 2400 L/mm benutzen aber die sind meistens holographisch und haben weniger Efficiency. (Zur Erinnerung: Ich versuche immer den optimalsten Fall zu beschreiben. Wenn Dir 20 oder 30% Lichtverlust wegen geringerer Gitterefficiency egal sind, brauchst Du Dich darum nicht zu kümmern).
Ein 3600er Gitter würde ich auf keinen Fall nehmen, da Du damit nicht mehr ins Rote kommst (der Einfallswinkel zur Gitternormalen bei z.B. 5500 A beträgt bei diesem Gitter 87 Grad !). Außerdem ist die Efficiency bei solch' hochauflösenden Gittern bei H-alpha grottenschlecht. Sie sind eher für UV-Untersuchungen geeignet. Mit einem 1800er Gitter könnt Ihr mit dem 900 mm Kollimator auch eine Auflösung von etwa 0,5 A erreichen.

Noch eine Frage zur CCD: Ihr habt nach dem Sheet zu urteilen eine CCD-Kamera mit 7,8 mü und 3008 Pixeln. Was für eine Kamera ist das ? ???

Wie Thomas schon angedeutet hat interessieren wir uns auch langfristig für ein 60cm Teleskop. Daher finde ich Eure Problemstellung äußerst interessant.

Viele Grüsse

Klaus

Hallo Peter (ich bin so frei, Sie mit dem Vornamen anzureden),

bei 12 m Brennweite ist das abgebildete Sternscheibchen im Teleskopfokus bei
normalem seeing 120 bis 150 um groß, weshalb der Spalt relativ leicht
realisierbar ist, weil er ja in der gleichen Größenordnung liegen kann. Er
sollte schon verspiegelt oder poliert sein. Dann könnt ihr ein design wählen
ähnlich dem LHIRES III (den ihr bestimmt auf der Seite von Buil entdeckt
habt). Da habt ihr auch die Spaltbeobachtungsvorrichtung etc. Den polierten
Spalt könnt ihr wahrscheinlich selbst fertigen, in Analogie zum Spalt des
LHIRES (siehe dort).
Referenzspektren können durch diffuse Beleuchtung des Spalts mit einer
zuschaltbaren Neonlampe erhalten werden. Bei höherem Druck arbeitende
Na-Dampflampen oder Hg-Lampen sind nicht geeignet, weil sie breite Linien
erzeugen. Es gibt auch andere geeignete Referenzlampen (je nach gewünschtem
Wellenlängenbereich), die sind aber recht teuer. Weitere
Referenz-Absorptionslinien sind die terrestrischen Linien, wie H2O- und
O2-Linien der irdischen Atmosphäre.

Erste Erfahrungen mit einer automatisierten Nachführkontrolle durch direkte
Beobachtung des Spalts mit einer CCD (ST-4) und Verwertung des Signals zur
Montierungssteuerung mache ich gerade. Es scheint machbar zu sein (die
französische Gruppe um C. Buil wendet dies bereits mehrere Jahre an).

Falls ihr weitere Fragen habt, nur zu. Die Liste wir euch bestimmt mit Rat
unterstützen, für die Tat seid ihr zuständig.

Bessere Tips mit tiefem physikalischem Hintergrund können euch bestimmt die
Jungs vom STSCI geben (Klaus Vollmann und Thomas Eversberg,
http://www.stsci.de/) .

Liebe Grüsse
Lothar

_________________
Herzliche Grüße / best regards

Lothar

https://lotharschanne.wordpress.com/

Hallo Lothar, Thomas und Klaus

ich danke euch vielmals für die ausführlichen Antworten. Dies bringt uns doch schon ein gutes Stück weiter.

Wir befinden uns ja noch in der Phase der Grobplanung, deshalb sind wir auch noch sehr flexibel bzw. bereit, das bisherige Konzept über den Haufen zu werfen.
Einer der Astronomieprofessoren, der auch an der Uni Basel doziert, hat vor einiger Zeit einen Spektrographen für die Sternwarte der Uni Basel gebaut. Wenn ich richtig informiert bin, hängt dieses Instrument ebenfalls an einem 60cm-Teleskop. Wir werden dieses Instrument sicher besichtigen dürfen, das könnte uns auch noch helfen.

Ich möchte nun etwas detaillierter auf die von euch angesprochenen Punkte eingehen.

@Lothar:
- Ich habe die Spaltbetrachtungseinheit des LHIRES III nachgeschaut. So etwas sollte wohl realisierbar sein. Es gilt nun abzuklären, ob eine Nachführung über das Leitrohr genügen würde. Das Leitrohr ist im selben Tubus wie der Cassegrain, zusammen noch mit einer 40cm-Schmidtkamera. Das Leitrohr wurde früher zum Nachführen der Aufnahmen mit der Schmidtkamera verwendet. Dies waren aber sicher keine besonders langbrennweitigen Aufnahmen.
- Das mit der Na-Lampe hatte ich offenbar falsch im Kopf. Das Zuschalten einer Neonlampe (Glimmlampe?) sollte also kein grösseres Problem darstellen.

@Thomas:
- Das mit den mm/µm kann ich nicht nachvollziehen. Welche Angaben sind nicht korrekt?
- Ich kam auf das 2"-Seeingscheibchen, weil ich mit meinem 6Zoll-Newton visuell Epsilon Lyrae (2.4") noch eindeutig trennen kann. Aber offenbar darf ich dies nicht einfach so auf das Seeingscheibchen übertragen.
- Wie poliert ihr das Metall? Bisher habe ich nur Glas poliert (bzw. poliere... ).

Ich sehe, dass unsere bisherige Planung nicht gut überlegt war. Ich fand das Littrow-Design wegen seiner Einfachheit bestechend. Auf die Brennweite von ca. 1 Meter kamen wir aufgrund von Überlegungen zu den aus unserer Sicht noch einigermassen erträglichen Ausmassen des Spektrographen. Aber offenbar haben wir uns bezüglich der erforderlichen Auflösung geirrt. Sinnvoller wäre wohl eine Auflösung um ca. 0.2 Å, was vielleicht noch erreichbar wäre, aber zwei Nachteile hat: Das s/n-Verhältnis sinkt, was uns auf hellere Sterne einschränkt, und ausserdem wird der aufgenommene Spektralbereich beim Littrow-Design sehr klein (wenige nm). Dies will mir nicht so recht passen.

Wir müssen offenbar umdenken. Das ist aber nicht besonders tragisch. Wir dachten einfach, Radialgeschwindigkeitsmessungen wären eine spannende Sache, aber es gibt ja noch viele interessante Gebiete in der Spektroskopie. Wolf-Rayet-Sterne interessieren mich auch, ich habe bereits von ein paar der helleren mit einfachen Mitteln Spektren aufgenommen.
Ein Spektrograph mit etwas geringerer Auflösung, der aber auch die Untersuchung von schwächeren Sternen erlaubt, bietet sicherlich viele Möglichkeiten. Wenn wir uns dafür entscheiden, müssen wir uns wohl noch nicht gerade auf ein Gebiet festlegen.
Ich muss das noch mit meinem Studienkollegen besprechen, ich glaube aber nicht, dass er etwas einzuwenden hat.

Das mit der Institutsunterstützung ist so eine Sache. Insgeheim hoffen wir auf eine Unterstützung. Unsere Hoffnung wird dadurch genährt, dass unser sehr hilfsbereiter Astronomie-Dozent die Idee des Spektrographen durchaus positiv aufgenommen hat und sogar meinte, das könne vielleicht auch zu Ausbildungszwecken genutzt werden. Da wir aber bislang das Thema der Unterstützung nicht angeschnitten haben, müssen wir auch damit rechnen, auf uns gestellt zu sein.

@Klaus:
- Ich werde unseren Professor fragen, ob ich gelegentlich das Leitrohr testen kann. Dass die drei Instrumente in einem Tubus sind, spricht ja eigentlich für eine relativ verwindungssteife Verbindung. Ich muss das wirklich testen. Bisher habe ich das Instrument nur einmal gesehen, und dies bei Tage.
Eine automatische Nachführung wird kaum möglich sein, da es sich um ein etwas älteres Instrument handelt. Mir graust schon vor stundenlangem Nachführen... Aber das nehmen wir in Kauf.
- Da das Teleskop schon ein ziemlicher Brocken ist, dachten wir, dass ein 1 Meter grosser Spektrograph noch machbar sein sollte. Der Fokus kann etwa 10 bis 20 cm hinter die letzte mechanische Fläche des Teleskops gebracht werden. Es ist eine Sekundärspiegelfokussierung vorhanden, ich bin mir aber nicht sicher, ob diese nur zur Grobpositionierung des Fokus verwendet werden kann oder grundsätzlich zur Fokussierung genutzt wird.

Zur Fokussierung des Spektrographen habe ich noch eine Frage: Was muss eigentlich alles fokussiert werden? Zuerst muss sicher der Spalt in den Fokus des Teleskops gebracht werden. Dies sollte über die Teleskopfokussierung möglich sein. Dann muss der Spalt auch im Fokus des Kollimators stehen und schliesslich der Sensor im Kamerafokus. Wird ein Spektrograph üblicherweise so gebaut, dass der Spalt einmal zum Kollimator fokussiert wird, oder muss dies verstellbar eingeplant werden, so dass man vor jeder Aufnahme neu fokussiert? ???

- Zur Kamera: Ich habe in das Sheet die Daten meiner Nikon D70 eingetragen (DSLR). Die CCD-Kamera meines Kollegen ist irgend eine SBIG (leider eine Farb-CCD) mit ähnlich grossen Pixeln. Das Modell weiss ich nicht mehr.



Ich stelle mit simspec ein neues Konzept zusammen. Allerdings stosse ich auf ein Problem: Ich gehe jetzt mal vom klassischen Design aus. Das Seeing sei 4", damit das Seeingscheibchen im Teleskopfokus etwa 240 µm. Das Seeingscheibchen soll auf zwei Pixel abgebildet werden (also 2*7.8 µm = 15.6 µm), also müsste die Kamerabrennweite 240/15.6 = 15.4 mal kleiner als die Kollimatorbrennweite sein. Nun ergibt sich aber für die Kamera ein Öffnungsverhältnis von ca. 15.4/21 = f/1.36 . Dies scheint mir doch etwas gross. Fotoobjektive z.B. haben ja selten eine Blende von 1.36.
Sind die zwei Pixel des Nyquist-Kriteriums nicht ein Minimum? (So etwas habe ich noch im Kopf aus einer Informatikvorlesung.) Dies würde das Problem wieder lindern.


So, der Kopf beginnt mir langsam zu rauchen.
Ich danke euch herzlich für die freundliche Aufnahme und eure Hilfsbereitschaft.

Mit besten Grüssen

Peter Stoffer

PS: Für die schweizerischen Schreibkonventionen (Doppel-s, Dezimalpunkt usw.) bitte ich um Nachsicht - ebenso für Schreibfehler (es ist schon etwas spät). 

Da bin ich wieder!

Es ist ja eine sehr gute Idee schon in der frühen Planung gleich vernünftig einzusteigen und sich mit Infos einzudecken. Insofern ist Eure Herangehensweise sehr gut! Klaus und ich haben unseren Spektrographen auch lange durchdenken müssen, da es uns um maximale Effizienz ging...wir wollten ja mit den WR's im Schwan bis an unsere Leistungsgrenze gehen. Uns hat dann auch ein befreundeter Lehrer und Prof geholfen und eine Uniwerkstatt hat für uns gebaut. Ihr solltet Euch folgendes klarmachen:

1. Euer Engagement geht weit über das hinaus, was man normalerweise von Studenten im 2. Semester erwarten kann. Das solltet ihr bei aller notwendigen Bescheidenheit durchaus vertreten.

2. Wenn ihr als junge Studenten mit sowas in einem Institut aufkreuzt, werdet ihr zwangsläufig auf Skepsis stoßen (die Grundtugend des Physikers). Daher ist es gut, sich in aller Ruhe einen Plan und sich sachkundig zu machen. Mit dieser Vorleistung und dem obigen Punkt 1 könnt ihr dann ganz selbstbewusst im Institut um Unterstützung bitten.
Ja, das verstehe ich jetzt auch nicht. Habe Dein Simspec gerade geöffnet und alles ist wieder ok. Vergiss meine Anmerkung...weiss der Henker, was das wieder war.
Das mag schon sein. Ich kenne die Bedingungen bei Euch nicht, aber wie Klaus schon sagte, Norbert hat im Westerwald regelmässig 4" gemessen und es ist besser vom Worst Case auszugehen. Die Spaltweite bzw. das Seeingscheibchen definiert Dein Auflösungsvermögen. Ist das Seeing schlecht, machst Du den Spalt auf. Ist es gut, machst Du ihn eng. Es geht dabei darum, möglichst wenig Licht durch das Abschneiden des Sternrands zu verlieren und die Auflösung gemäß Nyquist-Kriterium an die Pixelgröße anzupassen (ja, es ist ein Minimum, Du kannst auch mit mehr als zwei Pixel abdecken, dann würdest Du lediglich Oversamplen).
Ja, das ist eine gute Frage. Wir sind da ja auch Laien. Zunachst habe ich die Spaltbacken zu diesem Betrieb hier gebracht: http://www.joke.de/
Die haben für umsonst die Oberfläche bis etwa 50% Reflektivität poliert. Danach hatten wir jedoch die von Klaus angesprochene Phase an den Messerschneiden
(siehe Bild unten).

Diese Phase reflektiert wer weiß wohin, aber sicher nicht in die Nachführung. Die mussste also auch weg. Letztes Wochenende haben wir dann auf einer Glasplatte mit Poliermittel (von 220er bis 750er Korn) stundenlang die Oberfläche geschliffen, bis die Phase weg war (die Reflektivität war dann natürlich auch weg ). Klaus ist gerade dabei, einen Polierbetrieb in Gummersbach anzusprechen, ob die das dann auf Spiegelniveau machen können. Die Firma Joke wollte für die gesamte Prozedur rund 250 € haben. Um keine Kissenform nach dem polieren zu haben, muss man die Spaltschneiden auf Stoß auf einen Träger befestigen.
Wie bitte? Ihr seid doch noch in der Planung. Ich finde, ihr macht das prima!
Ja, Du erfasst das Problem bzw. den grundlegenden Widerspruch von Auflösung und S/N. Das 60cm ist halt schon ein Trumm.
Das sind sie ja auch, nur ihr solltet folgendes bedenken (sofern ich da recht habe). Für genaue Messungen braucht ihr möglichst viele Linien um den Mittelwert zu bestimmen. Da ihr jedoch keinen Echelle-Spektrographen habt, ist euer spektrales Fenster bei hoher Auflösung zwangsläufig klein... Da werdet ihr mit den Profis nicht mithalten können. Das ist ganz anders, wenn ihr lange Kampagnen mittlerer oder niedriger Auflösung machen könntet. Nach Diskussion mit meinem Exbetreuer und Freund Tony Moffat kann man mit unter 1 A Auflösung schon gut Klumpen in WR's tracken, von Linienprofilanalyse anderer Sterne garnicht zu reden. (Boah, ich hack mir hier die Finger wund... )
Wie bitte, und die zeigst Du uns nicht...??? ??? ??? ??? ??? ???

Eine Anmerkung zu Deinen Antworten an Klaus:
Du kannst auch mit einem Asbach-Instrument nachführen. Unser Butenschön ist rund 45 Jahre alt...das geht bei uns auch. Aber auf dem Spalt nachführen wäre natürlich optimal.

Die Fokussierung des Spektrographen kann Klaus besser erklären als ich. Er hatte das damals gemacht.

So, das für's erste. Deine Schreibkonventionen sind ok. Wenn ich erstmal wie die Ruhpottler rede, bleibt kein Auge trocken.

Gruss, Thomas

PS: Hast Du was dagegen, wenn ich Dich und Deine Webseite in die links auf der Fachgruppenseite spektroskopie.fg-vds.de einstelle?

Hallo Peter,

speziell zur Fokussierung kann ich Dir unsere Prozedur beschreiben:

Bei unserem Spektrographen handelt es sich um ein klassisches Design,
d.h., Kollimator und Kamera sind separate Objektive. Zwischen Kollimator und Kamera ist in unserem Spektrometer ein relativ grosser Abstand, sodass man mit einem kleinen Sucherfernrohr durch den Kollimator auf den Spalt bzw. in die Brennebene schauen kann.  Das Sucherfernrohr ist natürlich vorher an einem Stern auf unendlich fokussiert worden. Die erste Grobeinstellung habe ich einfach bei Tageslicht gemacht, weil man da einfach mehr sehen kann. Als Objekt diente einfach ein Baum oder Fenster der oder das sehr weit entfernt ist. Die Mindestentfernung kannst Du Dir mit 1/f=1/g+1/b überlegen. Im Sucherfernrohr muss nun Spalt und Objekt scharf erscheinen, da hinter dem Kollimator die Objekte scheinbar aus dem Unendlichen kommen. Die endgültige Fokussierung wurde natürlich am Stern durchgeführt. Als äußerst günstig erachte ich Eure Möglichlichkeit der Sekunärspiegelfokussierung. Ihr solltet auf jeden Fall herausfinden, ob auch eine Feineinstellung möglich ist. 
Also zunächst mal mit der Telekop-Fokussierung den Stern scharf stellen und danach den Spalt an eine Position bringen, wo die Spaltschneiden ebenfalls scharf erscheinen.
Beim Littrow ist die Situation natürlich etwas anders, da das Gitter normalerweise direkt hinter dem/der "KollimatorKamera" angebracht ist.
Also hier zunächst mal ohne Gitter arbeiten. Aber ich würde zusätzlich mal 
die Kollegen mit Littrows fragen wie sie es machen (z.B. Norbert Reinecke oder Bertold Stober). Vielleicht gib es ja beim Littrow einen besonderen Trick.
Wenn der Kollimator justiert ist kann man die Kamera auf ihre Unendlich- Position bringen, d.h., einfach das Spektrum scharfstellen.

Übrigens sehe ich den Littrow ebenfalls als eine geniale Erfindung an. Er hat nicht nur ein einziges Obkjektiv, sondern auch den Vorteil eines konstanten Anamorphose-Faktors (er ist nahe bei 1 wegen des geringen Winkels zwischen einfallendem und ausfallenden Strahl; Zelle B31 in Simspec). Damit handelt man sich keine Geometrieprobleme ein wenn das Gitter gedreht wird (ändere mal in Simspec die Wellenlände und Du wirst feststellen, das die "minimale Gittergrösse" nahezu konstant bleibt. Bei einer klassischen Konstruktion ist das nicht unbedingt der Fall, je nachdem wie gross der Winkel ist).     

Bzgl. des Nyquist-Theorems hast Du natürlich recht, es ist eine Mindestanforderung. Aber Du handelst Dir natürlich mit der Littrow-Anordnung einen Nachteil ein: Deine spektrale Bandbreite wird sehr gering.
Normalerweise sollte der "Abtastfaktor" (Zelle B41 in Simspec) 1 sein. Dann ist Nyquist genau erfüllt. Dies wäre bei Euch der Fall wenn man für den Kollimator 900mm Brennweite und für die Kamera 50mm Brennweite wählen würde. Der abgedeckte Spektralbereich wäre in diesem Fall sehr gross (Lambda max und min, Zellen B37 + 38).  Wenn Du aber einen Littrow bauen willst schrumpft Dir die spektrale Überdeckung zusammen.
Ändere mal die Kamerabrenwweite von 900 auf 50mm. Die Auflösung andert sich dabei nur relativ wenig. Im Littrow-Modus betreibst Du halt 15-faches Oversampling was nicht weiter schlimm ist, wenn Du auf die Bandbreite verzichten kannst. Aber eigentlich will man bei geringer Auflösung dann wenigstens maximale spektrale Überdeckung haben, um evtl. verschieden Linien in verschiedenen Spektralbereichen simultan zu untersuchen.  Eine "eierlegende Wollmilchsau" bekommt man hier nicht so einfach hin. Ihr solltet also vorher genau überlegen was Ihr messen wollt. Allerdings muss ich zugeben, dass ich immer versuche alle Eventualitäten zu berücksichtigen, um der Wollmilchsau etwas näher zu kommen. Dafür braucht man natürlich auch zusätzliche Entwicklungszeit.

Übrigens hört sich das mit Eurem sehr hilfsbereiten Professor doch gar nicht so schlecht an. Wenn Ihr erstmal ein ordentliches Konzept ausgearbeitet habt, wird er Euch bestimmt auch unterstützen (Werstatt, Material, Gitter, etc.). Jedenfalls würde ich Ihn irgendwann anbetteln, wenn die Zeit dafür gekommen ist. Schliesslich können dann später auch andere Studenten Ihre Praktika mit dem Spektrometer durchführen.

Viele Grüsse

Klaus
   

Hallo Thomas

Wir haben genau dies vor: Wir wollen zuerst ein einigermassen ausgereiftes Konzept erarbeiten und dies dann dem Professor vorlegen.
Ja, das leuchtet mir ein. Mit 4" sind wir jedenfalls auf der sicheren Seite.

Den Spalt sollte man wohl verstellbar konstruieren. Falls die Nachführung über das Leitrohr geschehen kann, wird die Konstruktion deutlich einfacher. Andernfalls müssen wir uns da noch etwas einfallen lassen.
Vielleicht wäre so ein Spalt auch aus Glas herstellbar. Die Planspiegel-Herstellung ist zwar relativ aufwändig und über das Ausschneiden bzw. die Herstellung einer geraden Kante wäre ich mir nicht im Klaren, aber die Oberflächengenauigkeit müsste wohl auch nicht so hoch sein. Vielleicht könnte man auch einen Zenitspiegel halbieren.   ::)
Ich probiere gerade, mit simspec eine möglichst hohe SNR zu erhalten. Dabei habe ich festgestellt, dass die BC eine hohe Auswirkung besitzt. Ist hier die bolometrische Korrektur als Korrektur zwischen visueller und photographischer Helligkeit zu verstehen? Die Kamera hat ja eine ähnliche Empfindlichkeit wie das Auge. Ich sehe da nicht ganz durch.
Ist "unter 1 Å Auflösung" als "schlechter als 1 Å" oder "besser als 1 Å" zu verstehen?
Nun ja, wie gesagt sind die Spektren mit einfachen Mitteln aufgenommen. Aber falls Interesse besteht: Auf meiner Homepage http://peter.stoffer.ch/Spektroskopie finden sich unter -> Untersuchte Objekte ->Wolf-Rayet-Sterne ein paar Aufnahmen.
Mit dem "alten Instrument" meinte ich vor allem die Montierung und Motorisierung, mit der sicher kein Autoguiding möglich ist. Aber das habe ich bei mir ja auch nicht.
Im Gegenteil, das ist eine grosse Ehre für mich. Zudem erhöht es den Druck, die schon lange geplante Überarbeitung der Seite in Angriff zu nehmen...  ;)


Hallo Klaus

danke für die Erläuterungen zur Fokussierung. Mir bleibt noch eine Frage:
Kann man den Spektrographen so konstruieren, dass die Fokussierung des Kollimators konstant bleibt, oder muss man diese üblicherweise vor jeder Beobachtung wieder neu vornehmen?

Ich betrachte jetzt die Möglichkeiten, die sich im klassischen Design ergeben. Ich habe das Gefühl, dass bei uns beim Littrow-Design zu viele Kompromisse eingegangen werden müssten.
Wenn ich eine Konfiguration gefunden habe, die mir passt, stelle ich sie mal online.
Dies sind genau unsere Überlegungen. Wir werden sehen.

Mit freundlichen Grüssen und bestem Dank

Peter

Hi Peter!
Klar, wenn man im Leitrohr nachführt hast man weiniger Probleme. Spalt aus Glas? Das ist denkbar. Metall ist jedoch leichter zu bearbeiten und Spaltbacken mit gerader Kante sind eigentlich in jeder Werkstatt herzustellen. Für ein großes f/D ist das wohl nicht heikel aber bedenke, Du solltest (insbes. bei kleinem f/D) eine Messerschneide haben, sonnst könntest Du ohne Schneide vignettieren. Der Lichtstrahl ist ja divergent und ohne Schneide sind die Stoßflächen parallel.

Wenn auf dem Spalt nachgeführt wird, muss man eh Schneiden haben.
Nein, das ist keine Korrektur zwischen visueller und photographischer Helligkeit sondern zwischen visueller und der absoluten (über das gesamte Spektrum) Helligkeit. Bedenke, dass diese ganzen massiven Sterne hauptsächlich im UV strahlen. Das sind so richtige Bellos deren wirkliche Helligkeit für das Auge unsichtbar ist.

Zwei Beispiele:
Sonne: BC = 0.13, also kaum ein Unterschied. Aber jetzt

WN 5 Stern (im Cygnus ist einer): BC ~ 4!

Dieser Ballermann ist 4 Magnituden heller, als Du es siehst. Da fängst Du Dir den Sonnenbrand Deines Lebens ein...
Ich meinte besser als 1 Å.
Falls Interesse besteht? Hör mal, Du bist hier bei den spektroskopisch Wahnsinnigen... ! Klar haben wir Interesse!!!

Kennt Dein Prof. diese Arbeit? Die solltest Du in der Hand haben, wenn Du in anbettelst!

Hör mal, Peter, um Dich etwas einzunorden. In meinem alten Institut in Bochum wurde mal im Rahmen einer Diplomarbeit ein Spektrograph gebaut. Ihr wollt jetzt sowas im dritten Semester anfangen. Die Bewertung Eures Engagements überlasse ich jetzt Dir.
Jeder Prof. kann nur froh sein, wenn er Studenten hat, die mit Begeisterung ankommen und eigene Initiative zeigen. Ich habe von den Bochumern für unser Projekt einige Jahre vollen Support erhalten. Warum? Ich hatte mal unsere 70 kg - Selbstbaumontierung (findest Du auf der Webseite von Norbert http://www.astro-reinecke.org/ unter "Observatory) in meinem Büro aufgebaut und den 12.5 Zöller draufgesetzt. Die Kollegen waren ziemlich begeistert und schon war klar, Thomas baut keinen Quatsch.

Bleib bescheiden, aber zeig auch, was Du kannst.

OK, Deine Seite ist unter unseren links eingestellt.

Bis denn, Thomas

Hallo Peter,

ich würde mal über eine Shapley-Linse zur Reduktion der 12m Brennweite nachdenken.
Wenn Du es auf die Hälfte kürzt, hast Du 4 mal meht Licht, nur halb so große Sternscheibchen, weniger Probleme mit dem Seeing, dem Auffinden und dem Guiding.
Du wirst nämlich feststellen, dass es nicht so einfach ist, das Objekt Deiner Begierde auf den Spalt zu positionieren...

Für den Angang und bei dem Öffnungsverhältnis eignet sich da ein ganz gewöhnlicher Achromat (Feldstecherobjektiv ist gut). Es lassen sich sogar zwei hintereinanderschalten.
Viele Menschen zahlen viel Geld dafür. z.B. Lumicon-Giant-Easy-Guider, bekommen aber nicht mehr geliefert. Vielleicht habt ihr ja auch eine von Meade, Celestron, Baader ?

Viel Erfolg,
Udo

Hallo Udo!
Genau darüber habe ich gestern mit Klaus gesprochen. Das hilft allerdings nicht. Mit einer Shapley-Linse wird das Teleskop zwar schneller, aber Kollimator- und Gitterdurchmesser wachsen analog. Kann man in Simspec schön sehen. Wenn Peter das f/D halbiert, verdoppeln sich die notwendigen Aperturen im Spektrographen. f/D des Teleskops muss f/D des Kollimators sein. Bei gegebenem Teleskop und Spektrographenapertur und -brennweite ergeben sich Grenzwerte für die Auflösung R.

Wir haben eine Shapley aus unserm Lumicon-Giant-Easy-Guider geholt, können sie aber genau aus diesem Grund nicht für den Spektrographen nutzen.
Das kann ich nicht bestätigen. Wenn all diese Probleme bei großen Brennweiten nicht aufträten, würden wir sehr viel lieber mit unserem f/16 als mit f/4 arbeiten. Nach unserer Erfahrung ist es viel schwerer ein kleines f/4-Seeingscheibchen auf den Spalt zu bekommen als eines im f/16. Ausserdem kann man dann mit viel großeren Spaltöffnungen arbeiten, was die Sache erheblich erleichtert. Wir haben ein 2" Seeingscheibchen von 12 µm und der Spalt hat 10µm pro Teilstrich. Das ist sehr delikat!

Gruss, Thomas

Hallo Thomas
Ich meinte schon, dass auch der Glasspalt eine Messerschneide aufweist. Die Seite müsste einfach entsprechend abgeschrägt werden. Aber das ist wohl nicht so einfach.
Ja, als das kenne ich die BC eigentlich. Aber mir ist dann nicht klar, warum die BC einen so grossen Einfluss auf das SN-Verhältnis hat. Angenommen, die Kamera hat in etwa die gleiche spektrale Empfindlichkeit wie das Auge, dann sollte doch allein die visuelle Helligkeit ausschlaggebend sein. Das Sheet berechnet ja irgendwie eine Planck-Verteilung mit der Temperatur, dann ist natürlich die BC nötig. Aber die spektrale Empfindlichkeit der Kamera ist ja nicht bekannt. ???

Herzlichen Dank!



Nach langem Herumprobieren habe ich jetzt mal eine neue Konfiguration zusammengestellt. Das Excelblatt ist hier: Version 2
Ich gehe von einem klassischen Design aus. Das Seeing sei 4", Seeingscheibchen 244.3 µm. Ziel ist, auch schwächere Sterne mit vernünftiger SNR untersuchen zu können, Belichtungszeit vorerst bis 5 min.

Kollimator: Der Spektrograph soll nicht allzu gross werden (Grössenordnung 1 Meter). Gleichzeitig ist eine möglichst hohe Kollimatorbrennweite erwünscht, um doch eine annehmbare Auflösung zu erhalten. Also weiterhin: Kollimatorbrennweite=900 mm, minimaler Durchmesser 43 mm (f/21).
Schon taucht eine Frage auf:
Kann als Kollimator ein achromatisches Objektiv verwendet werden (Fraunhofer)? Oder hat der Farbfehler eine zu grosse Auswirkung? Immerhin ist das Öffnungsverhältnis sehr klein.

Kamera: Hier sind einige Probleme aufgetaucht. Um die SNR hoch zu bringen, brauche ich eine möglichst kleine Kamerabrennweite. Dies bringt auch den Vorteil, dass die spektrale Bandbreite grösser wird. Die minimale Kamerabrennweite ist nach Nyquist: 900 * 2*7.8/244.3 = 57 mm.
Allerdings wird dann das Öffnungsverhältnis der Kamera unerhört gross.
Ausserdem darf die Kamera nicht dem Kollimator in die Quere kommen: Der totale Winkel sollte möglichst klein bleiben, gleichzeitig der Abstand Gitter-Kamera nicht zu hoch sein. Die Kameraöffnung muss je nach Anordnung zwischen 50 und 70 mm betragen, ich ging von einem Aussendurchmesser der Kamera von 80 mm aus. Ich habe so einen Gitter-Kamera-Abstand von 150 mm und einen Winkel von 28° erhalten.
Je kleiner nun die Kamerabrennweite ist, desto lichtstärker muss die Kamera sein, desto teurer und schwieriger zu beschaffen ist ein entsprechendes Objektiv. Ein Kompromiss ist ein 300 mm - Objektiv: Die erforderliche Blende liegt bei 4.8, ein 300/4.5-Fotoobjektiv würde also passen.

Gitter: Um eine möglichst hohe Effizienz zu erhalten, habe ich eine Gitterkonstante von 1200 l/mm gewählt. Die Gittergrösse sollte 50.5 mm betragen, man könnte sich wohl mit einem 50 mm-Gitter abfinden. 

Diese Anordnung ergibt mit einem Oversampling von 4.5 eine Auflösung (spaltlos) von 1.95 Å, Bandbreite 650 Å, SNR ist für einen 8.23 mag - WR-Stern bei 5 min. Belichtungszeit ca. 130. Bei genügend hellen Sternen könnte die Auflösung noch mit einem 100µm-Spalt auf 0.86 Å erhöht werden.

Dies dünken mich gar nicht so schlechte Werte. Was meint ihr dazu?

Mit besten Grüssen

Peter

Hallo Udo

danke für die Anregung. Wie Thomas geschrieben hat, ergeben sich dann trotzdem wieder Probleme. Einen Vorteil sähe ich darin, dass man die Kollimatorbrennweite bei gleichem Durchmesser halbieren könnte. Dadurch würde der Spektrograph kompakter.

Gruss Peter

Hi Peter,

ich (Thomas) bin am STScI, also bei Klaus, und wir diskutieren hier schon ganz heiß Deine Überlegungen. Mein Eindruck, wir kommen den besten Parametern schon näher. Insbesondere Deiner Idee, doch in Richtung maximalem S/N zu gehen, stimmen wir zu.
Ja, das ist uns auch nicht so ganz klar. Unsere Vermutung. Die visuelle Magnitude bezieht sich auf das Auge. Für eine CCD ist diese Korrektur insofern wirksam, indem sie die beiden Strahlungsintegrale unter den beiden Empfindlichkeitskurven in Beziehung setzt. Aber wie gesagt, so ganz klar ist uns das in Bezug auf Simspec auch nicht... ???

Nun zu Deinem neuen Simspec:

Bei Deinen Parametern ist der minimaler Durchmesser des Kollimators ~43mm. Da hättest Du bei Standardobjektiven von 50mm noch etwas Luft. Wenn Du die Kollimatorbrennweite auf 1000mm erhöhen würdest, würde die Apertur auf ~48mm wachsen und das Auflösungsvermögen von 1.95 auf 1.76 A/mm steigen (bei 1100mm müsste die Kollimatorapertur schon ~52mm sein). Das ist in unseren Augen eigentlich schon das Maximum für das 1200er Gitter.
Du benutzt in Deiner Rechnung eine 300mm Kamera. Wenn Du stattdessen ein 135er Objektiv mit 1:1,8 benutzt (die bekommt man für wenig Geld bei Ebay) wurde sich Deine Spektrale Bandbreite mehr als verdoppeln (1450 A) ohne die Auflösung grossartig zu ändern. Bei einem 2400er Gitter hast Du immer noch über 300A Bandbreite (als Perspektive). 

Alles sähe natürlich anders aus, wenn der Prof die Spendierhosen anhätte und Euch 100mm-Aperturen/Gitter besorgen würde (muss man ihm ja nicht verheimlichen...).

Die einzige Möglichkeit, die dann noch bleibt, ist das Gitter:
1200 Linien/mm -> Auflösung = 1.76A
1800 Linien/mm -> Auflösung = 1.03A
2400 Linien/mm -> Auflösung = 0.64A

Das heißt, in diesem Fall müsstest Du ein verbessertes Auflösungsvermögen mit Effizienz (schau mal bei Edmunds oder Thorlabs die Efficiency-Kurven für verschiedene Gitter an) bezahlen, denn je mehr Linien desdo weniger kommt da durch. Das ist in unseren Augen aber eigentlich eine sehr gut durchdachter Kompromiss. Dann müsste eben etwas länger belichtet werden. Nach Simspec könnte man für den schwächsten WR im Schwan (8mag) bei 0.64 A Auflösung immer noch ein S/N ~ 150 in 15 Minuten erreichen (wir sind begeistert). Damit könntest Du noch Klumpen in WR-Winden tracken (das ist aber ein anders Thema). Mit diesen Kombinationen kann man Beobachtern verschiedene Alternativen für unterschiedliche Programme anbieten. Voraussetzung: Die Gitter stehen zur Verfügung.
Das wissen wir auch nicht so genau. Der Farbfehler wirkt sich auf den Fokus aus aber uns ist unbekannt, wie groß die Fokusunterschiede in verschiedenen Wellenlängen ist. Wir haben das auch nie angedacht. Objektive sind bei Ebay so billig, dass diese Überlegung unnötig war.

Zur Geometrie hat Klaus Dir ja schon geraten, alles 1:1 zu zeichnen. Da könnt ihr mit Radiergummi schön entwickeln.

Gruss, Thomas und Klaus

P.S. Mach' doch mal ein paar Fotos vom 60cm Cassegrain (insbesondere der Rückplatte) und vielleicht auch vom Observatorium, damit wir uns das besser vorstellen können.

Hallo Thomas und Klaus

herzlichen Dank für diese Einschätzungen.
Ich habe versucht, die von simspec verwendete Formel zu entschlüsseln, was mir aber nicht ganz gelungen ist. Auf jeden Fall wird noch das Planck'sche Strahlungsgesetzt verwendet. Ist aber ja nicht so wichtig, stimmen wird es schon.

Wenn ich die Kollimatorbrennweite auf 1000 mm und die Gitterkonstante auf 2400 l/mm ändere, dann taucht wieder ein Problem auf: Der minimale Kameradurchmesser steigt auf 82.6 mm an, die erforderliche Lichtstärke liegt bei f/3.63. Falls man noch H alpha beobachten möchte, steigt der Durchmesser auf 109.8 mm (f/2.73). Das gibt wieder ein geometrisches Problem. Sei d'2 der Kameradurchmesser, T der Abstand Kamera-Gitter, dann ist doch der minimale realisierbare totale Winkel atan( d'2 / T ) (oder asin( d1 / T ) ? ), sonst ragt die Kamera in den Strahlengang Kollimator-Gitter.
Auch müsste das Gitter bei 2400 l/mm deutlich grösser sein.

Was mir soeben aufgefallen ist: Darf der totale Winkel eigentlich auch negativ sein? Das ergäbe einen kleineren Gitter- und Kameradurchmesser, dafür wäre die Auflösung etwas schlechter.  ???

So, heute wird wohl nicht mehr viel herausschauen.

Mit besten Grüssen

Peter

PS: Ich werde mich nächstens mit unserem Professor in Verbindung setzen, dann frage ich, ob ich mal in die Sternwarte gehen darf. Ich sollte ja auch das Leitrohr testen.

Hallo Peter, Thomas schreibt, Klaus raucht der Kopf und auf dem Tisch stehen ein paar leere Pullen Bier...
Ja, wir verstehen das mittlerweile auch nicht so ganz, arbeiten aber daran. Gerade sagt Klaus: "Ich verstehe das auch nicht...noch nicht. 
Oh, oh, Peter...sowas wollen wir hier aber überhaupt nicht hören...
Der gute Physiker glaubt niemandem!  (wir haben aber die Formeln in Simspec alle kontolliert und nachgerechnet...sie stimmen.  )
Aber ein Rat unter Kollegen sei erlaubt: Glaube nie einer Black Box!
Oh, verdammt, das haben wir übersehen... na gut, also 300er f/4...Pentacon ...bitte schön: http://cgi.ebay.de/edles-Pentacon-4-300 ... dZViewItem
(das ist gemäß Beschreibung von Meyer in Görlitz...von denen ist auch unsere Kamera)
199 EURO!  (Je mehr Bier hier ist, desdo besser werden wir...)

Oder hier: http://cgi.ebay.de/Pentacon-4-300-M42_W ... dZViewItem
das gleiche für aktuell 49 Euro!!!. (das haben wi r nach dem Whisky gefunden)

und noch andere unter http://search.ebay.de/search/search.dll ... atref%3DC6.

Übrigens: Ein nackter Achromat bei Edmunds mit 75mm Durchmesser und 300mm Brennweite (L75-418) kostet 181,13 Euro + Mwst. !! Den Kollimator könntest Du bei Thorlabs (50,8mm mit 1000mm Brennweite) für 108,15Euro + Mwst erwerben.


Zur Geometrie musst Du wirklich mal malen.
Wenn das obige Pentacon möglich ist, würde sich diese Frage erledigen. Wir sind uns auch nicht sicher mit einem negativen totalen Winkel (und betrunken) . Was für einen Sinn würde das machen? Erklär das mal genauer.
Das würde ja bedeuten, dass Du z.B. in die -1te Ordnung gehst. Das Gitter ist aber für die +1te Ordnung geblazed, d.h., Du verlierst jede Menge Efficiency.
Willkommen bei den Nachteulen... Klaus hat gerade einen 10 Jahre alten Scotch aufgefahren...Thomas kackt jetzt ab...  


Thomas und Klaus

...es ist jetzt 2:17 und wir machen Feierabend...das war heute echt erfolgreich!

Hallo Thomas und Klaus

ihr seid einfach fantastisch!
Jaja, ihr habt Recht. Aber bei mir gibt es einfach eine Uhrzeit, ab der nichts Vernünftiges mehr rausschaut - im Gegensatz zu anderen. 

Ich habe jetzt nochmals etwas am simspec herumgeschraubt und eine Skizze (Papier und Bleistift ) angefertigt:
simspec Version 3

Skizze des Bereichs Kollimator-Gitter-Kamera:


Ich habe dabei versucht, die Auflösung noch zu verbessern, und gleichzeitig bei der Kamera nicht über f/4 zu gelangen. Das Ergebnis ist sicher ein Kompromiss. Ich bin gespannt, ob ihr es als gelungenen Kompromiss betrachten werdet.
Die Auflösung beträgt nun spaltlos 0.76 Å, die SNR bei 5 min. Belichtungszeit 80.9 (ca. 140 bei 15 min.).
Das Gitter müsste bei 5000 Å mindestens 65 mm gross sein. Für H alpha wird der Kompromiss deutlich: Es tritt eine Vignettierung durch die Kamera auf, jedenfalls auf die gesamte Bandbreite betrachtet. Für H alpha sollte zudem das Gitter 100 mm gross sein.

Beim Kollimator habe ich an einen 60/900-Fraunhofer-Achromat gedacht. Solche Linsenteleskope sind recht billig zu haben (unter 100 €), die Kamera könnte eine Pentacon 4/300 sein, wie von euch im Rausche vorgeschlagen , das Gitter wäre ein 2400 L/mm mit 100 mm Durchmesser.
Kollimator und Kamera würden das Budget noch in akzeptablem Rahmen belasten, wie wir zu einem 10cm-Gitter kommen, ist mir noch nicht klar. Bei den mir bekannten Bezugsquellen (Edmund, Newport) habe ich nur 5cm-Gitter gefunden. Vielleicht besitzt ja die Uni so ein Gitter, aber wohl eher nicht. Ein so grosses Gitter wird auch einiges kosten - wir müssen also auf Institutsunterstützung hoffen.

Ich bin gespannt auf eure Kommentare - ihr konntet hoffentlich heute ausschlafen.

Mit besten Grüssen und herzlichem Dank

Peter

PS: Hier noch eine Skizze zu meiner Idee mit dem negativen totalen Winkel. Ich hoffe, es ist ersichtlich, was ich meinte:


Gruss Peter

Hallo Peter,

heute Nacht haben wir uns gut gehalten und wir haben viel Spass gehabt. Dafür werde ich mit Sicherheit heute nicht so lang durchhalten...

Du hast also zugunsten eines kleineren totalen Winkels den Anstand Gitter - Kamera vergrößern müssen. Das wird wohl nötig sein, wenn kein Umlengspiegel eingebaut wird, vermute ich. Ob ein Umlenkspiegel Sinn macht oder nicht, müssen wir Deiner Entscheidung überlassen.

Alles in Allem habe ich den Eindruck, dass die entscheidenden Parameter gefunden sind. In meinen Augen der beste Kompromiss zwischen Auflösung und S/N bei dem Teleskop. Feinheiten kann man noch immer variieren, aber das generelle Konzept scheint gefunden.

Bezüglich der Gittergröße von 100mm stimme ich Dir zu. Das wird  teurer (gerade eins mit 2400 Linien/mm) aber angesichts der Randbedingungen wohl die beste Idee. Ich meine, das Optimum ist auch hier gefunden und ich würde an Deiner Stelle nun eine umfangreiche Zusammenfassung schreiben und dem Institut zwecks Unterstützung vorlegen (die würden wir gern mal sehen).

Zum Bezug von Gittern noch ein Tip: Klaus hat mal wegen einer allgemeinen Frage bei Jobin Yvon angerufen und dabei dem Techniker von unserem Projekt erzählt. Am Ende haben wir von denen ein altes 110er 1800 Linien/mm Gitter geschenkt bekommen. Aber nochmal, bohr das Institut an!

Zum totalen Winkel solltest Du beachten, dass das Gitter geblazed ist. In negativer Richtung geht das nicht und viel Licht geht verloren.

Also, das ist doch eine klasse Entwicklung und ich kann mir nicht vorstellen, dass das Institut abweisend sein wird. Mal sehen, ob Klaus noch was drauf hat...

Bis denn, Thomas

Hallo Peter,

ich habe mal bei thorlabs.com die Efficiency-Kurven von den für Euch interessanten Gittern (allerdings alle 50 x 50mm) herausgesucht. Du findest sie im Anhang. Die Bezeichnung deutet auf die Gitterkonstante und die Blazewellenlänge hin und ob es sich um ein geritztes oder holographisches Gitter handelt (man kann sie alle bei Thorlabs herunterladen).
Die Efficiencies sind bei dem 1800er und 2400er Gitter insbesondere im Roten erheblich niedriger als bei den 1200er Gittern (ich nehme immer die AVG-Linie, da die anderen beiden sich auf bestimmte Polarisationsrichtungen beziehen). Diese Eff. musst Du natürlich in Simspec manuell berücksichtigen, wenn Du Dir das S/N anschaust.

Von der Idee mit dem negativen Winkel halte ich wie schon angedeutet nichts, da Du wegen der Vorzugsrichtung des Gitters erheblich an Efficiency verlierst.

Die Kosten eines Gitters gehen mit der Fläche, daher schätze ich, dass ein 100er Gitter mindestens das vierfache eines 50er Gitter kosten wird. Ich denke ab 1000 Euro aufwärts. 

Aber ich habe zu Eurem Konzept noch eine Frage: Bevor Ihr mit einem 100er Gitter anfangt, versucht doch erstmal den Winkel noch etwas kleiner zu bekommen. Du hast doch auf der Rückwand des Cassgrains jede Menge Platz, könntest den Strahl hinter dem Gitter evtl. noch mit einem kleinen Spiegel falten (so machen wir es und kommen damit auf 15 Grad). Das hilft jedenfalls bei dem 2400er Gitter wegen des flacheren Winkels. Ich weiss nicht, ob Du wirklich 50mm damit schaffst,
aber ich würde die Möglichkeit vielleicht mal durchdenken.

Nun, ich möchte Euch nicht verwirren, da Ihr nun schon ein Konzept habt, aber was ist denn mit dem folgendem Vorschlag: Um einen möglichst kleinen Winkel zu bekommen ist der Littrow natürlich die beste Lösung. Mir ist noch eine andere Anordnung eingefallen, auch mit nur zwei Linsen: Ein Littrow mit Sheapley-Linse, wobei die Sheapley-Linse die Kamerabrennweite verkürzt. Für diese Linse könnte man auch ein normales Kameraobjektiv benutzen. Die Brennweite müssten wir uns mal überlegen, aber irgendwas zwischen 50 und 150mm Brennweite sollte schon gehen. Man könnte auch ein Feldstecherobjektiv nehmen wie Udo vorgeschlagen hat, aber das hat natürlich keine Fokussiermöglichkeit. Jedenfalls ist das relativ teuere und grosse Pentacon dann nicht mehr notwendig und Du hast die Littrow-Anordnung mit dem kleinen Winkel erhalten. Leider reicht auch diese Anordnung bei einem 2400er Gitter trotzdem nicht für ein 50mm Gitter. Es müsste bei H-alpha immer noch mindestens 70 - 75 mm gross sein. 
???


Viele Grüsse

Klaus

Hallo Peter,

das hier http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbt ... e/1#434634 habe ich gerade gefunden. Der Meade würde als Kollimator passen. Mir scheint, dass die Optiken für den Spektrographen recht günstig zu erhalten sind.

Gruss, Thomas

Hallo Thomas und Klaus

so, ich habe noch eine ganze Weile lang geknobelt, Skizzen gemacht, herumgerechnet, usw.
Ich bringe einfach kein besseres Design zustande.

Zur Idee mit dem Umlenkspiegel: Da dieser auch nicht in den Strahlengang ragen darf, ist der Gewinn beim Winkel nicht sehr gross, dafür verlängert sich wieder der Abstand Kamera-Gitter. Das Resultat ist, dass zwar ein etwas kleineres Gitter reichen würde, dafür die Kamera wieder lichtstärker sein müsste, was wieder Probleme stellt. Ich konnte keine überzeugende Konfiguration finden.

Die Idee von Klaus, ein modifiziertes Littrowdesign zu verwenden, hat mich zuerst begeistert, nach einigem Herumprobieren musste ich sie aber auch verwerfen: Die Skizze von Klaus sieht gut aus, aber unser Öffnungsverhältnis beträgt nun einmal f/21... Gezeichnet ist nur der Strahlengang einer Wellenlänge. Ein grosser Teil der Bandbreite, die eigentlich mit der kleineren Endbrennweite der Kamera erfasst werden könnte, wird vignettiert, da sie einfach nicht in das zweite Objektiv reinpasst. Und wie Klaus schon schrieb, muss das Gitter weiterhin deutlich grösser als 50 mm sein.

Nun, ich glaube, ich gebe mich geschlagen. Ich schaffe es einfach nicht, den Aufbau zu verbessern. Darum will ich das gefundene Konzept als besten Kompromiss betrachten, der halt gewisse Nachteile besitzt, aber sicher auch seine Stärken hat.

Bei Berücksichtigung der schlechteren Effizienz erreiche ich bei H alpha mit 15 min. Belichtungszeit immer noch eine SNR von ca. 60. Bei 5000 Å ist sie schon ca. doppelt so gross. Auf der Seite von Christian Buil habe ich gelesen, dass Aufnahmen ab einer SNR von 20 verwendbar wären.
Die Auflösung beträgt bei 4"-Seeing spaltlos 0.76 Å, bei gutem Seeing (2") würden sogar 0.4 Å erreicht.

Der hauptsächliche Nachteil des Aufbaus ist sicher, dass ein so grosses Gitter benötigt wird.

Bei der Optik für den Kollimator habe ich an das hier gedacht: http://www.teleskop-service.de/Astro/Re ... sic.htm#60
Ich kenne den Refraktor nicht, denke aber, dass so ein Fraunhofer gut genug sein sollte. Der von Thomas angegebene Meade-Refraktor ist ja auch ein Fraunhofer, ist aber etwas dicker, und würde deshalb wieder einen etwas grösseren totalen Winkel erfordern.

Wenn ihr nicht glaubt, ich sei jetzt doch auf dem Holzweg, mache ich mich mal hinter eine Zusammenfassung, die dem Institut vorgelegt werden kann.

Ich will euch nochmals herzlich für eure Hilfe und euer Engagement danken. Ohne euch wäre ich wohl irgendwo in der Sackgasse gelandet... 

Mit besten Grüssen

Peter

Hallo Peter,

ja, ich glaube auch, dass das Design schon ziemlich ausgereift ist. Bezüglich der verschiedenen Auflösungsvermögen mit drei unterschiedlichen Gittern könnte man nun ja auch zwei Versionen pro Gitter anstreben, einmal auf kurze und einmal auf lange Wellenlängen geblazed. Aber das wäre dann schon Aufgabe des Instituts, zu entscheiden, was wirklich gebraucht wird. Die Designparameter sind gut durchdacht und können vorgestellt werden.

Wenn Du Dich nach viel Nachdenken "geschlagen" gibst und wir keinen wesentlichen Input mehr liefern können, kann es auch sein, dass das Optimum gefunden ist.  Ich stimme Dir also zu: Niederschreiben und vielleicht als (benotete?) Studienarbeit abgeben.

Ich stimme Buil übrigens nicht pauschal zu. Ein S/N ~ 20 mag in manchen Bereichen schon was nützen, in der Regel sollte es aber mind. 100 sein. Die statistischen Fehler aufgrund von Photonenrauschen sind dann zumindest für Messungen der Äquivalentbreite zu groß. Zur Fehlerbestimmung kannst Du unser neues paper lesen: www.stsci.de -> Arbeitstexte -> Remarks on statistical errors of equivalent widths (erscheint in Astronomical Notes im September).

Die Auflösung ist nun gut und alles andere eigentlich auch. Deine Wahl für den Kollimator ist wahrscheinlich ok. Ich kann das aber eigentlich nicht bewerten.

Ich würde mich freuen, Deine Zusammenfassung mal lesen zu können.

Gruss, Thomas

Hallo Peter,

ich habe auch den Eindruck, dass das Problem langsam konvergiert. Wir sind uns einig, dass man für ein optimales Spektrometer für den 60cm eigentlich grössere Gitter braucht und zwar keine holographischen damit keine Eff. verloren geht. Vielleicht solltet Ihr jetzt wirklich erstmal das Konzept aufschreiben und die verantwortlichen Personen davon überzeugen, dass Ihr für ein "vernünftiges" Spektrometer entsprechendes braucht. Alle Lösungen mit einem 50er Gitter sind Kompromisse. Diesen Weg würde ich einschlagen wenn es keine Unterstützung gibt.

Viele Grüsse aus dem Oberbergischen Land

Klaus 

Hallo miteinander

nach etwas längerer Zeit wieder ein Lebenszeichen von mir. 

Ich habe unterdessen die "umfangreiche Zusammenfassung" geschrieben, mit allem drum und dran, was mir so in den Sinn gekommen ist. Ich habe die Gelegenheit gleich genutzt, mich etwas in LaTeX einzuarbeiten... 

Leider ist es mir bisher nicht gelungen, Kontakt zu meinem Studienkollegen aufzunehmen. Entweder ist er in den Ferien oder am Arbeiten, ich weiss nicht so genau. Da ich aber das Projekt nicht verzögern möchte (puh, ich muss mich richtig zwingen, wieder normale Umlaute zu schreiben...  ), habe ich einfach in Eigenregie gehandelt - wie auch bei der Planung in den letzten Tagen. Ich gedenke, das Dokument nächstens dem Professor zu überreichen. Wenn ihr es noch durchlesen möchtet, könnt ihr es hier herunterladen: Klick
Für Kommentare, Hinweise auf Fehler, usw. bin ich natürlich sehr dankbar. Ich hoffe, ihr habt auch nichts gegen eure namentliche Erwähnung. 

Ich bin dann gespannt, was der Prof. dazu meint.

Mit besten Grüssen

Peter

Ach ja, noch etwas.
Ich habe mir den Ratschlag von Thomas zu Herzen genommen. - Und einen Fehler in simspec entdeckt.
Feld B40:
MIN(B13;$E$13/1000)
sollte wohl eher
MIN(B13;$E$13)/1000
sein.

Gruss Peter

Hallo Peter,

ich habe die Formel überprüft und Du scheinst richtig zu liegen. Damit wir uns nicht falsch verstehen, kurz ein Vergleich des Zelleinhaltes: Du meinst mit Zelle B40 die Formel für FWHMt ? In der Formel ist in der ersten Zeile und im letzten Ausdruck der Fehler von dem Du sprichst ?

Gruss

Klaus

Hallo Klaus

ja, ich meine die Formel für FWHMt. Dort wird im Fall, dass die Spaltbreite E13 nicht 0 ist, das Minimum aus Spaltbreite/1000 und Seeingscheibchen verwendet. Das macht keinen Sinn, es muss natürlich das Minimum aus Spaltbreite und Seeingscheibchen genommen werden und dieses anschliessend durch 1000 dividiert werden (wegen der Einheiten). Wenn man sonst eine Spaltbreite grösser als das Seeingscheibchen verwendet, erhält man eine schlechtere Auflösung, als wenn man gar keinen Spalt genommen hätte.

Gruss Peter

Hallo Peter,

dann reden wir von der gleichen Formel. Gut, dass Du den Fehler gefunden hast !!

Viele Grüsse

Klaus

Hallo ihr beiden,

hab mal die Klammer entsprechen umgesetzt, bemerke aber im Ergebnis keinen Unterschied.
Was mache ich falsch? Leider kenn ich mich mit Excel nicht aus.

Grüße,
Udo

Hallo Udo

ein Unterschied macht sich nur bemerkbar, wenn als Spaltbreite ein grösserer Wert als das Seeingscheibchen eingegeben wird.

Gruss Peter

Danke Peter. Komme einfach nicht dazu, Deine Ausarbeitung zu lesen. Denke aber, die Jungs vom STScI haben Dir geantwortet.

Gruß,
Udo

Hallo Udo

ja, sie waren so freundlich, mir das Manuskript zu korrigieren und verschiedene Tipps zu geben. Danke dir trotzdem.

Gruss Peter