Workflow und Ergebnisse des Herbstkurses Sternspektroskopie 2018

Die erste Herbstferienwoche in Nordrhein-Westfalen ist seit 2010 traditionell für (Stern-) Spektroskopiker – und jene, die es werden wollen – reserviert. Wir schätzen immer sehr die bunte Mischung aus jungen und älteren Teilnehmern, vom neugierigen Einsteiger oder jungen Schüler bis zum gestandenen Amateurspektroskopiker.

Unsere Teilnehmer waren zum Teil weit gereist und kamen aus allen Himmelsrichtungen Deutschlands;  zwei kamen aus dem Salzkammergut in Österreich.

Teilnehmer des Herbstkurses Sternspektroskopie 2018 am Carl-Fuhlrott-Gymnasium, Wuppertal
Die Gruppe des Herbstkurses Sternsspektroskopie 2018 mit dem DADOS-Spaltspektrografen. Im Hintergrund sind die aufgebauten Hauptteleskope zu sehen, sechs Celestron 11 Edge HD-Teleskope auf Astro-Physics 900GTO-Montierungen, jeweils mit einem DADOS bestückt. Leitung des DADOS-Wokshops: Bernd Koch (4.v.r). Foto: Ernst Pollmann

Grundlagen der Spektroskopie und Spektralklassifikation

Michael Winkhaus gab an den ersten beiden Kurstagen (Montag und Dienstag) im Physikraum des CFG Wuppertal eine lebendige Einführung in die Grundlagen der Atomphysik und die Entstehung sowie Deutung von Spektren. Die Teilnehmer hatten anschließend die Gelegenheit, Lampen und Leuchtstoffe alltäglicher und exotischer Lichtquellen selbst zu untersuchen.

Im zweiten Teil wurden die Grundlagen der Klassifikation von Sternspektren gelehrt und im praktischen Teil vertieft. Anhand von Musterspektren durften die Teilnehmer Sternspektren in die verschiedenen Spektralklassen von O bis M einteilen.

Nach dem Ende des Kursteils wurden die ersten beiden Abende genutzt, die Teleskope aufzubauen, um erste Beobachtungen damit durchzuführen.

DADOS-Workshop mit Energiesparlampe und Tageslichtspektrum

Bernd Koch leitete den DADOS-Workshop an den beiden folgenden Tagen Mittwoch und Donnerstag. Zunächst wurde eine Energiesparlampe (ESL) mit dem DADOS und dem 200-Linien-Gitter untersucht. Neben den schmalen Linien des Quecksilberdampfes sind breite Molekülbanden von Verbindungen Seltener Erden erkennbar. Obwohl das verwendete Gitter nur 13A auflöst, kann diese ESL sehr gut für die Kalibrierung von Übersichtsspektren, beispielsweise zu Spektralklassifikation, verwendet werden.

Der Erstkontakt: Spektren farbig aufnehmen mit einer (modifizierten) DSLR-Kamera

Für die Aufnahme der folgenden Spektren wurde eine modifizierte Canon EOS 450D eingesetzt. Diese mit dem Baader ACF-Filter ausgestattete Kamera wird am CFG normalerweise nur für die Astrofotografie verwendet, weil die die Transmission bei H-alpha bis auf ca. 98% erhöht ist. Wegen der steilen Kante bei ca. 400nm werden allerdings die Kalzium Ca II H und K Linien nur sehr schwach abgebildet.

Spektrum der ESL Ormalight (Megaman)
Spektrum der ESL Ormalight (entspricht auch Megaman) von ca. 400nm bis 700nm. Der obere Spalt ist 35 Mikron, der mittlere 25 Mikron und der untere 50 Mikron breit.
Aufnahmeanordnung für Spektren der ESL Ormalight (Megaman) mit der CANON EOS 450D. Verwendet wurde das Gitte 200 L/mm mit 13A spektraler Auflösung. Nutzbarerer Spektralbereich: 395nm bis 700nm
Aufnahmeanordnung für Spektren der ESL Ormalight (Megaman) mit der CANON EOS 450D. Verwendet wurde das Gitter 200 L/mm mit 13A spektraler Auflösung. Nutzbarer Spektralbereich: 395nm bis 700nm. Foto der Arbeitsgruppe Jannick Haide und Klaus Ammann.

Hinweis: Für die Spektralklassifikation (390nm …. 700nm) ist dieses modifizierte Modell weniger gut geeignet. Uns dient es im wesentlichen dazu, den Einstieg in die Spektroskopie zu ermöglichen; weniger dazu, auswertbare Sonnen- oder Sternspektren zu erzielen. Dafür ist eine gute monochrome CCD-Kamera, wie die STF-8300M, sehr viel besser geeignet.

Hier nun ein Tageslichtspektrum mit dieser genannten Anordnung, welches in Bezug auf die Fraunhoferlinien dem Sonnenspektrum gleicht.

Tageslichtspektrum mit DADOS 200 Linien/mm und ACF-modifizierter Canon EOS450D.

Spektren werden in Bezug auf Ihre Lage immer so ausgerichtet, dass der blaue Bereich links und der rote Bereich rechts angesiedelt ist. Außerdem sollte man auf eine möglichst exakte horizontale Ausrichtung achten.

Professionell auswertbare Spektren mit einer monochromen CCD-Kamera aufnehmen

Hinweis: Achten Sie darauf, dass Ihre monochrome Kamera einen Sensor mit mindestens 13mm Breite aufweist (besser 18mm), damit Sie mit dem Gitter 200 L/mm das Spektrum zwischen 360nm und 900 nm vollständig aufnehmen können.

DADOS mit CCD-Kamera STF-8300M (rot) zur Spektrengewinnung und einem Videomodul (blau) zum Guiding auf Sterne, Planeten, Mond, etc. Eine Selbstbau-Referenzlampe (links) mit einer ESL dient hier als Lichtquelle. Foto der Arbeitsgruppe Jannick Haide und Klaus Ammann.

Als erstes wird wieder das Spektrum der ESL aufgenommen. Die Lampe ist so hell – deutlich heller als das folgende Tageslichtspektrum – dass man die ESL auch zum Einstellen des gewünschten Spektralbereichs und zum Fokussieren nehmen kann.

ESL Ormalight (Megaman) mit monochromer STF 8300M. Spektrum vom Maks Shokarimov

Ein Tageslichtspektrum mit dieser Anordnung:
Dieses Tageslichtspektrum (Blau links und Rot rechts), zudem absolut horizontal ausgerichtet, ist optimal vorbereitet für die nun folgende Kalibrierung mit der Software BASS.

Tageslichtspektrum mit DADOS 200 L/mm und STF-8300M CCD-Kamera. Dargestellt ist nur das mittlere Spektrum mit höchster Auflösung. Spektrum: Wolfgang Gauger, Hermann Klein und Klaus-Dieter Finke
Tageslichtspektrum mit DADOS 200 L/mm und STF-8300M CCD-Kamera. Dargestellt ist nur das mittlere Spektrum mit höchster Auflösung. Spektrum: Wolfgang Gauger, Hermann Klein und Klaus-Dieter Finke

Kalibrierung des Sonnenspektrums mit der Software BASS

https://uk.groups.yahoo.com/neo/groups/astrobodger/info

Jede Arbeitsgruppe kalibrierte das selbst aufgenommene, monochrome Sonnenspektrum gemäß dem Tutorial Kalibrierung Sonnenspektrum 200L 2017-11-21.

Kalibrierung eines 200 L/mm DADOS Sonnenspektrums (Tageslichtspektrum) anhand bekannter Fraunhoferlinien Wellenlängenkalibrierung – Normierung – Flusskalibrierung

Nach der internen Wellenlängenkalibrierung anhand der Ruhewellenlängen ausgewählter Fraunhoferlinien erfolgte die Flusskalibrierung. Als Referenzspektrum wurde ein flusskalibriertes G2V-Spektrum eines Sterns der MILES-Datenbank gewählt, die in BASS eingebunden ist. Die folgenden Ergebnisse zeigen sehr schön die Variation von Bearbeiter zu Bearbeiter. Flusskalibrierung und spätere Normierung ist ein höchst subjektiver Vorgang, so dass Unterschiede zwangsläufig auftreten.

Flusskalibrierte Sonnenspektren der Workshop-Teilnehmer:

Normierte Sonnenspektren der Workshop-Teilnehmer:


Kalibrierung des Spektrums des Sterns Wega (A0 V), DADOS 200 Linien/mm

DADOS mit Guidingkamera TIS DMK41 am Celestron 11 EdgeHD. Foto: Bernd Koch

Jede Arbeitsgruppe kalibrierte das selbst aufgenommene, monochrome Wegaspektrum intern anhand der Ruhewellenlängen der Balmerserie:

Spektrum des Sterns Wega. DADOS 200 Linien/mm, STF 8300M, Celestron 11 EdgeHD, Belichtung 60s Belichtung in dichten Wolken. Spektrum: Udo Dumböck und Klaus Pührer

Normierte Wegaspektren der Kursteilnehmer:


Kalibrierung des Spektrums des Sterns Wega (A0 V), DADOS 900 Linien/m, NeXeAr-Plasma-röhre

Die Kalibrierung des Wegaspektrums mit Hilfe der NeXeAr Plasmatube von Conrad Electronic (im Handel nicht mehr erhältlich) wurde vom Kursleiter Bernd Koch demonstriert. Hierzu wurde kurz nach dem Wegaspektrum das Referenzspektrum separat aufgenommen.  Zur Verdeutlichung werden hier beide Spektren übereinander gelegt. Die Kalibrierung erfolgt jedoch an den separat aufgenommenen Spektren:

Für die Kalibrierung des Spektrums des Sterns Wega (A0 V), DADOS 900 Linien/mm, wurde eine externe Referenzlampe verwendet. Foto: Bernd Koch 


Amateur-Forschungsprojekte

Ernst Pollmann stellte am fünften Tag des Wochenkurses höchst interessante Sterne vor, die sich für Amateur-Forschungsprojekte im mittleren und höheren  Auflösungsbereich eignen: VV Cephei, gamma Cassiopeiae und zeta Tauri.

Insbesondere die Ende 2018 noch laufende Bedeckung des blauen B-Sterns durch seinen ausgedehnten Begleiter hat die Kursteilnehmer zu intensiven Diskussionen hinsichtlich des Ursprungs der Variation des H-alpha EW-Werts angeregt.