PF:Das Spektrum eines Sterns mit einem Transmissionsgitter aufnehmen

Sterne erscheinen nahezu als Punktquelle. Dies lässt sich nutzen, um mit nur geringem technischen Aufwand ein Spektrum eines Sterns zu fotografieren. Aus diesem Spektrum lassen sich im Anschluss Informationen über die Sterntemperatur, die Sternklasse und die vorhandenen Elemente der Sternatmosphäre ziehen. Um dies zu erreichen ist eine sorgfältige Nachbereitung notwendig. Je besser die aufgenommenen Daten sind, desto einfacher fällt später auch die Nachbereitung

Flusskalibriertes Spektrum des Sterns Deneb mit Absorptionslinien.

Hardware

Im einfachsten Fall werden als Hardware nur drei wesentliche Dinge benötigt: optisches System, Transmissionsgitter und Kamera.

• Gitter: Star Analyser 100 oder StarAnalyser 200
• Kamera: schwart-weiß-Kameras reichen aus, da die Farbinformation nicht gebraucht wird. Außerdem ist die spektrale Empfindlichkeit bei sw-Kameras einfacher umzurechnen, was die Nachbereitung vereinfacht. Je größer die der Chip, desto höher kann auch die Auflösung sein. Dies sollte bei der Wahl der Kamera entsprechend berücksichtigt werden. Eine gekühlte Astrokamera kann die Empfindlichkeit sowie das Rauschen verbessern. Je größer der Dynamikumfang der Kamera, desto feiner lassen sich später Absorbtionslinien in der Intensität unterscheiden.

Abbildende Optik

• Verwendung eines Fotoobjektivs: Das Gitter kann mit Adaptern entweder vor dem Objektiv oder zwischen Objektiv und Kamera platziert werden. Ein Objektiv geringerer Brennweite erfordert keine genaue Nachführung und ist daher für helle Sterne vorteilhaft.
• Verwendung eines Teleskops: Bei lichtschwachen Objekten muss mehr Licht gesammelt werden, weshalb ein Teleskop unersetzlich ist. Je größer die Brennweite des Teleskops, desto präziser muss später der Fokus eingestellt werden. Auch die Luftunruhe wirkt sich stärker aus. Da bei der Spektroskopie mit Transmissionsgittern eine Punktlichtquelle zwingend erforderlich ist, muss hier abgewogen werden. Ansehnliche Ergebnisse ließen sich beispielsweise mit dem Sonnenteleskop ohne Sonnenfilter produzieren.

Aufbau

• zu beachten: idealer Abstand zwischen Gitter und Kamerachip
• sinnvolle Wahl der Komponenten
• Für einen schnellen Wechsel der Komponenten bietet sich der Einbau des Transmissionsgitters im Filterrad EFW-2 an.

Aufnahme von Daten

• keine Sättigung
• 1. geblazte Ordnung muss vollständig im Bild sein.

Auswertung

Die Auswertung gliedert sich in mehrere Teile auf. Als erstes müssen die Rohdaten ausgewertet werden. Dies bietet sich über das Programm Fitswork an. Im nächsten Schritt werden die Rohdaten in diskrete Intensitäten pro Pixel in einem Diagramm übersetzt. Aus dem daraus gewonnenen Spektrum beginnt nun eine quantitative Analyse der Daten.

Verarbeitung der Rohdaten

Mehrere aufgenommene Spektren werden im ersten Schritt überlagert und ein Masterdark wird subtrahiert. Daraus ergibt sich ein rauscharmes Bild, welches im Idealfall im Hintergrund Pixelwerte um die 0 hat. Danach wird das Spektrum waagrecht gedreht und als schmalen Streifen ausgeschnitten. Die Rohdaten sind nun fertig für die quantitative Auswertung, die zum Beispiel mit dem Programm BASS Spectro oder mit Python durchgeführt werden kann. Im Netz finden sich hierfür diverse Anleitungen, weshalb an dieser Stelle auf genaue Details verzichtet wird.

Zur Verarbeitung gehören die folgenden Schritte:

• Quantitative Auswertung
• Wellenlängenkalibrierung
• Flusskalibrierung
• Bestimmung von Übergängen
• Sterntemperatur mit der Planck-Kurve nähern
• Sternklasse bestimmen

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0