Mein spektroskopisches Setup

Spektroskopie
Technik


Mein spektroskopisches Setup

(Thomas Schröfl)

 

Mit der im Nachfolgenden vorgenommenen Beschreibung meines spektroskopischen Setups will ich einerseits zeigen mit welcher Gerätekonfiguration ich seit knapp einem Jahr arbeite. Andererseits soll es aber auch für Einsteiger in die Spektroskopie eine Hilfestellung sein worauf zu achten ist, um sich die spektroskopische Arbeit nicht unnötig schwer zu machen. Hier gilt ein großes Dankeschön den Dozenten des Wuppertaler Spektroskopiekurses, die mich mit dem dort bewährten Setup vertraut gemacht und mir so sehr geholfen haben, nicht erst aus Fehlern lernen zu müssen, sodaß ich viel Frust vermeiden konnte.

 

Das Teleskop: Celestron C11

Prinzipiell ist jedes Teleskop für die Spektroskopie geeignet, doch einiges gilt es zu bedenken. Bei der Spektroskopie wird der Stern nicht wie in der Astrofotografie oder natürlich auch bei der visuellen Beobachtung als Punkt abgebildet. Das Gitter od. Grating spreizt je nach Auflösung das Sternenlicht mehr oder weniger breit in einen vom Blauen ins Rote reichenden Spektralfaden auf. Doch das Sternenlicht wird deshalb ja nicht mehr sondern verteilt sich im Gegensatz zur Fotografie auf wesentlich mehr Pixel des Aufnahmechips. Die Folgen liegen auf der Hand: lange Belichtungszeiten, um so länger je höher die Auflösung, verbunden mit allen aus langen Belichtungszeiten resultierenden Problemen. Die Lösung ist eine möglichst große Teleskopöffnung und damit führt kaum ein Weg vorbei am klassischen SCT. Je größer die Öffnung um so größer auch die spektroskopisch erreichbare Grenzgröße. Schließlich zählt auch noch, daß die meisten Spektrographen für ein Öffnungsverhältnis von f10 gerechnet sind, ein Ergebnis der Tatsache, daß eben meistens SCT´s für die Spektroskopie verwendet werden. Ein paar Vorteile, die es dafür auch gibt, sollen hier nicht verschwiegen werden. Die Aufhellung des Himmelshintergrundes fällt kaum ins Gewicht, denn sie wird bei der Datenreduktion einfach mit der Software wieder herausgerechnet. Also ein Betätigungsfeld auch für den (Groß-)Stadtastronomen. Auch Nachführfehler und schlechtes Seeing fallen nicht nennenswert ins Gewicht, denn ob der kleine Streifen Licht, der durch den Spalt aufs Grating fällt von einem am Spaltplättchen durch Seeing oder Nachführfehler deformiertem Stern stammt ist dem Spektrographen ziemlich egal. Es ist halt nur etwas weniger Licht, das durch den Spalt fällt, wenn salopp gesagt der Stern am Spaltplättchen eine „Pletsch´n“ ist. Also ist es auch in der Spektroskopie wie so oft im Leben: wo es Vorteile gibt, da sind auch Nachteile.

Somit kommt bei mir ein C11 zum Einsatz, das ich von einem Kollegen aus dem Astroteam Mariazellerland kaufte nachdem er es „deforked“ hatte. Ursprünglich war es ein NexStar 11 GPS mit Carbontubus in einer Gabelmontierung.

 

Die Montierung: Vixen New Atlux mit Skysensor 2000PC

Hier gilt das Gleiche wie in allen Bereichen der Astronomie. Eine Montierung kann nicht stabil genug sein, und stabile, also große Montierungen laufen in der Regel auch genauer. Bei der Montierungswahl sollte man auch nicht außer Acht lassen, daß durch die zusätzlichen Geräte doch ein nicht unerhebliches Maß an Gewicht zum reinen Gewicht des Teleskops noch hinzukommt. Schon seit Jahren verwende ich die ebenfalls von einem Astrofreund gebraucht erworbene New Atlux auf meiner Wiener Balkonsternwarte. Wenn auch schon in die Jahre gekommen, so ist der Skysensor 2000PC nach wie vor eine exzellente Steuerung, deren Qualitäten ich nicht missen möchte.

 

Der Spektrograph: Baader DADOS

Derzeit gibt es am Markt einige Spektrographenmodelle, die sich für den ernsthaften ‚Einsteiger in dieses Metier gut eignen und auch preislich noch kein abgrundtiefes Loch in der Kassa hinterlassen. Da ich am Wuppertaler Spektroskopiekurs 2013 den DADOS-Spektrographen von Baader eingehend kennen und gebrauchen gelernt habe, lag es nahe mir auch diesen Spektrographen anzuschaffen So hatte ich mich selbst zu Weihnachten 2013 besonders lieb, denn neben dem DADOS erwarb ich noch eine Moravian G2 mit dem KAF 8300 Chip, der es erlaubt den gesamten Spektralstreifen auf einer Aufnahme abzubilden (Vorbild war dafür die in Wuppertal verwendete SBIG STF - 8300 M). Der Erwerb einer solchen oder gleichwertigen Camera ist nicht unbedingt erforderlich. Auch mit einer DSLR mit APS-C Chip kann der gesamte Spektralstreifen aufgenommen werden. Für den Spektrographen stehen mir drei auswechselbare Gitter mit 200, 900 und 1200 Linien/mm zur Verfügung. Das 200er-Gitter gibt eine gute niedrig aufgelöste spektrale Übersicht und eignet sich gut zur Spektralklassenbestimmung. Die beiden anderen Gitter eröffnen den Bereich der mittleren bis höheren Auflösung. Für höchstmögliche Auflösung verwenden heute viele Amateure den Lhires III von Shelyak mit einem Gitter mit 2400 L/mm, ein Gerät. das sich Manfred Schwarz kürzlich angeschafft hat und worüber er hofffentlich bald berichten wird.

 

Meade Flip Mirror

Ein paar zusätzliche Komponenten erleichtern das Arbeiten mit dem DADOS ungemein. Das aus dem Teleskop austretende Licht des Sterns wird zunächst am sog. Spaltplättchen – ein kleines verspiegeltes Metallblättchen, das beim DADOS drei Spalten verschiedener Breite enthält – fokussiert und der Stern auf einen der Spalte gestellt. Klingt einfach ist es aber nicht, denn auf dem Spaltblättchen wird nur ein winziger Himmelsausschnitt abgebildet und wenn der Stern nicht drauf ist, dann beginnt es etwas haarig zu werden. Die „Wuppertaler“ Lösung bestand in einem exakt parallel zum Hauptgerät ausgerichteten und huckepack montierten Pentax 75 SDHF, mit dem sich der gewünschte Stern mit Hilfe eines Fadenkreuzokulars so genau zentrieren ließ, daß er auf dem Spaltblättchen stand. Ich habe daher zunächst meinen vorhandenen Pentax 75 mit der Micrometerverstellung von Geoptik auf das C11 gesetzt, bin aber dann wegen des doch erheblichen Gewichts hoch über der Polachse und des deshalb erforderlichen zusätzlichen Gegengewichts davon abgegangen.

Statt dessen habe ich nun unmittelbar nach dem Teleskop einen Meade Flip Mirror mit beleuchtetem Fadenkreuzokular in den Strahlengang gesetzt. Bei gut justiertem Sucher steht dann der gewünschte Stern jedenfalls am Flip Mirror, ist mit dem Fadenkreuzokular leicht in dessen Mitte zu bringen und wenn der Flip Mirror gut zum Spektrographen ausgerichtet ist, dann steht der Stern auch am Spaltplättchen. Ist der gewünschte Stern einmal identifiziert, so dauert es maximal 1-2 Minuten den Stern auf den Spalt zu bringen.

 

Guidingcamera DMK 21AU618.AS

Der DADOS verfügt über einen 1,25“ Okularstutzen durch den sich mit Hilfe eines Okulars mit einem davorgesetzten Slit-Viewer das Spaltplättchen beobachten läßt, um den Stern auf den Spalt zu bringen. Da der schwarze Spalt vor schwarzem Himmelshintergrund nicht zu sehen ist, gibt es gleich wie bei Fadenkreuzokularen eine Spaltbeleuchtung zum Auffinden, die natürlich vor der Aufnahme abgeschalten werden muß.

Im Aufnahmebetrieb ersetzt man das Okular durch eine Camera und kann dann bequem am Bildschirm Guiden und den Stern am Spalt halten oder bei längeren Belichtungszeiten und Aufnahmeserien Autoguiden. Die derzeitige Wetterlage hat es mir noch nicht ermöglicht meine neu erworbene ASI 120MM für diese Zwecke zu testen

 

Alpy calibration module

Da bei spektroskopischen Aufnahmen gleich wie in der Astrofotografie eine Dark- und Flatfield-Korrektur vorgenommen wird und überdies eine Kalibrierung der Wellenlänge notwendig ist, habe ich mich nach langem Testen und Überlegen dazu entschlossen das von Shelyak für deren Alpy 600 Spektrographen konzipierte calibration module zu erwerben. Dieses flache Modul habe ich vor dem DADOS in den Strahlengang eingebaut. Bei Aktivierung klappt das Modul eine Reflexionsfläche im Winkel von 45°in den Strahlengang und spiegelt über diese entweder das Licht einer kleinen Halogenlampe für Flatfields oder jenes einer Ar/Ne-Lampe zum Kalibrieren der Spektrallinien ein. Es würde den Rahmen dieser kurzen Abhandlung sprengen, würde ich jetzt auf alle möglichen Arten der Erstellung von Darks und Flats eingehen. Der wesentliche Vorteil des Moduls liegt in seinem fixen Einbau im Strahlengang womit es ohne zusätzlicher Manipulationen jederzeit zur Verfügung steht und unter immer gleichen Bedingungen arbeitet. Die Stromversorgung des Moduls erfolgt über 12V DC. Noch einen zusätzlichen nicht zu unterschätzenden Vorteil bietet dieses Modul. Die Aufnahmecamera muß möglichst genau scharfgestellt werden. Nur die aus der Astrofotografie bekannten Hilfsmittel sind in der Spektroskopie nicht einsetzbar. Hier muß auf Spektrallinien scharf gestellt werden. Um ein halbwegs brauchbares S/N-Ratio zu bekommen sind bei höheren Auflösungen Belichtungszeiten von mehreren Minuten erforderlich. Sich da iterativ an die Schärfe heranzutasten wird zeitraubend – und langweilig. Auf die Emissionslinien der Kalibrierlampe läßt sich aber recht rasch scharfstellen und das gleich unter Aufnahmebedingungen und im Bedarfsfall auch zwischendurch während einer Beobachtungsnacht.

 

Mechanische Versteifung

Flip Mirror, Kalibriermodul und DADOS mit 2 angesetzten Cameras ist ein langer und vor allem schwerer Anbau am Teleskop mit nicht zu verachtender Hebelwirkung. Verbiegungen im Aufbau haben aber unweigerlich optische Folgen, die gerade in der Spektroskopie besonders unerwünscht sind. Ich habe mir daher von einer feinmechanischen Werkstätte eine am Tubus fest verschraubte Aluplatte fräsen lassen. Über eine als Zubehör zum DADOS erhältlichen Flansch mit Stativgewinde und einer darauf befestigten Verstrebung habe ich dem ganzen System eine Steifigkeit verliehen, die jede Änderung durch Lastwechsel ausschließt.

 

C11 mit aufgesetzten Pentax 75 SDHF und spektroskopischen Anbau

gut zu sehen die Aluplatte und Verstrebung zur Versteifung

 

Der Anbau im Detail: Meade Flip Mirror mit bel. Fadenkreuzokular, Alpy calibration module

DADOS Spektrograph mit angesetzter DMK 21AU618,AS und Moravian G2-8300

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Aktualisiert am 20.01.2015

© BAA
 

Dr. Thomas Schroefl