Rejestracja i prosta obróbka widm Star Analysera

Share

W niniejszym artykule przedstawię jak rejestrować i wstępnie obrabiać widma otrzymane za pomocą Star Analysera (czy innej siatki dyfrakcyjnej tego typu). Star Analyser to siatka dyfrakcyjna w oprawie filtrowej o średnicy 1,25". Współpracuje ona dobrze z webcamami i innymi kamerami CCD, czy nawet lustrzankami. Więcej informacji o tym produkcie znajdziemy w dokumentacji.

Sprzęt

Do rejestracji widma gwiazd i innych jasnych obiektów nie potrzeba wielkich teleskopów. Star Analysera wkręcamy w gwint filtrowy nosa kamery i możemy praktycznie przystępować do rejestracji widm. Zanim rzucimy się na gwiazdy warto jeszcze zwrócić uwagę na odległość star analysera od matrycy CCD w kamerze. Zbyt bliska odległość spowoduje utratę rozdzielczości (widmo będzie za bardzo ściśnięte), a zbyt duża odległość rozciągnie widmo poza pole widzenia kamery. Optymalna odległość zależy od typu kamery:

• 55 mm: dla sensorów CCD 1/4" jak ToUcam, NexImage, DMK21
• 75 mm: dla sensorów CCD 1/3" jak LPI, DSI
• 100 mm: dla sensorów CCD 1/2" jak Minton 12V1

Łatwo sprawdzić spasowanie odległości rejestrując pierwsze widmo. W zestawie Star Analysera powinna być dostępna przedłużka - pusta oprawa filtrowa 1,25", którą możemy wkręcić między nos kamery a filtr z siatką dyfrakcyjną zwiększając nieco odległość. Poniżej kamera z analyserem gotowa do podłączenia do teleskopu.

Rejestracja widma

Rejestracja widma nie różni się zbytnio od rejestracji zwykłego obrazu za pomocą naszej kamery. Celujemy teleskopem w interesujący nas obiekt (gwiazda, planeta itd.) i montujemy kamerę. Ustawiamy ostrość, łapiemy obiekt w kadr i szukamy widma (powstaje w kierunku oznaczonym pionową kreską na oprawie filtra). Jeżeli odległość siatki od kamery jest za duża - widmo będzie dalej od obiektu, jeżeli odpowiednia, lub za mała to powinno od razu być widoczne w polu widzenia kamery. Jeżeli mieści nam się całe widmo i obiekt to rejestrujemy całość. Jeżeli nie da się zmieścić widma i obiektu to rejestrujemy samo widmo wycentrowane w kadrze. Nie trzeba wielu klatek, choć kilkaset pozwoli zredukować szumy kamery. W przypadku kamery DMK21 użyłem oprogramowania dołączonego do zestawu, czyli IC Capture AS.

Żeby uzyskać dobrą serię danych do analizy należy wykonać kilka filmów danego widma zmieniając także nieco czas ekspozycji (jeżeli ekspozycja będzie za krótka widmo będzie mniej wyraźne i może zlewać się z tłem, jeżeli będzie za długa widmo będzie przepalone i wszystkie jego szczegóły zatarte - warto więc mieć kilka różnych czasów ekspozycji do porównania).

Obróbka klipów z widmem

Zarejestrowane klipy musimy standardowo zestackować, a także wyrównać do dalszej obróbki. Aplikacje takie jak Registax bez problemów sobie z tym poradzą. Jeżeli w polu widzenia był sam obiekt to możemy wyrównać klatki względem niego. Jeżeli mamy samo widmo to za pomocą większego pola obszaru wyrównania zaznaczamy wyraźny fragment widma (np. z linią absorpcyjną tlenu atmosferycznego w podczerwieni). Po zestackowaniu widmo nie powinno stracić na ostrości (jeżeli zostało rozmyte to należy powtórzyć wyrównywanie z innym obszarem). Poniżej wyrównywanie względem fragmentu widma:

I zestackowane widmo:

Otrzymane widmo można nieznacznie wyostrzyć. Gdy już to zrobiliśmy przechodzimy do zakładki "Final" w Registax by widmo ustawić poziomo. Umożliwi nam to dalszą obróbkę. Obracając obraz najlepiej ustawić widmo niebieską częścią od lewej strony (początek widma od strony obiektu). W przypadku monochromatycznych kamer ułatwi to późniejszą obróbkę, i archiwizację danych. Poniżej gotowe obrobione widmo:

Obrobiony obraz zapisujemy jako plik graficzny (BMP, czy 16 bitowy TIFF, PNG dla lepszych 16 bitowych kamer). Dodatkowo przyda nam się wyrównany plik FITS, który możemy wygenerować otwierając zapisany plik graficzny i zapisując go jaki plik FITS (ten format obsługuje program VSPEC do obróbki widm, o którym napiszę później).

Ręczna obróbka widma

W bardzo prosty sposób możemy ręcznie obrobić zarejestrowane widma. Wystarczy nawet MS Paint. Otwieramy plik graficzny w programie do edycji grafik i kopiujemy pasek widma ze środka pasma - wysokość 1px, przez całą długość. Następnie wklejamy ten fragment i rozciągamy na wysokość kilkudziesięciu pikseli - pojawi się "ładne" widmo obiektu:

Postępujemy tak dla każdego widma danego obiektu. Na koniec można zestawić wszystkie widma w jednym pliku wyrównując je względem widocznych pasm absorpcji (lub emisyjnych). Na tym etapie można już pokusić się o analizę widma, lecz brakuje nam długości fal poszczególnych pasm. Żeby je uzyskać widmo należy skalibrować.

Kalibracja widm

Jeżeli znamy typ widmowy gwiazdy, lub ogólnie jest to jasny obiekt, to w sieci znajdziemy zapewne jego widma szukając poprzez Google Grafika lub normalnie (np. "Nazwa_Obiektu spectrum"). Mając skalibrowane widmo z innego źródła możemy porównać je z naszym i np. dopasować rozmiarem do naszego - uzyskując prostą kalibrację widma. Korzystając z tak dopasowanej podziałki skalibrowanego widma możemy odczytać długości fal dla zarejestrowanych pasm absorpcyjnych, czy emisyjnych. Poniżej widmo Betelgezy zarejestrowane Star Analyserem i wpasowane widmo innych autorów:

Dokładna kalibracja i obróbka widm

Do bardziej naukowej, dokładnej obróbki i kalibracji służą aplikacje takie jak Visual Spec (VSPEC). Program ten potrafi wykorzystać wyrównane widmo jakie otrzymaliśmy z Registaxa do wygenerowania numerycznej wersji widma:

Obsługa tego programu zostanie omówiona w oddzielnym artykule, choć samemu można przerobić anglojęzyczny tutorial.