Resoconto prime prove di SPETTROSCOPIA di METEORE

Ciao, in questo topic vorrei farvi un resoconto delle problematiche e dei risultati ottenuti durante le mie prime prove di
spattroscopia di meteore.
La strumentazione è quella solita per il monitoraggio di meteore con l'aggiunta di un filtro per spettroscopia STAR ANALYZER 100 con 100 linee/mm davanti all'obiettivo da 6 mm.

Le difficoltà incontrate nell'ottenere le riprese e nell'analisi dei dati ottenuti non sono state poche e non sono ancora del
tutto superate, anche se piano piano sto cercando di migliorare la tacnica.

Una delle difficoltà più grandi è lo scarso numero di meteore con la luminosità adeguata per poter essere registrate anche con il filtro, che fino ad oggi ha dato vita ad una frequenza di circa 1 meteora registrata ogni 2 notti.

Fra le meteore registrate non tutte sono risultate analizzabili poichè il filtro produce uno spettro orientato secondo un certo asse. Nel mio caso ho orientato il filtro in modo che lo spettro fosse parallelo all'asse delle X.

Se una meteora ha una traiettoria parallela anch'essa all'asse X, lo spettro risultante risulterà "impastato" pochè
l'immagine della meteora (che si riproduce) alle varie lungheze d'onda si sovrapporrà a quella della lunghezza d'onda
adiacente facendo scomparire così ogni riga.

E' quindi necessario che la traiettoria delle meteore sia il più possibile parallela all'asse Y in modo da avere uno spettro
con linee di emissione ben separate.
Un ulteriore problema è la velocità apparente della meteora che, senza entrare nel detaglio, è prferibile sia bassa.

Una volta che si è registrata la meteora "giusta" si può procedere con l'analisi del suo spettro.

Il problema principale è capire come calibrare lo spettro poichè non si conosce a priori nessuno degli elementi chimici che hanno dato vita alle specifiche linee di emissione che si vedono negli spettri e quindi non sappiamo a quali lunghezze d'onda esse corrispondano.
Per superare questo scoglio la prima strada che ho tentato è stata quella empirica scegliendo una riga e attribuento (più o meno arbitrariamente) ad essa una determinata lunghezza d'onda associata ad uno degli elementi più comuni che di solito risultano presenti in alcuni spettri trovati in rete.

Tale strada sembrava dare buoni risultati, ma non era rigorosa e quindi anche l'attendibilità dei risultati era abbastanza
aleatoria, anche se apparentemente i risultati sembravano coerenti.

A questo punto ho deciso di cercare una strada teoricamente più sicura.
Ho quindi effettuato alcune riprese di alcuni lampioni al Sodio in lontananza. I classici lampioni gialli.
In questo caso la riga più evidente che si registra è appunto quella del Sodio (Na) e quindi da questa immagine si può
stabilire il rapporto di risoluzione (Angstrom/pixel) relativo alla propria configurazione ottica.
Poichè il filtro Star Analyzer 100 produce sul sensore sia l'immagine originale della meteora che il suo spetro ad una certa distaza da essa, e poichè le righe dello spettro sono ad una distanza proporzionale alla reale lunghezza d'onda, misurando la distanza fra l'immagine originale (chiamata ordine 0) e le righe dello spettro (chiamato ordine 1) è quindi possibile ottenere un rapporto di risoluzione (Angstrom/pixel) valido per qualunque immagine ripresa con quella stessa configurazione ottica.

Il valore di risoluzione ottenuto è risultato pari a 77.499 A/px. (Piuttosto basso, ma comunque utile ai nostri scopi).
Questo valore mi è quindi servito per analizzare tutti gli spettri delle meteore.

A questo punto sono stato in grado di calcolare (con una certa approssimazione) la lunghezza d'onda dei picchi registrati nei miei spettri semplicemente misurando la distanza in pixel che separava le linee dall'immagine di ordine 0 e poi moltiplicando tale valore per il rapporto di risoluzione trovato in precedenza.
Si è trattato poi di andare a vedere nella tavola periodica (ed in altre tabelle) quali elementi emettessero a tali lunghezze d'onda o vicino ad esse.
Tutta questa fase è svolta piuttosto comodamente dall'ottimo software AstroSpectrum 100 sviluppato da Ivaldo Cervini.

Anche questo secondo metodo ha sempre una certa componente di discrezionalità nella scelta degli elementi chimici, ma dovrebbe produrre errori inferiori a quelli prodotti usando il primo metodo.

Di seguito mostrerò i risultati dell'analisi di 3 meteore, effettuata usando il lampione come strumento di calibrazione, con i vari errori relativi.
Commenti, opinioni o consigli sono ben accetti ovviamente.

METEORA 1
DATA 20090924 023230 TU

METEORA	Analisi	Meteora 1 CODA

METEORA 2
DATA 20090923 223613 TU

METEORA	Analisi

METEORA 3
DATA 20090923 223613 TU

METEORA	Analisi

Il procedimento usato è in teoria corretto! L'unica cosa è disporre di spettri a maggiore risoluzione, cioè ottenuti con focali più lunghe (F>6 mm), in maniera da avere delle righe con maggiore separazione lineare e quindi più facilmente confrontabili con l'emissioni standard degli elementi chimici.

Giusto per la cronaca, il numero di elementi da monitorare per le meteore sono al massimo una decina, in quanto hanno i picchi più pronunciati.

Ciao

Tornado1977 ha scritto:

Il procedimento usato è in teoria corretto! L'unica cosa è disporre di spettri a maggiore risoluzione, cioè ottenuti con focali più lunghe (F>6 mm), in maniera da avere delle righe con maggiore separazione lineare e quindi più facilmente confrontabili con l'emissioni standard degli elementi chimici.

Sicuramente una focale più lunga permette una maggiore risoluzione, ma allo stesso tempo diminuirà il numero di meteore di magnitudine adeguata che potranno entrare nel campo di ripresa.
Alla fine penso che focali di 6 o 8 mm potrebbero essere un buon compromesso fra campo coperto (e quindi probabilità di meteore) e risoluzione.

Tornado1977 ha scritto:

Giusto per la cronaca, il numero di elementi da monitorare per le meteore sono al massimo una decina, in quanto hanno i picchi più pronunciati.

Ciao

Infatti.
Durante l'analisi ovviamente avrei trovato anche elementi chimici che emettevano esattamente alle lunghezze d'onda misurate sui miei spettri, ma si trattava di elementi "esotici" che, almeno stando alla bibliografia, non si rilevano generalmente nelle meteore.
Ho scelto quindi le associazioni con elementi "classici" anche se mi comportavano un errore maggiore relativo alle lunghezze d'onda.
Errore che comunque è sempre da considerarsi almeno pari alla risoluzione di 77.499 A/pixel.

Tornado1977 ha scritto:

L'unica cosa è disporre di spettri a maggiore risoluzione, cioè ottenuti con focali più lunghe (F>6 mm), in maniera da avere delle righe con maggiore separazione lineare e quindi più facilmente confrontabili con l'emissioni standard degli elementi chimici.

La dispersione, ovvero il rapporto Angstrom/pixel, non dipende dalla lunghezza focale dell'obiettivo. Quando il reticolo è posto dopo l'ottica si può aumentare la dispersione allontanando il reticolo dal piano focale. Col reticolo posto anteriormente all'obiettivo non credo di possa modificare la dispersione se non cambiando il tipo di reticolo o il sensore.

Piuttosto il mio dubbio, che già avevo espresso in privato a Nico, è che per la ripresa degli spettri (e forse in generale per lo studio delle meteore) la somma dei fotogrammi che esegue l'elettronica della Mintron possa essere controproducente.

Ivaldo Cervini ha scritto:

La dispersione, ovvero il rapporto Angstrom/pixel, non dipende dalla lunghezza focale dell'obiettivo. Quando il reticolo è posto dopo l'ottica si può aumentare la dispersione allontanando il reticolo dal piano focale. Col reticolo posto anteriormente all'obiettivo non credo di possa modificare la dispersione se non cambiando il tipo di reticolo o il sensore.

Piuttosto il mio dubbio, che già avevo espresso in privato a Nico, è che per la ripresa degli spettri (e forse in generale per lo studio delle meteore) la somma dei fotogrammi che esegue l'elettronica della Mintron possa essere controproducente.

Ecco alcuni esempi di spettri usando il 3.5 mm a f/1.6





Infatti la distanza D è quello che conta! Con un obiettivo zoom, la crimagliera del corpo lenti permette di aumentare "virtualmente" la distanza focale. Se si considerano le equazioni del reticolo, la risoluzione dello spettro con un 3.5 mm è minore di quella del 6 mm di Nico. Eccole di seguito:

Larghezza delle righe e dimensione del reticolo

La differenza tra un reticolo e delle fenditure di Young è che l'intensità si annulla non appena ci si allontana dalle condizioni di massimo d'interferenza. Invece di avere un picco di forma cos2, si ha un picco molto più stretto: se ci si mette a xk + δx, allora

\Delta\varphi (x) = 2 k \pi + \frac{2 \pi d \delta x}{\lambda D}

un tratto i sarà in opposizione di fase con il tratto 0 se esiste un intero j per cui

i \cdot \frac{2 \pi d \delta x}{\lambda D} = \pi + 2j\pi

ovvero:

i = (1 + 2j) \cdot \frac{\lambda D}{2d \delta x}

Nel caso delle fenditure di Young, si ha l'unica soluzione per λD/2dδx intero; qui, è sufficiente prendere j abbastanza grande perché la frazione diventi intera. In teoria (per un numero infinito di righe illuminate), l'intensità è dunque nulla fuori della condizione di interferenza costruttiva.

In pratica, il reticolo ha un numero finito di tratti, e solo una porzione del reticolo è illuminata. Se chiamiamo N il numero di tratti illuminati, allora l'intensità si annulla per la prima volta quando

\delta x = \frac{\lambda D}{2Nd}

se N è dispari, o in

\delta x = \frac{\lambda D}{2(N-1)d}

se è pari. La larghezza del picco è dunque divisa per N (o per N -1) rispetto alle fenditure di Young.

Sul discorso somma dei frames sono d'accordo con te, Ivaldo. Non ho ancora testato con Registax se il metodo della somma automatica sia utile, però mi sembra che Nico, entro il margine d'errore consentito, abbia avuto buoni risultati.

Ciao

Non penserete davvero che io sia in grado di capire qualcosa di quanto scritto qua sopra, vero?

Tornado1977 ha scritto:

.....
Larghezza delle righe e dimensione del reticolo

La differenza tra un reticolo e delle fenditure di Young è che l'intensità si annulla non appena ci si allontana dalle condizioni di massimo d'interferenza. Invece di avere un picco di forma cos2, si ha un picco molto più stretto: se ci si mette a xk + δx, allora

\Delta\varphi (x) = 2 k \pi + \frac{2 \pi d \delta x}{\lambda D}........................
.............

Scusami Diego, ma forse un po' per mia ignoranza e forse anche perchè è difficile riportare la notazione matematica in forma testuale, devo concordare con Ivaldo.... non ci ho capito nulla.

Tornado1977 ha scritto:

.....
Sul discorso somma dei frames sono d'accordo con te, Ivaldo. Non ho ancora testato con Registax se il metodo della somma automatica sia utile, però mi sembra che Nico, entro il margine d'errore consentito, abbia avuto buoni risultati.

Ciao

In effetti l'utilizzo di Registax ha funzionato, ma solo in 2 casi su 3. Nel terzo caso la situazione non migliorava e quindi ho usato i singoli frame.

L'operazione di somma della quale parla Ivaldo però penso sia un'altra e induca a riflettere se nel caso di riprese a fini spettroscopici non sia meglio lasciare le impostazioni della camera ad 1X invece del classico 2X......

Ciao!Nico!

Ho letto su altri siti di "Star Analizer" e poi ho cercato qui sul Forum! Quindi si può mettere su qualsiasi obiettivo! Io ho un varifocal 4 -12 Tamrom!

E' solo una curiosità prematura, per sapere!
E' certamente interessante!
Il fine dell'uso di quest strumento, quale sarebbe? Avere dati da paragonare con eventuali meteoriti trovate a terra?


Ciao!

Alfredo

Nico Montigiani ha scritto:

Ciao, in questo topic vorrei farvi un resoconto delle problematiche e dei risultati ottenuti durante le mie prime prove di
spattroscopia di meteore.
La strumentazione è quella solita per il monitoraggio di meteore con l'aggiunta di un filtro per spettroscopia STAR ANALYZER 100 con 100 linee/mm davanti all'obiettivo da 6 mm.

Le difficoltà incontrate nell'ottenere le riprese e nell'analisi dei dati ottenuti non sono state poche e non sono ancora del
tutto superate, anche se piano piano sto cercando di migliorare la tacnica.

Una delle difficoltà più grandi è lo scarso numero di meteore con la luminosità adeguata per poter essere registrate anche con il filtro, che fino ad oggi ha dato vita ad una frequenza di circa 1 meteora registrata ogni 2 notti.

Fra le meteore registrate non tutte sono risultate analizzabili poichè il filtro produce uno spettro orientato secondo un certo asse. Nel mio caso ho orientato il filtro in modo che lo spettro fosse parallelo all'asse delle X.

Se una meteora ha una traiettoria parallela anch'essa all'asse X, lo spettro risultante risulterà "impastato" pochè
l'immagine della meteora (che si riproduce) alle varie lungheze d'onda si sovrapporrà a quella della lunghezza d'onda
adiacente facendo scomparire così ogni riga.

E' quindi necessario che la traiettoria delle meteore sia il più possibile parallela all'asse Y in modo da avere uno spettro
con linee di emissione ben separate.
Un ulteriore problema è la velocità apparente della meteora che, senza entrare nel detaglio, è prferibile sia bassa.

Una volta che si è registrata la meteora "giusta" si può procedere con l'analisi del suo spettro.

Il problema principale è capire come calibrare lo spettro poichè non si conosce a priori nessuno degli elementi chimici che hanno dato vita alle specifiche linee di emissione che si vedono negli spettri e quindi non sappiamo a quali lunghezze d'onda esse corrispondano.
Per superare questo scoglio la prima strada che ho tentato è stata quella empirica scegliendo una riga e attribuento (più o meno arbitrariamente) ad essa una determinata lunghezza d'onda associata ad uno degli elementi più comuni che di solito risultano presenti in alcuni spettri trovati in rete.

Tale strada sembrava dare buoni risultati, ma non era rigorosa e quindi anche l'attendibilità dei risultati era abbastanza
aleatoria, anche se apparentemente i risultati sembravano coerenti.

A questo punto ho deciso di cercare una strada teoricamente più sicura.
Ho quindi effettuato alcune riprese di alcuni lampioni al Sodio in lontananza. I classici lampioni gialli.
In questo caso la riga più evidente che si registra è appunto quella del Sodio (Na) e quindi da questa immagine si può
stabilire il rapporto di risoluzione (Angstrom/pixel) relativo alla propria configurazione ottica.
Poichè il filtro Star Analyzer 100 produce sul sensore sia l'immagine originale della meteora che il suo spetro ad una certa distaza da essa, e poichè le righe dello spettro sono ad una distanza proporzionale alla reale lunghezza d'onda, misurando la distanza fra l'immagine originale (chiamata ordine 0) e le righe dello spettro (chiamato ordine 1) è quindi possibile ottenere un rapporto di risoluzione (Angstrom/pixel) valido per qualunque immagine ripresa con quella stessa configurazione ottica.

Il valore di risoluzione ottenuto è risultato pari a 77.499 A/px. (Piuttosto basso, ma comunque utile ai nostri scopi).
Questo valore mi è quindi servito per analizzare tutti gli spettri delle meteore.

A questo punto sono stato in grado di calcolare (con una certa approssimazione) la lunghezza d'onda dei picchi registrati nei miei spettri semplicemente misurando la distanza in pixel che separava le linee dall'immagine di ordine 0 e poi moltiplicando tale valore per il rapporto di risoluzione trovato in precedenza.
Si è trattato poi di andare a vedere nella tavola periodica (ed in altre tabelle) quali elementi emettessero a tali lunghezze d'onda o vicino ad esse.
Tutta questa fase è svolta piuttosto comodamente dall'ottimo software AstroSpectrum 100 sviluppato da Ivaldo Cervini.

Anche questo secondo metodo ha sempre una certa componente di discrezionalità nella scelta degli elementi chimici, ma dovrebbe produrre errori inferiori a quelli prodotti usando il primo metodo.

Di seguito mostrerò i risultati dell'analisi di 3 meteore, effettuata usando il lampione come strumento di calibrazione, con i vari errori relativi.
Commenti, opinioni o consigli sono ben accetti ovviamente.

METEORA 1
DATA 20090924 023230 TU

METEORA	Analisi	Meteora 1 CODA

METEORA 2
DATA 20090923 223613 TU

METEORA	Analisi

METEORA 3
DATA 20090923 223613 TU

METEORA	Analisi