Spettroscopia e Spettrografia Stellare Amatoriale

SETUP di ACQUISIZIONE con CCD e RIFRATTORE

La strumentazione necessaria per acquisire gli spettri stellari delle stelle piu' luminose senza grosse pretese in termini di risoluzione e' alquanto esigua. La configurazione presentata qui permette con una spesa ridicola di acquisire spettri fino alla 4/5a mag. con un singolo scatto da 30/60 secondi e di osservare chiaramente le righe di assorbimento dell'idrogeno (chiamate "serie di Balmer"). Andando a caccia di spettri particolari si possono avere grandi soddisfazioni, un esempio per tutti: nello spettro di gamma Cas e' facilmente visibile la riga di emissione alfa (invece che di assorbimento) dell'idrogeno.

Il telescopio qui utilizzato e' un Vixen ED102SS, un rifrattore semi-apocromatico da 100mm di diametro per 660 mm di focale. Possono essere utilizzati anche normali teleobbiettivi fotografici ma e' chiaro che andrebbe evitato qualsiasi obbiettivo fortemente viziato da problemi di cromatismo. Il ccd e' un economico Starlight Express HX516, reperibile sul mercato dell'usato ad un prezzo che varia dai 700 ai 900 euro. Si tratta di un sensore con pixel molto piccoli, 7 micron circa, adatto a lavorare con focali corte. Virtualmente qualsiasi ccd e' adatto alla bisogna ma si tenga presente che gli spettri sono piuttosto lunghi e quindi un campo generoso non guasta, evitando di dover riprendere lo spettro a "pezzetti". Con il sistema rappresentato e' possibile acquisire uno spettro intero, dall'UV all'IR in due immagini. Il problema della risoluzione non e' in alcun modo critico dato che il sistema e' intrinsecamente a bassa risoluzione per via del sistema di diffrazione usato.

Il cuore dello spettrografo in oggetto e' un filtro fotografico Cokin Cosmos #40, reperibile presso distributori di materiale fotografico di un certo livello. Dato che si tratta di materiale praticamente invendibile il prezzo puo' variare di molto tra i 15 e i 32 euro. In ogni caso la spesa e' affrontabile... Il filtro Cokin Cosmos e' una grata di diffrazione da 260 linee per mm e quindi fa egregiamente al caso nostro.

Il problema principale sta nel trovare un modo per posizionare il filtro davanti al ccd, cercando di non allontanarsi piu' di qualche cm dal sensore. Infatti piu' ci si allontana piu' lo spettro generato dal filtro si allontanera' dalla stella costringendoci ad allungare la procedura di centraggio. Nel mio caso non e' stato possibile montare subito il ccd vicino alla grata e quindi la procedura di acquisizione consiste nel centrare la stella nel campo e successivamente muoversi in declinazione fino a incontrare lo spettro.

Il filtro produce n spettri simmetrici alla sorgente, questa viene chiamata "Spettro di Ordine Zero". Il primo spettro che si incontra viene chiamato "Spettro di ordine Uno" e cosi' via. La stessa struttura e' ripetuta dalla parte opposta dell'Ordine Zero.

Una sfera di acciaio su un supporto di teflon produce due fonti
di luce, la prima, prodotta dal riflesso del sole sulla sfera, genera
attraverso il filtro lo spettro sottile in alto, l'altra
produce lo spettro piu' diffuso di forma circolare.
Un immagine identica si forma anche a sinistra della sfera.

Questo e' un po' il limite di questo sistema, la luce viene ripartita oltre che su diversi ordini anche sui due lati dell'ordine zero e quindi l'efficenza complessiva scende drasticamente. Quel che voglio dire e' che difficilmente riuscirete con questo spetrogafo ad ottenere spettri di galassie, nebulose o altri oggetti molto deboli.

TECNICA DI RIPRESA

Stazionata polarmente la montatura si procede al montaggio del filtro e del ccd avendo cura di mantenere il sensore abbastanza vicino al filtro. 2 o 3 cm vanno bene. Piu' vicino si otterra' uno spettro molto corto e troppo lontano uno spettro molto lungo e soprattutto molto distante dalle stella generante.

Si allinea il filtro in modo che lo spettro si produca sull'asse nord/sud, ovvero secondo la declinazione, in modo da non soffrire troppo degli errori di inseguimento della montatura. Ci si puo' aiutare con un oculare (campo largo...e possibilmente corretto...) dato che lo spettro e' visibile anche a occhio.

Si procede quindi ad allineare il ccd al filtro in modo che lo spettro tagli il quadro di ripresa da destra verso sinistra. In questo modo tutto il sistema e' allineato nord-sud, eventuali errori in AR si limiteranno a spalmare lo spettro nel senso delle sue righe di assorbimento/emissione senza causare danni. In sostanza: quando premete i pulsanti nord/sud della mont. lo spettro si muove lungo il suo asse verso sx o dx, quando premete i pulsanti est/ovest lo spettro si muove verso l'alto o il basso parallelamente a se' stesso.

Si acquisisce al centro del campo la stella di cui si desidera lo spettro (Ordine Zero) e quindi ci si muove verso nord o verso sud (se avete allineato come ho descritto, altrimenti solo dio sa dove sara' lo spettro...) fino a incontrare lo spettro stesso (Ordine Uno). Attenzione, la parte di spettro piu' vicina alla stella e' la parte BLU. Questo significa che essendoci uno spettro sia sopra che sotto la stella (per via di come e' fatto il fltro Cokin) se andate verso l'alto avrete il BLU sulla dx del quadro e il rosso a dx, se andate verso il basso sara' il contrario. In ogni caso e' abbastazna facile orientarsi se la stella ha le righe dell'idrogeno molto marcate. Inoltre la parte blu dello spettro e' molto piu' luminosa e spesso piu' interrotta dalle bande di assorbimento che non la parte rossa. Prestate attenzione perche' in certe configurazioni capita che gli ordini si sovrappongono. Cercate in questo caso di capire dove inizia la sovrapposizione, oppure allontanate il sensore dal filtro.

Si acquisiscono quindi le parti dello spettro fino al termine. I tempi di acquisizione con il sistema indicato vanno dai 10/20 secondi per Vega, 60 per Altair, fino a 240 sec. per Mu Cep (La stella Granata) che e' di mag 3.4 ed emette soprattutto nel rosso dove l'efficenza quantica dei sensori ccd cala. In pratica in pochi minuti si possono acquisire gli spettri di una enorme quantita' di stelle, prima magari di avventurarsi su spettrografi piu' complessi (e costosi) e oggetti piu' deboli come gx, nebule, supernovae e via discorrendo.

I problemi di questo tipo di spettrografo sono presto detti:

- limitata risoluzione. Le righe a forte assorbimento sono ben visibili ma scordatevi le righine sottilissime degli elementi piu' pesanti.

- relativa inefficenza del sistema Cokin. La produzione di infiniti ordini di spettri su entrambi il lati della sorgente dissipa luce inutilmente. Questo comporta tempi molto lunghi di ripresa per spettri di oggetti deboli. Va fatto notare che non ha molto senso usare un sistema come questo per acquisire spettri difficili, per via della bassa risoluzione.

- Presenza di stelle di campo lungo lo spettro. Questa probabilmente e' la cosa piu' fastidiosa. Lo spettro viene prodotto dal filtro "dove capita", nel senso che capita sovente che alcune stelle siano proprio in coincidenza della striscia di luce. In questo caso l'infomrazione relativa a quella parte di spettro viene persa e soprattutto bisogna stare attenti a non confonderle con righe di emissione! Un esempio pratico e' Gamma Cas, che ha una vistosissima (e a mio giudizio bellissima...) riga di emessione sull'Halfa e puo' sembrare una dannata stella sovrapposta... per esserne certo ho dovuto ruotare il filtro e accertarmi che il puntolino luminoso sullo spettro si spostasse insieme allo spettro.

I vantaggi viceversa sono lampanti... costo praticamente ZERO e risultati sufficenti a giustificare un certo numero di sere, magari con la luna piena o un cielo non meraviglioso, passate in giardino o sul tetto. E' anche un sistema che permette di avvicinarsi alla materia in via pratica o un trampolino per buttarsi nella costruzione di spettrografi piu' seri.