Amateur-Astrospektroskopie
 private Webseite von Roland Bücke

Ausrüstung




Anfänglich beobachtete ich mit meinem selbstgebauten 8" Dobson-Teleskop (Abb. 1) rein visuell. Seit 2000 beschäftige ich mich aber schwerpunktmäßig mit der Spektroskopie, was einen Ausbau dieses Teleskops mit einer Schrittmotoren-Nachführung erforderlich machte. Vereinfachend wirkt sich aus, dass bei der Fokusierung auf ein punktförmiges Objekt die zusätzliche Korrektur der Bildfelddrehung, wie sie bei einer azimutalen Montierung auftritt, entfällt.
Abb. 1: 8" Dobson-Teleskop mit Schrittmotoren-Nachführung

Die schwache Montierung des Dobson-Teleskops trägt keine Zusatzgeräte wie einen Spektrographen. So blieb als Ausweg nur der Einsatz eines Lichtleiters. Durch diesen wird der Spektrograph mechanisch völlig vom Teleskop entkoppelt, so dass dieser nun in Gewicht und Größe nicht mehr durch die Tragfähigkeit der Montierung limitiert wird. Neben diesem Vorteil muss man aber zusätzliche Lichtverluste, die beim Einsatz eines Lichtleiters unvermeidlich sind, in Kauf nehmen.

Die nächste, wohl größere Schwierigkeit resultiert aus der azimutalen Montierung eines Dobson-Teleskops. Eine präzise Nachführung über die Stundenachse wie bei einer paralaktischen Montierung ist bei dieser Montierung nicht gegeben. Die Alternative zu einer einfachen Schrittmotorensteuerung mit permanenter manueller Nachführkorrektur sind lichtelektrische Nachführsysteme. Ein solches realisierte ich durch eine spezielle Anordnung weiterer Lichtleiter (kohärentes Faserbündel) zur Positionsbestimmung des Sterns: Um die zentrale Faser zur Weiterleitung des Sternlichts an den Spektrographen sind 6 weitere Fasern gleichen Durchmessers möglichst gleichmäßig und dicht angeordnet (siehe Abb. 2). Die lichtleitenden Faserkerne mit einem Durchmesser von 200µm zeichnen sich tiefschwarz ab und sind von einem 15µm dicken Kunststoffmantel, dem so genannten Cladding, umgeben. Die Fasern sind als Bündel mit Epoxydharz in eine Glaskapillare eingeklebt und dann geschliffen und poliert worden. Die Politur der Endflächen ist entscheidend für eine möglichst verlustarme Ein- und Auskopplung des Lichts.

Die Herstellung dieser Lichtleiteranordnung erfordert allerdings ein beträchtliches Maß an Geduld und einige Übung im Umgang mit den dünnen Fasern. Nicht gleich der erste Versuch gelang zufrieden stellend! Der so gebildete Faserring um die zentrale Faser dient der Positionsbestimmung des Sterns. Ein Teil des Lichts (ca. 8%) wird durch eine dünne Planplatte (Deckglas für die Mikroskopie) zur visuellen Grobeinstellung und Kontrolle seitlich herausgelenkt. Das Licht fällt aus den Faserenden direkt auf Fotodioden, deren extrem schwache Fotoströme in rauscharmen Verstärkerstufen soweit verstärkt werden müssen, dass sie über eine weitere Konditionierung die Steuersignale für beide Teleskopachsen bilden. Sämtliche elektronische Schaltungen sind auf Universalleiterplatten ausgeführt, so dass während der Entwicklungsphase schnell Änderungen vorgenommen werden konnten und die Erstellung von Leiterplatten-Layouts entfiel.

Abb. 2: Faserbündel für die Übertragung des Lichts zum Spektrographen und zur Nachführung des Teleskops

Auf Abb. 3 ist die komplette Ausrüstung, so wie sie nachts zum Einsatz kommt, abgebildet. Links neben dem Teleskop steht auf einem Stativ das Gehäuse, in dem die Elektronik zur Nachführung untergebracht ist. Darunter, direkt auf der Wiese stehend, ist der Spektrograph zu erkennen. Dieser befindet sich zum Schutz in einer Transportkiste aus Holz. Für das Auslesen der Spektren aus der CCD-Kamera, auf die ich weiter unten noch etwas genauer eingehe, genügt ein altes Notebook mit DOS als Betriebssystem. Mit dieser Ausrüstung können Sterne bis etwa 4 mag spektroskopiert werden. Zur Wellenlängenkalibrierung ist es möglich, das Spektrum einer Neonlampe aufzunehmen, indem diese unmittelbar vor die Faser am Teleskop platziert wird.

Abb. 3: komplette Ausrüstung für die Spektroskopie

Der Spektrograph

Der Spektrograph (Abb. 4) wurde aus vorhandenen optischen Komponenten aufgebaut und somit waren Kompromisse bei der Dimensionierung unausweichlich. Die Glasfaser bildet mit ihrem 200µm Kerndurchmesser den Eintrittsspalt. Als Kollimator und Kameraobjektiv wurden gebrauchte Fotoobjektive mit 200mm bzw. 135mm Brennweite verwendet. Das Reflexionsgitter war ursprünglich zur Abstimmung auf den gewünschten Wellenlängenbereich drehbar gelagert, ist aber mittlerweile zur Verbesserung der Stabilität für Radialgeschwindigkeitsmessungen auf den Wellenlängenbereich von 5700 bis 6700 Angström fixiert. Die Justage der optischen Komponenten ist sehr diffizil, da das 135µm schmale Spektralband auf die wenig breitere CCD-Zeile über eine Länge von 28mm fokussiert werden muss.

Abb. 4: Spektrograph mit geöffnetem Gehäuse

Die technischen Details des Spektrographen und der Zeilenkamera sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Spektralbereich:
5700 - 6700 Angström
spektrale Auflösung:
1.9 Angström
Dispersion:
0.56 Angström/Pixel
Brennweite des Kollimators:
200 mm
Brennweite der Kamera:
135 mm
Kantenlänge des Gitters:
50 mm x 50 mm
Anzahl der Linien:
1800 Linien/mm
Durchmesser des Lichtleiters:
200 µm
CCD-Zeilensensor:
Sony ILX511
Anzahl der Pixel:
2048
Abmessungen der Pixel:
14 x 200 µm

Auch die CCD-Kamera ist ein Eigenbaugerät mit dem Zeilensensor ILX 511 von Sony.

Warum erfolgte der Selbstbau einer CCD-Zeilenkamera, wo doch eine Vielzahl von Astrokameras angeboten werden? Neben den wesentlich geringeren Kosten und dem Spaß am Eigenbau kann die Kamera entsprechend den persönlichen Vorstellungen individuell gestaltet werden. Des weiteren bietet der Einsatz eines Zeilensensors gegenüber einem Flächensensor einige interessante Aspekte:


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