[iulian90]

Buna ziua tuturor.

In aceasta vara am mai lucrat la un constructia unui nou spectroheliograf bazat pe reteaua de difractie de 625 linii/mm, dupa schema clasica cu colimator si luneta separate dar cu un nou tip de fanta, tip cilindru reflectiv subtire , care a fost inspirata din articolul din linkul de mai jos:

http://www.eyes-on-the-skies.org/shs/needle1.htm

Autorul articolului a imaginat in anii 80' un spectroheliograf care foloseste in loc de fanta clasica o fanta tip cilindru reflectiv, constituita dintr-un simplu ac de cusut, la care este folosita partea cilindrica dreapta, nu varful, pentru reflexia luminii solare provenite de la telescop sau luneta si care formeaza o imagine sub forma de dunga foarte subtire, asemeni imaginii unei dungi luminoase privite printr-o fanta clasica spre o sursa de lumina puternica.
Autorul a enumerat cateva avantaje ale fantei reflective in comparatie cu fanta clasica, printre care latimea echivalenta care poate fi mult mai mica in cazul fantei reflective, fara efectele neplacute de difractie care pot aparea in cazul latimii prea mici la o fanta clasica.
Si mai surprinzator este faptul ca pentru a obtine o latime echivalenta la fanta reflectiva diametrul partii cilindrice care o constituie nu trebuie sa fie prea mic, de ex, la un diametru de 1mm al unui cilindru reflectiv se formeaza o fanta cu latime echivalenta de doar 9 microni prin reflexie, ceea ce este remarcabil, tinand cont de faptul ca la aceasta latime de doar 9 microni o fanta clasica formata din doua lame nu atinge performante prea bune, poate doar cele pe suport de sticla sau cuart care sunt scumpe.
Un avantaj important al fantei reflective este faptul ca se obtine automat un paralelism foarte bun, ceea ce cu o fanta clasica cu greu se poate obtine, mai ales la latimi foarte mici.
Un alt avantaj la fanta reflectiva ar fi luminozitatea vizibil mai mare comparativ cu o fanta clasica, deci o eficacitate luminoasa mai buna.
Ca fanta reflectiva cilindrica se mai pot folosi si tije cilindrice recuperate de pe mecanisme de CD-ROM, sau axul unui motor, care daca este functiune , deci invarte axul, rezolva si problema dungile transversale din spectru, acestea disparand in timpul rotatiei axului motorului care constituie fanta, insa trebuie un motor al carui ax sa nu vibreze deloc in timpul rotatiei, motor ce nu dispun deocamdata.

Inspirat de avantajele fantei reflective cilindrice , am construit noul spectroheliograf folosind piesele si materialele pe care le aveam la dispozitie, reteaua de difractie de 625l/mm care echipa fostul spectroscop construit acum doi ani, cateva obiective, printre care cel de 45/550mm care l-am folosit pe luneta de intrare care focalizeaza imaginea discului solar pe fanta, un obiectiv de binoclu de 50mm f/4 pe post de colimator si un obiectiv de 50/360mm care l-am folosit pe post de luneta de iesire ,pentru observarea spectrului, iar pe post de fanta reflectiva am folosit un ac de cusut, cel mai bun ales din mai multe ace, care avea suprafata cilindrica cea mai curata si neteda.

Pentru focalizarea imaginii Soarelui pe fanta am recurs la o noua metoda, cu barlow montat in focuser care realizeaza atat o marire a imaginii discului solar in planul focal al lunetei cu obiectivul de 45/550mm cat si la miscarea planului focal in timpul reglajului de focus.
Fara acest barlow reglarea focuserului lunetei de intrare nu ar fi avut niciun efect asupra pozitiei planului focal al lunetei pe axa optica, care nu s-a mai fi miscat mai in fata sau mai in spate ci ar ramane pe loc.
Astfel cu ajutorul barlow-ului montat in focuser, prin reglarea acestuia planul focal se paote misca mai in spate sau mai in fata, putand fi focalizata imaginea discului solar pe fanta.
Nu am mai ales montarea obiectivului lunetei intr-un sistem de focalizare elicoidal cum am facut pe spectroheliograful cel mare, intrucat e cam dificil si nu s-ar mentine colimarea obiectivului in timpul focalizarii daca acesta nu ar fi corect colimat in acel tip de focuser.
Cu aceasta problema ma confrunt pe actualul spectroheliograf mare cu reteaua de 1800l/mm, obiectivul de la intrare ,cel din exterior, nu isi patreaza colimarea in timpul focalizarii imaginii discului solar pe fanta, decat pentru o singura pozitie a focuserului elicoidal. Mai buna este ideea montarii unui focuser clasic cu un barlow in apropiere de planul focal, si asa am procedat in cazul noului spectroheliograf cu reteaua de 625l/mm.

Pentru reglarea spectrului ,respectiv a retelei de difractie am recurs la un sistem de reglaj cu surub, parghie si arc similar celui de pe actualul spectroheliograf, iar pentru focalizarea spectrului pe camera am montat un focuser clasic pe tubul lunetei de observare a spectrului (de iesire), pe care vine montata camera sau un ocular.

Asadar, noul spectroheliograf dispune de trei tipuri de reglaje; focalizarea imaginii discului solar care se realizeaza din rotita care iesie in afara carcasei si care e in legatura cu focuserul lunetei de intrare cu obiectivul de 45/550mm, focalizarea imaginii spectrului solar pe camera sau ocular, din focuserul montat pe luneta de iesire cu obiectivul de 50/360mm si reglajul pozitiei spectrului din surubul de reglaj montat in lateralul carcasei.

Ca dimensiuni noul spectroheliograf este mai mic si mai compact, dar si mult mai usor decat actualul spectroheliograf, fiind suportat mult mai bine de montura ecuatoriala mare si este si mai rigid construit, nu prea are probleme cu vibratiile ,doar putin cu vantul.

De remarcat este faptul ca nu am mai avut dificultati asa mari in colimarea tuturor elemetelor optice, cum s-a intamplat in cazul actualului spectroheliograf, ci a fost mult mai usor si rapid, in ciuda faptului ca niciun element nu are vreun sistem de colimare cu suruburi, ci am recurs la metoda cu distantiere (saibe) montate pe colierele de prindere ale lunetelor de intrare ,de iesire sau a colimatorului, pana cand am aliniat cat de cat optica, si primele rezultate aratau mult peste primele imagini obtinute anul trecut cu actualul spectroheliograf cu retea de 1800l/mm, ba chiar neasteptat de bune si clare, ceea ce m-a uimit mult (poate a fost si noroc la mijloc).

Dupa finalizarea noului spectroheliograf, cu prima ocazie de cer senin am facut primele teste cu noul spectroheliograf la Soare si m-a impresionat mult claritatea imaginilor obtinute, desi apertura lunetei de intrare este de doar 45mm deci mai mica decat apertura actualului spectroheliograf care e de 60mm, se vad detalii mai multe si mai fine pe imaginile obtinute.

De remarcat este faptul ca magnificatia este mare si imaginea discului nu incape pe senzor, ci doar un sfert din diametrul discului intra pe senzor, ceea ce denota o focala echivalenta mare, de peste 3200mm, ce se datoreaza pe de o parte raportului dintre focala colimatorului (200mm) si focala lunetei de iesire (360mm), avand valoarea 1/1,8 , pe de alta parte barlow-ului montat pe focuserul lunetei de intrare ,care mareste si el putin imaginea discului solar focalizata pe fanta tip ac.

Noul spectroheliograf are dispersia spectrala si deci rezolutia spectrala mult mai redusa decat spectroheliograful mare, insa definitia imaginii parca mai buna.

Si imaginile obtinute cu noul spectroheliograf nu mai prezinta gradientul acela deranjant pe fundalul din jurul discului solar, intrucat noul spectroheliograf fiind facut dupa schema clasica nu mai prezinta reflexii parazite ,ca in cazul schemei optice Littrow prezenta pe actualul spectroheliograf mare (insa si in acest caz am rezolvat in mare reducerea luminii parazite prin lipirea bulinei de velur negru in centru obiectivului din interior).

Mai jos prezint cateva poze cu detaliile constructive ale noului spectroheliograf precum si niste imagini cu Soarele in banda ingusta obtinute in vara cu el.

[zoth]

Foarte faina ideea cu fanta reflectiva Felicitari pentru constructie si pentru reusita!

O singura observatie as face: functie de solutia mecanica generala a constructiei, ansamblul obiectiv intrare-barlow poate dezvolta comportamente mai critice decat obiectivul simplu. Dar ... totul e bine cand se termina cu bine, iar in cazul tau vad ca asa s-a terminat

Cer senin!

[valy]

1. M-as gandi la un sistem care sa miste acul si sa baleieze intreg planul focal, daca poti baleia de 15-30 ori pe secunda cred ca poti folosi instrumentul si la vizual. In mod sincron trebuie selectata si felia, la ocular.
2. Poti folosi mai multe ace, unul langa altul astfel incat sa obtii mai multe benzi simultan. In cazul asta cred ca mai trebuie niste fante ca sa nu se incalece spectrele.
3. Si nu in ultimul rand: FELICITARI pt realizare!

[Erwin]

Felicitări, Iulian. Ingeniozitatea cu care ai rezolvat problemele tehnice este de lăudat! Specialiștii nici măcar nu pot concepe realizarea unui instrument de precizie fără a folosi un banc optic care costă "un rinichi"... Iată că tu l-ai făcut din resturi, pe genunchi, iar imaginile H alpha obținute cu acest nou instrument apar mai clare și mai contrastante decât cele obținute cu un filtru profesional.

Ai calculat cumva lățimea de bandă/rezoluția spectrală a noului instrument?

[valy]

[catalin dumitru]

Tare de tot ! Îmi amintește de teorema lui Babinet .

Felicitări !!

[iulian90]

Multumesc tuturor pentru felicitari.

@zoth. Intradevar, ansamblul obiectiv-barlow putea pune probleme in ceea ce priveste raspunsul optic insa in cazul meu se comporta bine. Barlow-ul este GSO 2,25x cu trei elemente optice, care insa are un alt factor de marire in cadrul spectroheliografului, anume 3,2 x.

@valy. Desigur ca pe viitor o sa incerc sa construiesc si o varianta de SHG (spectroheliograf) vizual, cu sintetizor de imagine la care fanta-ac sa baleieze in planul focal impreuna cu o fanta la iesire (in planul focal secundar) care va fi tip clasic ,eventual detasabila in timpul reglarii spectrului si centrarii benzii de interes.
In ceea ce priveste montarea mai multor ace in planul focal primar (al lunetei de intrare) m-am gandit deja varianta asta, dar nu ar fi fezabila din cauza ca dispersia spectrala este mare si nu am cum sa setez unul din ace pe banda Ha iar celalalt pe banda He, Hb sau mai ales Ca care e cea mai indepartata fata de Ha si sa scanez pe ambele cu aceeasi camera, cel mult pentru doua lungimi de unda apropiate intre ele ar merge, dar nu prea mai are relevanta, caci in apropiere de una din benzile de interes exista numai linii de metale nesemnificative subitri si sterse sau chiar spatii goale (continuum) in apropierea benzilor de interes. In plus de asta spectrele s-ar amesteca intre ele pe aceeasi senzor al camerei si ar fi greu de separat intre ele.

Totusi in cazul acesta m-am gandit la o alta varianta: un SHG cu o singura luneta de intrare, o singura fanta tip ac (sau clasica), un singur colimator o retea de difractie ,dar doua sau chiar trei lunete de iesire amplasate in fata retelei de difractie sub unghiuri diferite fata de axa optica a fascicolului dispersat de retea, fiecare luneta cu cate o camera ,conectate la acelasi laptop, iar in acest caz este posibila setarea lunetelor pe benzi diferite cu diferente mari de lungime de unda, de ex. o luneta setata pe Ha (si fixata definitiv acolo) ,cealalta setata pe He, Hb sau Ca, deci sa fie reglabila. In acest fel as putea sa scanez Soarele pe doua sau trei benzi simultan, fara sa mai pierd timp cu schimbatul benzilor, centrarea lor pe camera, refocusarea etc.. Dar ramane de vazut, va fi un proiect de viitor.

@Erwin. Intradevar, se pot construi instrumente de importanta mare si fara sa fie nevoie de banc optic (sau poate fi improvizat). Eu am folosit chiar structura spectroheliografului drept banc optic pentru reglarea si alinierea elementelor, pana sa ii fac carcasa.

Latimea de banda sau rezolutia spectrala am calculat-o si este de aproximativ 0,1 Angstromi/pixel (0,01 nm/pixel), mai exact 0,097 A/pixel pentru banda Ha si am calculat-o cu ajutorul a doua forumule de calcul ,luate din doua surse diferite si anume:

Prima formula este:

r=10000000 x p x cos A/ N / Fo

unde r= rezolutia spectrala in Angstromi/pixel
p=dimensiunea pixelilor camerei in mm
N=numarul de linii/mm al retelei de difractie.
Fo= focala obiectivului lunetei de iesire in mm.
cos A=cosinusul unghiului fascicolului difractat fata de axa perpendiculara la planul retelei de difractie.

Unghiul A= arcsin (N x Lambda)

unde N= nr linii/mm al retelei si Lambda= lungimea de unda a benzii sau liniei spectrale de interes) in mm.

Si a doua doua formula de calcul:

r=Fo/Lambda x d,

unde Fo= focala obiectivului lunetei de iesire in mm, Lambda= lungimea de unda in nm de data asta si d= 1/N = spatiul dintre doua linii ale retelei de difractie, tot in nm.

Ambele formule de calcul mi-au dat acelasi rezultat cu diferente foarte mici de ordinul miimilor.

Asadar, latimea de banda a noul SHG este cam de 9 ori mai mare decat cea a actualului SHG, deci rezolutia spectrala tot de-atatea ori mai mica. Dar la latimea de banda de 0,1 A noul SHG este peste filtrul Daystar Quark H-alpha , care are o latime de banda de minim 0,3 A din ce am inteles.

[valy]

E ciudat ca merge asa bine, un ac sub microscop nu arata prea bine

[Erwin]

Mulțumim pentru explicațiile detaliate, Iulian! Ai devenit specialist.

Valy, tu ai făcut poza? Fă și la partea cilindrică. Poate aia este bine lustruită, mai ales la un ac folosit. Am sperat că un ac de mașină de cusut este mai bun dar se pare că nu, are un canal longitudinal și porțiunea utilă este scurtă.

[valy]

O sa incerc sa fac. Nu aveti microscop?
Cred ca am si niste burghie foarte subtiri, sunt curios ele cum sunt.

Cat trebuie sa fie lungimea de lucru? La focala de 1m cred ca discul are cam 10mm in planul focal. Campul microscopului e cam 0.3mm.

[iulian90]

Lungimea de lucru la fanta cu ac in cazul noului spectroheliograf este in jur de 20-25mm, mai ales ca luneta de intrare are si un barlow care mareste imaginea discului solar, dar in cazul in care nu as fi folosit barlow, ar fi suficient 15mm lungimea de lucru, cu tot cu rezerva in jurul discului (pentru protuberante).
Calitatea suprafetei la acele de cusut variaza mult, eu din vreo 20 de ace am gasit unul care sa aiba suprafata lucioasa cu cat mai putine defecte si rugozitate cat mai mica. In cazul asta un cilindru subtire din sticla aluminizat ar da cele mai bune rezultate, intrucat sticla are cu mult mai putine defecte pe suprafata ei comparativ cu otelul din care sunt facute acele de cusut.
O alta idee ar fi sa folosesc o bucata mica de fibra optica scoasa dintr-un cablu de fibra optica de internet, am inteles ca e facuta din sticla si e foarte subtire, s-ar preta foarte bine ca fanta reflectiva , desigur daca rezista la temperatura mare din planul focal al lunetei de intrare in SHG.

[valy]

Asa ceva ?
https://www.edmundoptics.eu/f/fiber-optic-image-conduits/11464/
https://www.creatoroptics.com/germanium_rod_lens.htm

Se poate polisa acul? Suprafata nu pare difraction limited L/4.

Dar oricum, rezultatele obtinute arata ca merge si asa.

[catalin dumitru]

Nu vă mai bateți capul . Am prin cutiuțe ace germane vechi de vreo 70-80 de ani . Sunt lungi de 39 mm și vreo 28 pot fi folosiți pentru aplicația asta . Grosime 0,7 mm și finisaj bestial . Când o să trimit pachet la București , bag și vreo câteva din astea .

[iulian90]

Buna seara tuturor.

Va prezint inca un spectroheliograf cu fanta tip ac, construit anul trecut, mai mare decat primul mentionat mai sus, bazat pe luneta acromata de 80/900mm, o luneta de 60/700mm si o retea de difractie de 1800 linii /mm.

Spre deosebire de micul SHG (spectroheliograf) de 45mm cu fanta tip ac si retea de 625l/mm, care este construit dupa schema optica clasica cu colimator si obiectiv de camera separate, cea dea doua varianta de SHG cu fanta tip ac este contruit dupa schema Littrow cu autocolimare, in care luneta mai mica ,de 60/700 joaca rolul atat de colimator cat si de obiectiv pentru camera , fascicolul de lumina de la fanta plasata in focarul lunetei de 80/900mm trece printr-un asa-numit releu optic (montat pe luneta de 60/700) spre obiectivul lunetei de 60mm care il colimeaza pe reteaua de difractie. Mai departe reteaua difracteaza fascicolul producand un spectru si o parte din el se intoarce prin obiectivul lunetei de 60mm catre releul optic care contine o oglinda dispusa off-axis, ce directioneaza fascicolul difractat (cu o mica parte a spectrului) spre camera.
Releul optic gestioneaza ambele fascicole (cel incident si cel difractat) in asa fel incat fascicolul incident trece in linie dreapta (usor inclinata pe axa optica) pe langa oglinda iar fascicolul difractat , care se intoarce inapoi aproximativ pe aceeasi directie, sub un unghi usor diferit fata de fascicolul incident, este reflectat de oglinda releului spre camera.
Mai era varianta de a utiliza un cub divizor in locul oglinzii in releul optic insa nu se preteaza din cauza reflexiilor secundare pe suprafetele cubului, care s-ar adauga reflexiilor parazite pe suprafata R4 a obiectivului lunetei de 60/700mm (o parte din fascicolul incident se reflecta pe obiectivul lunetei), acesta fiind un dezavantaj inerent schemei Littrow cu autocolimare, insa poate fi ameliorat plasand sau lipind o mica bulina din velur negru pe centrul obiectivului lunetei de 60mm,ca un fel de capcana pentru reflexiile parazite, aceasta eliminand mare perte din reflexiile parazite de pe obiectiv. Obstructia produsa de bulina este nesemmificativa intrucat aceasta poate avea un diamentru de doar cativa mm (maxim 5mm).
Spre deosebire de vechiul SHG de 60mm cu retea de 1800l/mm care este tip monobloc (cu toate componentele in aceeasi carcasa inclusiv luneta principala de intrare) sau de micul SHG de 45mm cu retea de 625lmm ,care are doar luneta principala si obiectivul de camera partial iesite in afara, restul componentelor fiind in carcasa, noua varianta de SHG cu luneta de 80mm foloseste ambele lunete in tuburile originale,fara carcasa (doar reteaua de difractie are o carcasa), cea mica fiind fixata de luneta mare cu niste coliere, obiectivul acesteia intrand partial in carcasa in care se afla reteaua de difractie. Reteaua de difractie dispune de un sistem de reglaj dual, adica poate fi rotita direct, din roata cea alba (dupa cum se vede in imagini) dar si printr-un sistem de reglaj fin cu praghie, surub si arc, ce poate fi cuplat la axul cu roata alba print-un surub aflat in capatul parghiei prin care trece axul suportului retelei de difractie. Cand trebuie sa trec de la o portiune la alta a spectrului, de ex, de la Ha la Hb sau Ca rotesc de roata, iar cand e nevoie de centrarea liniei, cuplez mecanismul de reglaj fin prin strangerea surubului de pe parghie si fac reglajul fin al spectrului.

Fanta este amplasata intr-o mica diagonala de 1,25" "carosata" cu textolit, ce intra in diagonala de 2" a lunetei principale. Fanta poate fi reglata si colimata in trei directii, odata prin rotirea diagonalei mici in cea mare, odata prin rotirea diagonalei mari in focuserul lunetei principale si odata prin deplasarea axiala a diagonalei mici in cea mare. Ca fanta am folosit initial un ac din cele care aveam prin casa, apoi l-am inlocuit cu unul din acele trimise de dl. Catalin Dumitru, care sunt mult mai calitative decat acele care le am eu, suprafata cilindrica aratand "oglinda" la nivel microscopic in comparatie cu acele mele.
Focalizarea spectrului si a imaginii Soarelui pe fanta se realizeaza actionand atat din focuserul de 2" al lunetei principale de 80mm ,care deplaseaza fanta mai aproape sau mai departe fata de focarul lunetei de 80mm ,dar si fata de focarul lunetei de 60mm de pe partea de spectroscop, cat si din focuserul de 1.25" al acesteia care deplaseaza releul optic pe care e montata si camera.

Am facut de-a lungul timpului teste si apoi capturi in banda ingusta la Soare cu instrumentul respectiv, desigur ca au mai fost nevoie de reglaje ,colimare , dar odata adus pe drumul bun acest instrument ofera imagini mai detaliate decat vechiul SHG de 60mm cu care fac des scanari la Soare. Numai ca noul SHG lucrand la focala de 900mm a lunetei de 80mm (partea de spectroscop avand un factor unitar nu mareste deloc imaginea de pe fanta, respectiv din focarul lunetei de 80mm), produce o imagine a discului solar destul de mare ce nu se incadreaza pe senzorul camerei, intrand aproape trei sferturi pe latura cea mare a senzorului camerei. Ca sa fac un mozaic cu discul intreg sunt necesare cate doua scanari, cu cate o emisfera , pe care le prelucrez separat iar imaginile finale cu cate o parte din discul solar le unesc apoi pentru a forma intreg discul solar. Dar merita efortul intrucat obtin detalii mai fine decat daca discul ar fi mai mic si s-ar incadra pe senzor.

Mai jos va prezint cateva poze cu instrumentul in cauza precum si niste imagini obtinute de-a lungul timpului cu el, pe diverse lungimi de unda. Pe lungimi de unda mai scurte (in potriunea albastra si mai ales UV a spectrului solar) luminozitatea spectrului ( si a imaginilor extrase din scanari) scade destul de mult din ce am constatat (dealtfel acest lucru l-am remarcat si la micul SHG de 45mm) insa imaginile in Ca sunt clare si bune mai ales daca se foloseste si un filtru (albastru 80A) ca ERF pentru a reduce efectul de scadere a constrastului produs de o parte din reflexiile parazite, care scapa uneori de capcana (bulina de pe obiectivul lunetei de 60mm de pe partea de spectroscop).

[Erwin]

Mulțumim, Iulian, ești o sursă de inspirație pentru noi! Jos cu pălăria pentru ingeniozitatea cu care ai reușit să rezolvi o serie de probleme tehnice în construcția acestui nou instrument, mie mi se pare că este mai simplu de construit și mai performant decât un SolEx, având la bază componente uzuale, relativ ieftine. Felicitări!