Spectroscopie.. onbekend maakt (terecht???) onbemind….

OF….is het wellicht andersom dat onbemind onbekend maakt?? Hmmm, MIRI,  de spectroscoop van de geachte concurrent, een zekere JWST, doet het nu ook. Ach, da’s toch aardig!!Ok….flauw geintje…maar in het kader van de inhoud het onderstaande blog(je??) waar ik nu alweer een dikke week mee bezig ben zou er, gezien de toevalligheid van gelijke onderwerpen, toch wellicht enig “begrip” voor kunnen worden opgebracht?? Het gaat hier namelijk in beide gevallenen over het onderwerp Spectroscopie en het typische feit is,zo  vind ik althans, dat het in elk geval nog steeds op z’n minst wel wonderlijk te noemen is, dat de meest gangbare c.q. de meeste gebruikte manier van informatie-vergaren in de wereld der professionele Astronomie…..Spectroscopie…. in de wereld der amateur Astronomie nog steeds eigenlijk zo ongelofelijk onbekend en derhalve ook zo onbemind blijkt te zijn. Maar….. wellicht is daar een goede reden voor. Tijd voor een onderzoekje!!

In de wereld der Amateur Astronomie zijn mooie glossy multicolour deep sky opnames en rijkgedetailleerde Maan en planeetplaatjes “The King of the Trade”….enne….de kwaliteit van deze amateur opnames zijn vaak net zo goed of soms nog wel beter dan de opnames gemaakt met het multi-meter (als dan niet space based) astrospeelgoed van onze geachte betaalde collega’s!!

Maarre….ECHTE sterrenkunde is het zeker NIET!!

ECHTE sterrenkunde wordt NIET bedreven met behulp van mooie glossy bling bling astro-plaatjes maar WEL met van die vreemde “saaie (??)  regenboogkleurige balkjes met daarin van die vreemde zwarte (en/of witte) lijntjes”  die we SPECTRAALLIJNEN noemen,  zoals die te zien zijn op nevenstaande, uit eigen keuken afkomstige moeizaam verkregen, opname, zijnde het spectrum van de ster Wega, zijnde de hoofdster van het sterrenbeeld de Lier.

Al richt je de grootste multimeter telescoop op Moeder Aarde gewapend voorzien van een oculair die een vergroting geeft van een ziljoen keer op de dichtsbijzijnde ster, dan nog zie je  geen ene reet meer aan die desbetreffende ster dan wanneer je die zou waarnemen  met het blote oog zonder telescoop!!!!

Wat je ook doet,  “het kreng” is en blijft een volledig detail en informatieloos lichtpuntje. Nou ja, dat laatste is dan ook weer niet helemaal correct want je ziet weldegelijk een schijfje, hoor…MAAR dat is NOOIT het echte ware plaatje van de ster in kwestie!!

Dat ogenschijnlijke schijfje is en blijft nog steeds altijd het onoplosbare sterpuntje die zich als een steroppervlak aan ons LIJKT te vertonen door de verstorende invloed van onze woelige aardatmosfeer en het feit dat het van de ster afkomstige licht wordt verstoord omdat het door de telescoop naar een brandpunt wordt geforceerd.  Dit “sterschijfje” noemen wij in de optica een diffractie-schijfje of Airy-disk (vernoemd naar de engelse ondekker George Biddell Airy ergens in 1820) en is dus wederom gezegd NOOIT een echt sterschijfje!!!

Ik kan mij nog als de dag van gisteren  de megafrustratie voor de geest halen toen ik heel langgeleden mijn eerste telescoop met z’n dikste vergroting ozo verwachtingsvol op de heldere ster Wega richtte…..het heette tenslotte toch “sterrenkijken”?!?…..maarre hoe ik ook loerde en tuurde…nada…noppes….niets te zien….het “kreng” bleef maar gewoon een detailloos blubberend puntje/schijfje.

Ach…had ik toen maar kennis gehad van en de juiste spullen voor het maken van een SPECTRUM van de ster Wega, dan was deze eerste telescoop waarschijnlijk niet eerst tegen de muur aangepletterd en vervolgens ge-eindigd als (gehavende!!)vuurtoren op mijn treinbaan!!!!

Maar goed dit terzijde en hoewel we dus niets direct kunnen zien, weten we, met dank aan de kracht van die edele sport der spectroscopie,  zo ongeveer “de duvel en z’n ouwe moer” van de sterren,  ondanks die helaas zo onhandige en onmogelijke grote afmetingen van ons “astronomisch laboratorium’ zijnde het onmetelijke Universum!

Spectra/Spectraallijnen zijn de grote informatiebronnen voor de moderne Astronomie!!

Met een spectroscoop geplaatst tussen het telescoop-objectief (lens/spiegel) en een digitale camera kun je plaatjes maken met een grote weelde aan informatie die verstopt zit in het naar ons toekomende sterrenlicht. Die informatie betreft zaken zoals chemische samenstelling, druk, temperatuur, magnetisme, rotatie-snelheid en nog heel veel meer.

Het enige wat je moet doen met dat sterrenlicht is het uiteenrafelen. (Ster) licht lijkt meestal uniform wittig van kleur maar als je dit licht door een prisma loodst, zoals o.a. ene Isaac Newton dit een jaartje of 300 geleden voor het eerst deed, dan blijkt dat wittige licht opeens zomaar te bestaan uit een hele bonte verzameling van kleuren….van diep rood naar helder blauw.

Als je dan vervolgens een setje prisma’s zodanig achter elkaar plaatst en deze ook nog eens door een hele smalle spleet via een telescoop naar de hemellichamen laat “kijken” dan blijkt op sommige plekken in het geprojecteerde/gefotografeerde kleurenbandje “stukjes kleur in dat inkomende sterrenlicht te ontbreken”.

Als je het te fotograferen regenboogkleurige kleurenstripje vervolgens even over de fotografische plaat laat bewegen dan verworden die “stukjes kleur die ontbreken” op de opname vanzelf tot kleine “lijntjes”. Deze zwarte (donkere) lijntjes, niet als eerste gezien maar wel als eerste begrepen, zijn vernoemd naar hun ontdekker (ergens rond 1800) Josef von Fraunhofer. De meer algemene en normaal gebruikte term voor deze Fraunhofer lijnen is “absorptie spectraallijnen” of “absorptie-lijnen.   Ietsje later werden er ook witte (heldere) lijnen ontdekt in die regenboogstripjes en die noemen we dan weer “emissie spectraallijnen” of “emissielijnen”. Het  veelkleurige regenboogstripje zelf noemen we een zogenaamd “continu-spectrum”

Het licht wat ontstaat in de kern van een ster komt naar buiten in de vorm van het zogenaamde ononderbroken continu-spectrum. Dit is wat wij met onze mensen-ogen waarnemen als “wit licht” en dit  is slechts een klein onderdeel van het  zogenaamde totale elektromagnetische continu-spectrum dat wordt uitgezonden door een ster en welke verloopt van hele kortgolvige röntgenstraling via “ons” blauwe licht, via “ons” rode licht naar langgolvige radiostraling. Met onze mensen-ogen zien wij dus slechts een heel klein stukkie van het totale zogenaamde EM-spectrum. Willen we daar meer van zien dan moeten wij een dus een Röntgentelescoop of een radiotelescop “voor onze ogen plaatsen”.

In dit continuspectrum zit in feite nog niet eens zoveel info verborgen….MAAR…..als dit continuspectrum-licht zich door een koeler gas beweegt, zoals bij een ster vanaf de hete sterkern door de daarboven gelegen koelere gaslagen…. DAN …..ontstaan in die koele gaslagen die beroemde donkere zogenaamde (absorptie) spectraallijnen.

Deze spectraallijnen (even heel kort door de bocht want er zit een tamelijk ingewikkeld stukkie quantumfysica achter!!!!) ontstaan omdat de chemische elementen in die hogere koelere gaslagen bepaalde golflengtes uit dat continuspectrum tegenhouden…lees….absorberen. Elk chemisch element heeft zeg maar zijn eigen “absorptielijnen-signatuur” die zich manifesteert door elk op zijn eigen specifieke plekje in het continuspectrum zijn eigen stukkie licht tegen te houden. Zo heeft elk chemisch element dus zijn eigen specifieke setje (absorptie) spectraallijnen.

Emissielijnen (de heldere lijnen in een continuspectrum) ontstaan b.v. in objecten zoals de Orionnevel. Hierbij wordt het in de omgeving rondzwevende gas “aangelicht en opgehitst” door de krachtige UV straling van de superhete jonge sterren die “net” uit die koele (voornamelijk) waterstofgaswolk zijn ontstaan. De buitenste elektronen van de in deze “stermoederwolk” aanwezige chemische elementen worden losgeknald van hun “moeder atomen” (ioniseren heet dit proces) en als die elektronen vervolgens weer in de “atomaire moederschoot terugkeren” (recombineren) dan zenden zij straling uit in de vorm van een heldere emissielijn in een heel klein specifiek gedeelte van het continu-spectrum.

Wanneer je visueel met een dikke (40cm o.i.d) telescoop naar bijvoorbeeld eerder aangehaalde Orionnevel kijkt dan zal je merken dat ie een wat “groenige” kleur heeft.  Deze groenige kleur wordt veroorzaakt door de emissiestraling van driemaal geioniseerd Zuurstof. Onze ogen zijn zeer gevoelig voor groen-geel licht en daarom zien wij dit zo.  Hang je echter een camera in het brandpunt bij het “kijken” naar de Orionnevel dan “ziet” deze camera, omdat een iets andere kleurgevoeligheid heeft dan het menselijk oog, een heel ander kleurtje en wel het kleurtje rood in de vorm van de waterstof alpha emissielijn.

In deze drie “Spectraal-onderdelen”, die ontstaan wanneer we met een spectroscoop geplaatst in  de lichtweg van een telescoop  het hemellicht uiteenrafelen, DAARIN zit  bijkans ALLE informatie verborgen die  professionele en die paar amateur astronomen  wensen te willen weten…en zeg nou zelf….dat heeft toch wel wat, ja toch, niet dan!?!?

Maar ja………mooie hemelplaatjes maken is nu eenmaal veel leuker (doe het tenslotte zelf ook heel fanatiek!!) ….EN….zo heb ik na een dik jaar tobben met deze spectroscopie-materie mogen ondervinden…..eerlijk toegegeven ook wel veel makkelijker om onder de knie te krijgen…..want…eh….kolere zeg…..dat hele proces van het netjes  fotograferen van (ster)spectra en  vervolgens die ruwe sterspectra met niet echt makkelijk toegankelijke steep learning curve-software weten te verwerken tot een bevredigend visueel toonbaar wetenschappelijk verantwoord eindprodukt zijnde het, onder het gekiekte spectrumplaatje, getoonde grafiekje…..oei, dat viel mij bepaaldelijk niet mee!!!

Ik snap nu wel waarom deze tak van “astrosport” bij de gemiddelde amateur astronoom (nog steeds) NIET echt populair wil worden……het leek soms verdomme echt bijna op “werken”!!

en dus…. zou ik nu zomaar kunnen gaan begrijpen waarom een professionele astronoom er heel vaak een hele andere hobby op na houdt die niets te maken heeft met (onze geweldige hobby) Sterrenkunde!!!

Dit alles gezegd en ondervonden  hebbende heb ik er nog steeds geen seconde spijt van hieraan te zijn begonnen.  Ik ben inmiddels de gezegende leeftijd van 60 gepasseerd en ik mag mij derhalve, vind ik, volop gaan laven aan de ouderdomsgenoegens van nostalgie en het gluren naar en het afvinken van mijn “bucketlist-wensen”.

Nu is het lijstje van wat ik nog allemaal wens te willen doen voordat ik eindelijk fijn en rustig onder groene zoden mag duiken niet zo heel erg lang, hoor……Ik ben wat de stoffelijke dingen des levens betreft een heel tevreden mens met mijn kudde Newtonnetjes en mijn beide 2CV’tjes…..MAARRE…. wat ik dus wel nog ECHT wilde doen en wilde meemaken dat is/was het zelf bedrijven van “echte sterrenkunde” middels het zelf met mijn eigen ogen zien en analyseren van mijn eigen zelfgemaakte spectra’s.

Nu zijn er in de wereld der spectroscopie twee technische wegen die naar het “spectraallijnen-Rome” leiden.

De oudste is het uiteenrafelen van het licht middels prisma’s,  de andere (hedendaagse) methode geschiedt met een zogenaamd “tralie”.  Die laatste heeft in onze moderne tijd royaal de prima-spectroscoop vervangen omdat tralie-spectroscopen liniaire spectra produceren in tegenstelling tot de prisma-spectroscopen die spectra produceren met  een hinderlijk lastig te compenseren lengteverschil tussen het blauwe en het rode gedeelte van het spectrum.

Bovendien is een tralie-spectroscoop ook nog eens veel lichter en compacter omdat deze spectra produceert middels  een dun stukje glas (vroeger) of (tegenwoordig) een dun stukje harde kunststof waar hele dunne lijntjes in zijn “gekerft” i.p.v. een hele kudde aan zware glazen prisma’s.

Een prima-spectroscoop werkt doormiddel van lichtbreking, waarbij  dankzij de verschillen in brekingsindex de verschillende kleuren netjes naast elkaar worden afgebeeld in één helder niet lineair spectrum. De Tralie-spectroscoop werk doormiddel van een combinatie diffractie en interferentie welke resulteert in een heleboel, in grote toenemende maar in helderheid afnemende, zogenaamde lineaire ordes van spectra.

Er bestaan overigens twee smaken tralie spectrografen…..de transmissie spectroscoop en de reflectie spectroscoop….Bij de eerstgenoemde wordt het licht uiteengerafeld tijdens  het er doorheen gaan van het licht en bij die andere wordt het licht uiteengerafeld tijdens het gereflecteerd worden in de  richting van de detector.

Maar voor beide geldt dat het helderste zogenaamde nulde orde spectrum  een puntvormige spectrumloze afbeelding op de optische as van de ster in kwestie geeft, met DAARNAAST PAS op een kleine afstand afgebeeld het zogenaamde 1ste orde ECHTE spectrum. Dit zogenaamde 1ste orde spectrum is het spectrum dat gebruikt kan worden.

De Star analyser 100 en 200 waar ik nu mee aan het spelen ben zijn dus twee van die kleine  stukjes harde kunststof gevat in een standaard oculairfiltervatting welke zo in een oculair kunnen worden geschroefd OF met een speciaal filter-adaptertje TUSSEN de telescoop optiek en de gevoelige chip. Omdat het licht er doorheen gaat en dan uiteengerafeld wordt zijn deze optische kunststukjes dus transmissie tralie’s. Die getalletjes geven het aantal lijnen per mm aan. Hoe meer lijnen per mm, hoe gedetailleerder de verkregen spectra. Het begint bij 100 lijnen/mm en de grens ligt ergens bij een highly scientific (en peperduur) 2500 lijnen/mm gevalletje.

Ik ben begonnen met een eenvoudige star analyser 100 maar daar kwam al heel snel die tweede Star analyser (de 200) bij omdat ik op een ongewis moment even zo stom en onhandig was  met mijn vette vingers dit zeer kwetsbare stukkie glas aan te raken en hem hiermee eigenlijk direct onbruikbaar maakte…oeps..foutje..bedankt!!. WAARSCHUWING….deze kleine spectraal astrospeeltjes (prijskaartje zo rond de 100 euro!!) zijn helaas wel heel erg kwetsbaar…..Aanraken is op z’n minst dodelijk en schoonmaken is er eigenlijk niet bij…..hoogstens een beetje schoonblazen met samengeperste lucht. Clean room achtige voorzichtigheid is dus helaas wel geboden bij het spelen met deze optische speelgoedjes,  zo heb ik door schade en schande ondervonden!!!

Waar ik me het afgelopen jaar mee bezig heb gehouden is dus spectroscopie op het allerlaagste niveau met (voorlopig!!) slechts als enige doel een setje spectraallijnen te willen fotograferen en die gekiekte spectraallijntjes vervolgens kunnen koppelen aan de bij deze spectraallijntjes bijbehorende chemische elementen….ENNE….da’s gelukt, hoeraaaa!!!

Ik heb tevens ook het nodige aan leesvoer aangeschaft (zie foto) en hoewel deze kleine inschroef-tralie’s dus helemaal onderaan de “spectroscopische pikorde” staan,  heb ik wel geleerd dat je met deze kleine dingetjes nog best wel hele spectaculaire astronomische zaken kunt zien/doen/fotograferen, o.a. tot aan het bepalen van de roodverschuiving van de dichtsbijzijnde quasar 3C273!!!

De enige echte beperking van deze methode is dat je GEEN uitgebreide objecten zoals nevels en planeten en zo …eh…kunt…….”spectroscoperen”. Daarvoor moet er in het “optische treinje” een zogenaamde spleet (plus bijbehorende best wel ingewikkelde collimeer-optiek!!) worden opgenomen. Zonder deze “spleet” ben je voor je scherpe spectraallijnen helemaal afhankelijk van een zo klein mogelijk onopgelost diffractie sterbeeldje.

Voorlopig echter zie ik dit alles op dit moment vooral als het inlossen van een langgekoesterde astrobucketlistwens en tevens ook als een oefensessie voor eventuele latere grotere en duurdere spectraal-plannen, mocht ik ooit nog eens de geest  en pecunia bijelkaar geschraapt krijgen voor het echte serieuze spectra-werk. Op de amateur astrospeelgoedmarkt zijn er tegenwoordig meerdere aanbieders van bloedserieuze apparateur voor deze tak van astrosport waarvan het prijskaartje begint zo ergens rond de 2000 euro. Heel leuk….maar daar heb ik nog even geen zin in…(en poen voor) (over!!).

Dit spectrum van Wega heb ik gemaakt met de (nog onbeschadigde!!) Star analyser 200 geplaatst in het

primaire brandpunt van mijn 10cm F10 Maksutov  met daar achter de Canon 1000D. Dit fotograferen gaat alsvolgt. Scherpstellen doe je op het echte eerste orde spectrum en NIET op de nulde orde afbeelding van de ster in kwestie.

Het spectrum positioneer vervolgens je haaks op de rechte klimming volgrichting en op het opname-moment zet je de volginrichting even stil. Door de draaing van de Aarde “loopt” het spectrum als het ware voor de tijdsduur van de belichting over de CCD/CMOS en ontstaat er een kleurenbalkje met (als alles goed gaat..oeps!!) met daarin zichtbaar (hopelijk…oeps) een paar spectraallijntjes.

Als je aan deze tak van sport wenst te willen beginnen dan is het zeer aan te bevelen om als eerste een zogenaamd A0v ster (blauwe hoofdreeks ster met een temperatuur van 10 000 Kelvin) zoals Wega te op de korrel te nemen. Wega, een heldere blauwe ster van “middelbare leeftijd”, is te vinden op 25 lichtjaar als hoofdster van het sterrenbeeld de Lier.

Deze sterren hebben hele duidelijk zichtbare en dus makkelijk te identificeren Waterstoflijnen. Met behulp van deze zogenaamde Balmer lijnen, waarvan de H-alpa lijn de beroemde dieprode waterstoflijn is op een golflengte van 6563 Angstrom, kun je makkelijk bepalen hoeveel Angstroms per pixel jouw set up produceert….en dit getalletje is later weer handig voor het  analyseren van minder makkelijk toegankelijke sterspectra.

Voor het analyseren/calibreren en het tot het bovenstaande grafiekje verwerken van het gemaakte ruwe absorptie-spectrum zijn er een paar software paketten verkrijgbaar.

Ik heb er drie uitgeprobeerd waarvan er twee freeware zijn en de derde een betaalprogramma. En uiteraard  om de nedrige mensch te pesten is het betaalprogramma (R-spec) natuurlijk het beste en meest gebruikersvriendelijke….maarre…ik had/heb nog steeds toch echt totaal geen zin om “voor dit geintje” effe lekker een bedrag van royaal meer dan 100 dollar op te kotsen!!!..MAAR…eerlijk toegegeven…. ik vond de proefversie (één maand) van R-spec wel heel erg goed, hoor….maar toch….heb ik mij, toegegeven redelijk frustrerend lang, onledig gehouden met het worstelen met die twee andere…..bepaaldelijk niet zo gebruikersvriendelijke….free ware programma’s te weten het franse “V-spec” en het  engelse “BASS-project”.

Het franse “V-spec” is het oudste free software pakket en is heel uitgebreid…maarre….en het zal wel aan de doorwrochte anglofiel in mij liggen…. ben ik toch uiteindelijk met het engelse “BASS-project” (Basic astronomical spectral software” in zee gegaan welke ik nu, na en ondanks het raadplegen van minimaal vier malkander (te) vaak tegensprekende users manuals…(grrrrr!!!), redelijkerwijze onder de digitale knie aan het krijgen ben.

Deze keuze zo gemaakt hebbende moet ik wel benadrukken dat V-spec net zo moeilijk/makkelijk is, hoor. Beide software paketten zijn wat het verschijnsel “steep learning curve” zeer aan elkaar gewaagd, laat ik het daar maar op houden!!

MAARRE….lieve dames, beste heren….laat ik U dit zeggen, het moment waarop ik op mijn laptop beeldschermpje dan eindelijk toch MIJN EIGENGEMAAKTE spectrumgrafiekje van Wega zag verschijnen, perfect uitgelijnd en perfect (genoeg) overeenkomend met het, met de software op te roepen,  PROFESSIONELE  referentie-spectrum van een A0v-ster,…….tja….dawazz toch wel even een heus traan wegpink-momentje, hoor. Drie mooie strakke absorptie-lijnen van Waterstof Alpha, Beta en Gamma in volle zichtbare glorie……..oh yes!!!

Voor het eerst in mijn leventje, na zestig jaar,  echt wat aan een ster gezien…..ik kan nu eindelijk vredig sterven….eh…bij wijze van spreken natuurlijk..hihi!!

Tja…en hoe nu verder na het bereiken dan dit astronomische levensdoel??? Ach, nou ja….nu ik deze materie  dan  toch blijkbaar een beetje bij beetje onder de knie aan het krijgen ben….stijgt bij mij ook de drang naar…eh…. “MEER”   ……en dus….. voorlopig maar lekker vrolijk verder kijken wat er nog meer te halen valt bij deze steeds minder onbekend wordende en derhalve steeds meer beminbaar gerakende fraaie manier van echte sterrenkunde bedrijven!!!