Pořizování spekter v coudé spektrografu
V Ondřejovském coudé spektrografu se k pořízení spekter dají použít buď fotografické desky nebo elektronické detektory (Reticon nebo CCD).
Kvůli kalibraci vlastností spektrografu a detektoru se, mimo spektra samotného objektu (hvězdy), pořizují i kalibrační expozice. Jedním z nich je offset - je to snímek exponovaný bez přítomnosti světla a slouží k určení vlastního šumu detektoru (např. k určení temného proudu elektronického detektoru nebo závoje fotografické emulze). Dalším kalibračním snímkem je srovnávací spektrum laboratorních čar. Slouží ke kalibraci na vlnové délky a k určení disperze spektra. Vlnové délky čar srovnávacího spektra jsou známé. Je tedy možné vůči nim vztáhnout čáry v pořízeném spektru daného objektu a tím převést relativní polohy čar spektra objektu do absolutních hodnot vlnových délek. Třetím kalibračním snímkem je flat field. Je to plošné osvětlení spektrografu bílým světlem. Světlo ze zdroje flat fieldu prochází spektrografem po stejné optické dráze jako světlo hvězdy. Předpokládá se, že spektrum zdroje flat fieldu má tvar hladkého kontinua; z odezvy na záznamu spektra se tak dají kalibrovat rozdíly v účinnosti částí detektoru.
Detektory
Detektory se dělí na lineární a nelineární. Odezva lineárního detektoru je přímo úměrná intenzitě osvitu, zatímco odezva nelineárního detektoru na intenzitě osvitu je složitější a udává ji charakteristická křivka. Linaritu lze aproximovat pouze v její části.
Mezi nelineární detektory patří například fotografická emulze. Pro fotografickou emulzi navíc platí, že intenzivní osvit po velmi krátkou dobu nevyvolá v emulzi stejnou optickou hustotu jako slabý osvit exponovaný po dlouhou dobu. Optickou hustotu v závislosti na délce osvitu udává Schwarzschildův parametr.
K lineárním detektorům patří elektronická záznamová média (Reticon a CCD). Oblast linearity pokrývá mnohem větší rozsah intenzit osvitu.
Exponování spekter na fotografické desky
Při pořizování spekter na fotografickou emulzi se na každou desku kromě spektra hvězdy exponují (jako kalibrační snímky) srovnávací spektra laboratorních čar a fotometrické šedé klíny k určení charakteristické křivky fotografické emulze (zdroje pro šedý klín i srovnávací spektrum jsou na schematu coudé spektrografu). Fotometrické šedé klíny (jsou ekvivalentem flat fieldů) tvoří pásy rovnoměrného osvětlení na fotografické desce; jednotlivé pásy se liší intenzitou osvitu. Zrojem šedých klínů je malá žárovka umístěná před vstupní štěrbinou coudé spektrografu. Šedé klíny exponují po dobu srovnatelnou s délkou expozice spektra hvězdy, aby se eliminoval vliv Schwarzschildova parametru. Pro názornost přikládáme fotografická spektra tří hvězd: Arkturu (alfy Bootis), rho Aurigae a bety Lyrae. Na snímcích jsou zachyceny stejné spektrální oblasti.
čar (SR1 a SR2) a na okrajích desky se exponují fotometrické klíny (K). Ve spektru Arkturu jsou výrazné čáry vápníku (označeny
na levém okraji obrázku), ve spektrech rho Aur a bety Lyrae jsou patrné čáry vodíku (pravý okraj obrázku).
Reticonu, zelená barva označuje signál opravený o (odlišnou) citlivost
jednotlivých výstupních kanálů z Reticonu (viz. čtyři výstupní kanály na obrázku).
Na spektru je výrazně zachycena čára Halfa (6562.8 angstromů).
Elektronické detektory (Reticon a CCD)
Při pořizování spekter na elektronické detektory se jako kalibrační snímky exponují offsety, flat fieldy a srovnávací spektra laboratorních čar), o kterých jsme se zmínili v úvodu této kapitoly. Flat field se exponuje krátkou dobu, protože u lineárních detektorů má Schwarzschildův parametr hodnotu jedna a délka expozice nemá na odezvu detektoru vliv (v ondřejovském coudé spektrografu se exponuje obvykle zhruba 9 s). Protože se elektronické detektory mohou vyčítat více kanály současně, musí se kalibrovat i odlišná účinnost jednotlivých kanálů. Offsety se exponují při zavřeném spektrografu, aby se zabránilo průniku světla.
Elektronické detektory se po skončení každé expozice vyčítají, vracejí se do původního stavu a jsou okamžitě připraveny k opakovanému použití. Proto se (na rozdíl od fotografických desek) nemusí provádět všechny kalibrace při každé expozici hvězdného spektra. Offset se zpravidla pořizuje nejméně dvakrát za noc, flat field buď před a po každé hvězdě nebo malé skupině hvězd a srovnávací spektrum vždy před a po každém hvězdném spektru.Celá série spekter přízených v průběhu jedné noci pak vypadá takto: OFFSET - FLAT - COMP - HVĚZDA - COMP - FLAT - COMP - HVĚZDA - COMP - FLAT - .... - COMP - HVĚZDA - COMP - FLAT - OFFSET. Pro názornost je na obrázku zobrazeno spektrum Vegy (alfa Lyrae) z Reticonu.
Při exponování CCD čipem je postup v podstatě stejný jako v případě Reticonu. Jednotlivé snímky se pořizují do stejné oblasti čipu. Schematicky je to zobrazeno na obrázku.
Z obrázku je zřejmé, že se snímky exponují do stejné oblasti čipu.
Redukce pořízených spekter
Zpracování exponovaných spekter se nazývá redukce. Spočívá v kalibraci na odlišnou účinnost jednotlivých částí záznamového média, převodu z relativního do absolutního měřítka vlnových délek a v normování na průběh kontinua.
Jednotlivé části detektoru mohou mít odlišnou účinnost (například jednotlivé pixely na Reticonu nebo CCD). K jejich vyrovnání se používá flat field. Předpokládá se, že křivka osvitu záznamového média flat fieldem je hladká. Jako příklad je zobrazeno spektrum objektu z Reticonu a totéž spektrum opravené o účinnosti vyčítacích kanálů -- viz. obrázek:
Spektrum hvězdy opravené o rozdílnou účinnost kanálů Reticonu.
tj. závislost intenzity světla na poloze daného bodu na fotografické
desce. Dole je "rektifikovaný" profil spektra.
Následujícím krokem redukce je převedení záznamu z relativní míry do vlnových délek, protože na médiu lze polohy (např. polohy čar) určovat pouze relativně. K převedení slouží srovnávací spektra laboratorních čar. Porovnáním neznámých poloh se známými polohami srovnávacích čar lze dostat kalibraci poloh na hodnoty vlnových délek.
Posledním krokem redukce je normování na průběh kontinua. Tento proces se nazývá rektifikace. Průběhem záznamu se proloží křivka, která se pak normuje na jednotku a podle ní se normuje na jedničku i průběh spektra. Proces rektifikace je zobrazen na schématu vlevo. Nahoře je zobrazen záznam média a naznačen průběh křivky, vůči které se bude spektrum rektifikovat. Na spodním obrázku je rektifikovaný průběh spektra.
Redukce spekter z fotografických desek
Při redukci spekter pořízených na fotografické desky je především nutno převést záznam do elektronické formy. K tomu slouží mikrofotometr. Deska se v mikrofotometru prosvítí světlem o známé intenzitě. Signál na výstupu mikrofotometru je přímo úměrný množství světla, které prošlo emulzí a určuje tak optickou hustotu emulze v místě měření. Výstup z mikrofotometru se dá získat již v digitální formě.
a podélně se proměří pořízená spektra (srovnávací spektra laboratorních čar a spektrum hvězdy).
PATŘÍ KE DVOJICI OBRAZKŮ ??? װשתא
Při redukci fotografického spektra se nejprve na několika místech proměří příčný profil fotografické desky. Mimo fotometrických klínů a spekter se zjistí hodnota optické hustoty v závoji, do něhož se definitoricky klade "nulové" zčernání emulze. Vůči této hodnotě se pak vztahují všechny další hodnoty optické hustoty. Příčný profil fotometrických klínů má tvar schematicky zachycený na obrázku (vlevo). V jednotlivých "stupních" se hodnota optické hustoty zprůměruje a tím vznikne "histogram" optických klínů. Z něho se odvodí závislost výstupního signálu mikrofotometru na intenzitě světla prošlého emulzí (intenzita osvitu ve fotometrických klínech je známá) -- viz. pravá část obrázku. Výsledkem je charakteristická křivka. Poté se získané spektrum rektifikuje (viz. výše).
Redukce spekter z elektronických detektorů
Elektronické detektory poskytují signál v analogové formě, který se automaticky po vyčtení čipu převede v kontroleru příslušného detektoru do digitální podoby. Při práci s Reticonem se jednotlivé expozice (offset, flat field, srovnávací spektrum, spektrum hvězdy) pořizují postupně.
Offset je ekvivalentem závoje fotografické emulze. Je v pořízeném hvězdném spektru "navíc", a proto se od každého pořízeného signálu hodnota offsetu automaticky odečítá (to je obdobný postup jako při redukci fotografického spektra, v němž se nulová hodnota optické hustoty definitoricky kladla do závoje). Flat slouží k vyrovnání účinnosti jednotlivých pixelů (viz. výše), proto se spektrum objektu dělí křivkou flatu.
Spektra na detektoru CCD se pořizují podobně jako s Reticonem. Kalibrační spektra a spektrum objektu se exponuje do stejné oblasti čipu.
Výhodou CCD však je, že čip je ve většině případů dvourozměrný, takže umožňuje zaregistrovat každý signál po celé jeho šířce přes více pixelů. Díky tomu lze hodnotu signálu průměrovat přes všechny pixely ležící v příčném profilu signálu. Výsledkem operace je opět jednorozměrný průběh signálu. Zpřesní se však odhad průběhu intenzity a eliminuje vliv případných jednotlivých vadných pixelů.