Наивные вопросы про спектроскопию

[voiserg]

Правильно я понял?

Нет, не правильно поняли.
Те "механические" сдвиги, о которых Вы написали, проявляются и при наблюдении калибровочного натриевого прожектора на столбе, если его изображение вместе со спектром смещается в поле кадра.
Это специфический вид дисторсии, о котором я написал в теме на Астрополисе
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=43091.msg563074#msg563074
Я это учитываю, пересчитывая координаты к центру поля (стараясь при этом на кадре попадать ближе к центру).
Тангенциальный эффект проявляется в изменении этих "нормированных координат" спектра (относительно изображения источника в центре) при наблюдении звезд по сравнению с калибровкой, а для Полярной - в течение ночи наблюдений.

Чтобы не тянуть интригу, поясню на простейшем примере формулы угла нормальной дисперсии
Sin(a)=L/h
L - длина волны
h - период решетки.
В эффекте доплера угол дисперсии изменяется из-за изменения эффективной (наблюдаемой) длины волны.
А в чистом тангенциальном эффекте угол дисперсии изменяется из-за изменения эффективного периода решетки. При наличии относительного тангенциального движения (перпендикулярно штрихам решетки) эффективный период для одной ветви больше, а для другой ветви - меньше, чем при отсутствии этой тангенциальной скорости (или при ее направлении вдоль штрихов).
Поэтому спектр в одной ветви смещается в красную сторону, а в другой ветви - в синюю.

В щелевых спектрометрах исследуются вторичные волны света, генерируемые падающим на щель светом - то есть источником света для дифрешетки фактически является неподвижная относительно решетки щель - наблюдается только эффект доплера, а тангенциальный эффект не проявляется.
Не проявляется тангенциальный эффект и  в бесщелевом спектрометре GAIA, потому что перед дифрешеткой стоят несколько неплоских зеркал и корректор-коллиматор - происходит слишком много изменений изначально плоского (в области наблюдения) волнового фронта света звезды.

[Gleb1964]

а Вы, часом, не эфир ищете? А я то с Вами время теряю. Ну ищите, ищите..

[voiserg]

А что, разве в своем пояснении выше я употребил что-то эфирное ?

Наоборот, по теории эфира важно не движение источника (звезды или щели) относительно дифрешетки, а их общее движение относительно "светоносного эфира" - поэтому тангенциальный спектро-эффект должен бы проявляться и в щелевых спектрометрах. Но этого не наблюдается ни на Земле, ни в космосе (на случай проверки теории эфира, увлекаемого Землей).

Я эфир не ищу, а отвергаю, поскольку он неизбежно ведет к противоречию с классическими понятиями пространства и времени и служит основой релятивизма.
Я ищу единомышленников, вместе со мной утверждающих потенциально-полевую физику в классическом пространстве и времени.
Специально для этого осваиваю премудростии спектроскопии и провел нужные наблюдения.
Я ценю Ваши профессиональные и конструктивные замечания, но подозреваю, что Вы к таким единомышленникам не относитесь, и чтобы не портить психологический климат - помолчу, если практический конструктив закончился.

[Gleb1964]

..тангенциальный спектро-эффект должен бы проявляться и в щелевых спектрометрах. Но этого не наблюдается ни на Земле, ни в космосе..

Цепочкой простых рассуждений можно показать, что нет никакой принципиальной разницы между щелевым и безщелевым спектрометрами. Поэтому "бы" здесь неуместно, эффект или есть, или его нет. Или за эффект принято совсем другое, и это, скорее всего, изменение геометрии пучка в пределах приемной апертуры спектрометра (есть такой термин etendue).
Само по себе etendue для, скажем, щелевого спектрометра, определяется как произведение площади щели (полезной) на телесный угол. Опять таки, при таком определении молчаливо предполагается что: 1) щель освещена равномерно и 2) телесный угол заполнен равномерно. На самом деле, полной равномерности никогда нет, особенно при грязной оптике и всевозможных виньетированиях в системе, что создает различные тонкие (и не очень) эффекты.
При безщелевом способе получения спектра, вместо площади щели в определении etendue фигурирует телесный угол изображения объекта умноженный на квадрат приемной линейной апертуры.
Изменение геометрии пучка вообще дело тонкое, потому что изменения могут касаться как фазовых, так и амплитудных изменений волнового фронта при прохождении оптической системы.
У Вас ведение целостатом - это возможный источник изменения геометрии пучка, например изменяется виньетирование из-за подрезки пучка. Нужно очень аккуратную схему делать.

[voiserg]

Начну вот с этого замечания:

Поэтому "бы" здесь неуместно, эффект или есть, или его нет.

Зря ВЫ процитировали меня не полностью, обрезав начало, где мое "бы" относится к эфирной теории, подчеркивая ее несостоятельность.
Эффект есть без "бы" на описанном приборе, я его регулярно наблюдаю  и дал основы его теории, указав условия наблюдения и не наблюдения эффекта.
Вы же вместо ПРАКТИЧЕСКОЙ проверки возражаете "простыми рассуждениями"

Цепочкой простых рассуждений можно показать, что нет никакой принципиальной разницы между щелевым и безщелевым спектрометрами.

Предвижу, что Ваши "простые рассуждения" основываются на имеющихся известных наблюдениях, признанных достоверными, и вытекающих из них теорий, а в этом перечне нет спектральных наблюдений света звезд неколлиматорным бесщелевым спектрометром высокого разрешения с дифрешеткой в апертуре, как у меня.
Мои же наблюдения на моем приборе известны только здесь присутствующим и не признаны достоверными.

В добавок к основам теории тангенциального спектр- эффекта , данным в посте выше, могу дать простую образную аналогию, поясняющую разницу между щелевым и бесщелевым спектрометром с дифрешеткой в апертуре:
- наблюдать спектр в щелевом спектрометре это как судить о шторме в море по волнению в гавани (щель - аналог устья гавани).
Чтобы мне вновь не приписывали эфироманию, поясню, что "шторм в море" - только аналогия для света в поле ОДНОГО источника, а "морей" столько, сколько источников.

Понимаю, что эти и любые мои дальнейшие пояснения не будут вами признаны, пока вы сами не сделаете аналогичный прибор собственными руками и увидите результаты собственными глазами
или узнаете об этих результатах из "достоверных источников" - в том числе из массовой информации.
В первом случае у вас есть возможность получить приоритет (вместе со мной или даже без меня)
Во втором случае приоритет получат другие.
Возможен еще и третий случай, соответствующий известному изречению:
"Если факты противоречат принятой теории - тем хуже для фактов"
и четвертый - я все-таки где-то ошибаюсь.
Поэтому мне остается только добывать новые факты, чем и занимаюсь

[voiserg]

Собираю еще один бесщелевой апертурный спектроскоп с решеткой 150х150, 600 линий на мм, угол дисперсии в области оранжевого дублета 21*.
В правой и левой ветвях спектра ставлю зеркала D=130(150) F=650(500) - второе (в скобках) с ЛБ*1,3 от МТО11 даст тоже F=650, как и первое, которое от моего SW (оба скорее всего сферические).
Перед дифрешеткой еще два малых плоских зеркала, дающих рядом со спектром в ветвях изображения самой звезды "нулевого порядка", как у меня сейчас.
Больше никаких (вторичных) зеркал ставить не хочу - фотоаппараты будут в прямой видимости от сферических зеркал, рядом с дифрешеткой, на которую свет звезды будет падать тоже напрямую, без зеркала целостата.
Следует выбрать, какую схему реализовать:
плоскую М-образную, когда фотоаппараты  справа и слева от дифрешетки, как и зеркала (штрихи вертикально, спектр растянут горизонтально)
или скрещенную \[ \Sigma \] - образную, когда зеркала по бокам, а фотоаппараты сверху и снизу от дифрешетки (штрихи вертикально, спектр растянут горизонтально).

Я понимаю, что обе схемы - внеосевые, и дадут искажения (как самого спектра от дифрешетки, так и изображений "нулевого порядка", получаемых рядом от малых зеркал).
Меня интересует, какая схема позволит лучше сфокусировать вертикальные линии горизонтально растянутого спектра и получить лучшую точность и разрешение ?
Подвопрос: как лучше направлять оси зеркал ?
- на дифрешатку
- на фотоаппарат
- между дифрешеткой и фотоаппаратом
- без разницы.
Буду рад узнать мнение специалистов.

[Gleb1964]

Предвижу, что Ваши "простые рассуждения" основываются на имеющихся известных наблюдениях

не угадали. Мои рассуждения касаются исключительно пошагового изменения оптической схемы, при которых одна схема переходит в другую, при этом становиться непонятно, почему вдруг должен исчезать эффект, если он действительно имел бы место быть.
Боюсь, однако, что Вы не имеете намерения обнаружить ошибку у себя, и не за тем пришли в тему, чтобы разобраться. О том, что Вы "плаваете" в предмете оптики и, в частности, в работе спектроскопических приборов, я уже понял.
Но, если я неправ, то давайте разбираться.

В эффекте доплера угол дисперсии изменяется из-за изменения эффективной (наблюдаемой) длины волны.
А в чистом тангенциальном эффекте угол дисперсии изменяется из-за изменения эффективного периода решетки. При наличии относительного тангенциального движения (перпендикулярно штрихам решетки) эффективный период для одной ветви больше, а для другой ветви - меньше, чем при отсутствии этой тангенциальной скорости (или при ее направлении вдоль штрихов).
Поэтому спектр в одной ветви смещается в красную сторону, а в другой ветви - в синюю.

ну что тут коментировать - нет такого эффекта. Если бы был, давно присутствовал бы в учебниках.

[voiserg]

Мои рассуждения касаются исключительно пошагового изменения оптической схемы, при которых одна схема переходит в другую, при этом становиться непонятно, почему вдруг должен исчезать эффект, если он действительно имел бы место быть.

Вы не привели еще своих рассуждений, которые очевидно должны начинаться с той самой бесколлиматорной бесщелевой схемы с дифрешеткой в апертуре, с которой я работаю.
А я дважды привел свои пояснения, указав, почему и где этот эффект возникает и почему и где он исчезает.

ну что тут коментировать - нет такого эффекта. Если бы был, давно присутствовал бы в учебниках.

Для того, чтобы присутствовать в учебниках, этот эффект нужно было получить на практике, а это не простая задача даже сейчас, несмотря на простую теорию, а занимаюсь ею пока я один.

Практическая спектроскопия начиналась в 1802 г. со ЩЕЛЕВОГО спектроскопа Волластона, а обойтись без щели и коллиматора - дифрешеткой в апертуре - можно только в спектроскопии звезд, но с высоким разрешением этого никто кроме меня не делает.
Если весь Ваш "разбор" сводится к тому, чтобы этот эффект отменить не глядя по причине отсутствия его в учебниках - то комментировать действительно нечего.

Жаль, что Вы пока не дали советов по поставленным мной практическим вопросам.
Ведь в новом приборе я учитываю Ваши предыдущие замечания.

[Gleb1964]

Когда Вы ставите дисперсионный элемент - решетку, призму, прямо перед объективом, то у Вас в фокальной плоскости получается масса спектров, многие из них налагаются друг на друга. В случае объективной призмы ситуация проще: один объект - один спектр. В случае дифракционной решетки ситуация гораздо сложнее - у Вас в фокальной плоскости будут нулевые, +/- первые, вторые и т.д. порядки, причем в поле зрения будут даже спектры первых и высших порядков от объектов, которые находятся даже за полем зрения. Это весьма неудобно.
Щель позволяет делать селекцию объектов в поле зрения, избежать наложения спектров. Если Вам надо массовое получение спектров - применяют безщелевой метод. Если хотят максимально избавиться от помех, изолировать объект - применяют щелевой метод. Кроме того, в щелевом спектрометре фиксируется угол прихода сколлимированного пучка на дисперсионный элемент, что облегчает волновую калибровку. В безщелевом спектрометре дисперсионное уравнение разное для разных объектов по полю.
Теперь - есть ли принципиальная разница между щелевым и безщелевым спектрометрами? Представьте себе щель находиться в "бесконечночности" в пространстве предметов, т.е. на таком конечном, но достаточно большом расстоянии, которое для телескопа неотличимо от бесконечности. Оптически сопряженное с ней изображение щели будет в фокальной плоскости. С точки зрения оптики эффект практически одинаковый - что поставить щель в фокальной плоскости, что унести ее в сопряженную с ней "бесконечность" в пространстве предметов. Но в данном случае в пространстве предметов ее расположить сложнее.
Теперь будем раздвигать эту щель, увеличивая ее размер, для щели на бесконечности это угловой размер. Скажите, при каком угловом растворе щели можно будет считать, что это уже безщелевой спектрометр?

[voiserg]

Глеб, первая часть Вашего поста - повторение банальностей, которые не имеют сейчас принципиального значения (а на тонкости и акценты не хочу тратить время).
Перейду к этому:

Если Вам надо массовое получение спектров - применяют безщелевой метод. Если хотят максимально избавиться от помех, изолировать объект - применяют щелевой метод.

В тангенциальном спектр-эффекте НУЖНО получение спектра высокого разрешения дифрешенткой в апертуре - другого варианта нет.

в щелевом спектрометре фиксируется угол прихода сколлимированного пучка на дисперсионный элемент, что облегчает волновую калибровку. В безщелевом спектрометре дисперсионное уравнение разное для разных объектов по полю.

В щелевом спектрометре тангенциальный эффект не проявляется по причине, которую я указал выше.
В бесщелевом спектрометре дисперсионное уравнение одно и то же по всему полю:
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=31484.msg539262#msg539262

зависимость угла дифракции а от угла падения b
da/db=Cos b/Cos a
при этом Sin a + Sin b=lambda/h
...
Второе уравнение есть в Практической астрономии Мартынова (8.21).

Результат этого уравнения (угол дисперсии) для монохромного пучка разный при разных углах падения - я это учитываю в виде специфической спектральной дисторсии, приводя (нормируя) спектр к центру поля, о чем тоже писал выше.
Могу лишь добавить слово о недостатке терминологии - угол дисперсии - смешивающей дисперсионные спектроскопы (с призмами) с дифракционными спектроскопами (с решетками).
Если для большинства известных применений спектроскопии это не имеет принципиальной разницы, то в случае тангенциального эффекта отсутствие (или минимизация влияния) преломляющей среды принципиально, как и разница между щелевой и бесщелевой схемой.

[voiserg]

Теперь - есть ли принципиальная разница между щелевым и безщелевым спектрометрами? Представьте себе щель находиться в "бесконечночности"

Не останавливаясь на многочисленных тонкостях и подробностях такой "трансформации", отмечу главную принципиальную особенность:
такая удаленная щель-источник-звезда МОЖЕТ тангенциально двигаться относительно приемника с дифрешеткой, а реальная щель на реальном спектрометре НЕ движется относительно дифрешетки, для которой фактически является источником света, то есть имеем заведомо неподвижный источник.
Это не отменяет эффект Доплера, потому что падающий на щель первичный свет звезды генерирует (возбуждает) вторичный свет щели как раз в соответствии с эффектом Доплера.
Но тангенциальный эффект при этом пропадает.
Аналогию с волнением в гавани я уже приводил.
Более того, тангенциальный эффект пропадает даже еще перед щелью при трансформации телескопом первичного плоского волнового фронта в сферически сходящийся фронт - поэтому дифрешетка должна стоять в апертуре телескопа.

Иначе говоря, щелевой спектрометр является измерителем частоты или длины вторичных волн от неподвижного источника-щели, а бесщелевой с дифрешеткой в апертуре - измеритель эффективной длины первичных волн (с учетом эффекта доплера) с учетом изменения эффективного периода решетки при наличии тангенциального движения относительно источника. Это я тоже уже писал.

Мне некогда ходить с Вами по кругу, повторяя на разные лады то, о чем уже написал.
При желании сами можете разобраться и главное - повторить.
А без желания (которого очевидно пока нет) все мои старания напрасны.

[Gleb1964]

Глеб, первая часть Вашего поста - повторение банальностей, которые не имеют сейчас принципиального значения (а на тонкости и акценты не хочу тратить время).

Сложные вещи состоят из простых, или, как Вы изволили выразиться, банальных вещей. Поэтому я и далее намерен говорить "банальности" при разборе более сложных вещей.

В бесщелевом спектрометре дисперсионное уравнение одно и то же по всему полю..

- далее не цитирую - там банальности про уравнение диспергирующего элемента, в данном случае дифракционной решетки.
Поскольку изображение спектра получается на матрице, в итоге возникает необходимость расширить дисперсионное уравнение до формулы, описывающей зависимость  положение_пиксела - длина_волны. В эту формулу войдет уже больше параметров и формула для щелевого спектрометра будет проще - там фиксированный угол. В безщелевом спектрометре ход дисперсии в пикселах будет разный из-за изменения полевого угла. 
Вот эту формулу я и назвал дисперсионным уравнением (может и неудачно). Такая формула дает возможность некоторой аналитической оценки, но..
Чем ближе к реальности, тем сложнее должна быть такая формула, в ней, порой, появляется слишком много параметров, которые надо учитывать. Многие из этих параметров могут быть плохо известны - например, дисторсия объектива в зависимости от полевого угла, длины волны, расфокусировки, температуры, формы заполнения зрачка объектива светом, наклона приемника и т.д.
Поэтому чаще используют другой путь - получают зависимость (пиксел/длина волны) через калибровку по известному источнику, с апрохимацией данных полиномом. В таком эмпирическом методе уравнение дисперсионного элемента не присутствует вообще, но этот метод точнее, достовернее и проще. Но не дает такой аналитики
Это Вы все знаете, я уверен, это все те же банальности, но мне приходится об этом говорить после Вашего замечания

[Gleb1964]

в случае тангенциального эффекта отсутствие (или минимизация влияния) преломляющей среды принципиально, как и разница между щелевой и бесщелевой схемой

вот это меня и удивляет - это после того, как свет прошел толщу турбулентной атмосферы(?), которая примерно эквивалентна столбу воды 10метров в зените и еще толще при зенитных расстояниях, отличных от нуля. Не поздно ли уже после этого бояться добавления какой-то преломляющей среды?

[ysdanko]

Подозрительно, что этот "тангенциальный эффект", может быть только с применением решетки и отсутствует когда используется преломляющий диспергирующий элемент...Что то здесь не так.
Возможно этот "эффект" как то связан с тем, что матрица в принципе та же решетка, причем с близкими параметрами к решетке спектрометра... В вашей схеме не может возникать банального "муар-эффекта"?
Я как то пробовал фотографировать с экрана монитора, так изображение  было все "забито" этим эффектом 

[Gleb1964]

Мне некогда ходить с Вами по кругу, повторяя на разные лады то, о чем уже написал.

а Вы и не повторяйтесь. Надо один раз изложить суть, и без художественных описаний про бурное море.
Я не люблю повторяться, но Вы толком не ответили на мой вопрос, о разнице между щелевым и безщелевым методе получения спектра, если щель удалена так далеко, что может считаться в бесконечности. При изменении размера щели от нуля до максимального - щель размером со все небо, когда ожидать этого принципиального скачка физики явления, что Ваш эффект радикально пропадает?

Не останавливаясь на многочисленных тонкостях и подробностях такой "трансформации"

вот остановитесь, пожалуйста.

такая удаленная щель-источник-звезда МОЖЕТ тангенциально двигаться относительно приемника с дифрешеткой, а реальная щель на реальном спектрометре НЕ движется относительно дифрешетки, для которой фактически является источником света, то есть имеем заведомо неподвижный источник

это не изменяет спектрального состава света. Можно, например, наблюдать звезду, заходящую за лимб Луны или при покрытии другими безатмосферными телами, это не изменит положений линий в спектре.

Иначе говоря, щелевой спектрометр является измерителем частоты или длины вторичных волн от неподвижного источника-щели, а бесщелевой с дифрешеткой в апертуре - измеритель эффективной длины первичных волн (с учетом эффекта доплера) с учетом изменения эффективного периода решетки при наличии тангенциального движения относительно источника. Это я тоже уже писал.

а вот это неправда, обнажающая непонимание физики происходящего

[voiserg]

это не изменяет спектрального состава света. Можно, например, наблюдать звезду, заходящую за лимб Луны или при покрытии другими безатмосферными телами, это не изменит положений линий в спектре.

А я и  не писал, что изменяется спектральный состав света.
Я писал, что тангенциальный эффект не связан с изменением часты (частот), он связан с изменением эффективного периода решетки при тангенциальном движении относительно источника с его полем, в котором распространяется его свет.

а вот это неправда, обнажающая непонимание физики происходящего

Я же написал - по кругу ходите...
А  я иду другим путем...

[библиограф]

 А мне вот интересно - спектрограф с фазовой дифракционной решеткой, работающей
на пропускание - он какой? Щелевой или бесщелевой? 

[ROVIAN]

А мне вот интересно - спектрограф с фазовой дифракционной решеткой, работающей
на пропускание - он какой? Щелевой или бесщелевой? 

В описании же есть....

[библиограф]

 Нет, мне интересно, как эту схему классифицирует voiserg

[voiserg]

Нет, мне интересно, как эту схему классифицирует voiserg

Так же, как спектрограф RVS на GAIA - как бесщелевой с коллиматором.
 Тангенциальный эффект в нем не обнаруживается по той же причине, что и на GAIA

потому что перед дифрешеткой стоят несколько неплоских зеркал и корректор-коллиматор - происходит слишком много изменений изначально плоского (в области наблюдения) волнового фронта света звезды.

Я об этом уже писал - вы по кругу ходите.
Предвижу следующий вопрос - когда изменений плоского волнового фронта света звезды перед дифрешеткой становится слишком много, а когда не слишком ?
Отвечу, что кроме тех изменений  плоского волнового фронта света звезды, которые вносит атмосфера (и с которыми на Земле я ничего не могу поделать) и отражения от плоского зеркала целостата, в моей схеме перед дифрешеткой больше никаких изменений волнового фронта не происходит - это позволяет мне наблюдать эффект и это я пока считаю НЕ слишком большими изменениями.
Однако, в новой схеме я хочу избавиться и от зеркала целостата, направляя дифрешетку прямо на свет звезды, надеясь получить более выраженный эффект и избавиться от замечаний Глеба, связанных с "гидированием целостатом и деформациями в апертуре пучка".
Жаль, что я так и не получил советов знатоков по запрашиваемым мной подробностям возможной реализации такого прибора.