Наивные вопросы про спектроскопию

[voiserg]

Опять пошли "трансформации"

Уберите из схемы, например, Ньютон. Сфотографируйте спектр  через МТО, затем переставьте МТО на  место Ньютона и сфотографируйте на тот же кадр спектр из другого порядка.
 Это будет совершенно эквивалентно получению информации по вашим двум каналам, за исключением всех ошибок связанных с не идентичностью каналов и обработки инфы с двух кадров, полученных в разных условиях и разными фотоаппаратами. Это сделать не сложно. Тогда и поговорим о методике, если вы и в этом случае обнаружите свой "эффект". 

Как раз наоборот - именно  перестановка фотоаппарата даст "инфы с двух кадров, полученных в разных условиях" - потому что кадры будут сделаны в разное время.
А у меня два кадра на двух фотоаппаратах синхронизированы во времени - "входной пучек" для них один и тот же.
К тому же после этих трансформаций Вы с коллегами будете меня бить за нарушение калибровок и настроек при перестановке фотоаппарата.
Впрочем, я предвидел подобное замечание, поэтому кроме двух одинаковых Кенонов 350 теперь поставил еще и два одинаковых телескопа МТО11.



У меня уже был спектроскоп высокого разрешения с дифрешеткой в апертуре, в котором обе ветви спектра попадали на один кадр одновременно без перестановки.
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42154.msg546716#msg546716

Вид сверху, вообще конструкция объемная, зеркала 3,4 и 5 расположены над плоскостью с дифрешеткой 1 и телескопом 2.

Такая схема компактнее нынешней, но там свои проблемы, в частности большая "стереобаза" между зеркалами и наличие значительной "спектральной дисторсии", о которой писал Глеб, не только по горизонтали, как у меня теперь, но и по вертикали.
Это делает затруднительным калибровку и обработку спектров и дает поводы к упрекам, поэтому я перешел на схему с двумя телескопами и фотоаппаратами (даже тремя, считая гид).
Но вы можете повторить и предыдущую схему, если считаете ее более совершенной.

[voiserg]

И не работайте через окно. Через окно изображение может двоиться или даже троиться (зависит от вашего стеклопакета)  . К тому же вы сами писали, что никаких преломляющих, не должно быть до решетки.

Я писал, что должны быть минимизированы трансформации плоского волнового фронта до дифрешетки.
Искажения через одно полированное стекло (а не через стеклопакет) - это минимальная плата за температурную стабилизацию установки.
Эти искажения - на входе схемы, поэтому одинаково сказываются на обе ветви спектра и на "белый" нулевой порядок.

Кстати, это же стекло не помешало мне более года благополучно измерять аберрацию приполярных звезд, несмотря на мягко говоря скептическое отношение оппонентов
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=39330.msg542115#msg542115

[Михаил Марычев]

но вы можете повторить и предыдущую, если считаете ее более совершенной

- для угла дифракции в ветви, направленной по ходу движения решетки
sin (a)=L/(h+Lv/c)
то есть эффективный период решетки для ветви, направленной по ходу движения решетки,  больше "статического" h, а угол дифракции меньше ("посинение" ветви спектра)
- для угла дифракции в ветви, направленной против движения решетки
sin (a)=L/(h-Lv/c)

рекомендуете её повторить, то есть в ней тоже "эффект" должен наблюдаться? но в приведённой на рисунке предыдущей схеме лучи, соответствующие обоим дифракционным порядкам, идут к телескопу в одном направлении, совпадающем с направлением первичной волны от звезды, то есть, получается, что в этой схеме эффекта быть не должно? Ведь в пояснениях к Вашим формулам, которые я процитировал, Вы говорите - "в ветви, направленной по ходу движения решетки", и "в ветви, направленной против движения решетки", то есть подразумеваете, что соответствующие этим порядкам дифракции направления должны быть наклонены к нормали к решётке и притом быть по разные стороны от этой нормали.

[voiserg]

Вы опять меня "трансформировали".
Я как раз НЕ рекомендую повторять мою предыдущую схему по указанным мной причинам - но ВЫ можете ее повторить, если ВЫ сочтете ее более совершенной.

В той схеме формулы несколько усложняются, потому что свет падает на решетку не нормально, а справа и слева - по нормали идут две получившиеся ветви спектра.
Писать и читать нужно будет так:
Для ветви, получившейся от пучка, упавшего на дифрешетку по ходу ее движения...
и для ветви, получившейся от пучка, упавшего на дифрешетку против хода ее движения...
Но эффект от этого не должен исчезать - для ветвей спектра и в той схеме получаются разные эффективные периоды одной и той же решетки.
Теоретически - эффект там не должен исчезать, хотя практически я там его не получал достаточно дочтоверно, как теперь, из-за мехенических проблем при "болтанке" на экваториальной монтировке.
На альт-азимутале реализовал схему с двумя телескопами, которую считаю более совершенной, но и для предыдущей теоретических противопоказаний нет - есть практические недостатки, о которых я написал.

Теперь собираюсь реализовать третью схему, еще более совершенную по-моему мнению,  без зеркала целостата, с дифрешеткой направленной прямо на звезды, но практических советов по запрашиваемым мной вопросам пока так и не получил, к сожалению

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
Σ
- 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.

[Михаил Марычев]

Писать и читать нужно будет так:
Для ветви, получившейся от пучка, упавшего на дифрешетку по ходу ее движения...
и для ветви, получившейся от пучка, упавшего на дифрешетку против хода ее движения...
Но эффект от этого не исчезает - для ветвей спектра и в той схеме получаются разные эффективные периоды одной и той же решетки.

В одной и той же системе отсчета предмет должен иметь одну постоянную длину, поэтому непонятно, откуда следует, что у одной и той же решётки в одной системе отсчета должны быть одновременно два разных периода (а уж называть их при этом "эффективными" или как-то иначе - дело вкуса). И главное, что система отсчета, в которой проводятся или обсуждаются все измерения, жёстко привязана к Вашему прибору, и потому решётка в этой системе неподвижна.

[voiserg]

В одной и той же системе отсчета предмет должен иметь одну постоянную длину, поэтому непонятно, откуда следует, что у одной и той же решётки в одной системе отсчета должны быть одновременно два разных периода (а уж называть их при этом "эффективными" или как-то иначе - дело вкуса).

Ну так не вкушайте, если не понятно мной написанное, а сами не можете применить принцип вторичных волн Гюйгенса к движущейся дифрешетке.

И главное, что система отсчета, в которой проводятся или обсуждаются все измерения, жёстко привязана к Вашему прибору, и потому решётка в этой системе неподвижна.

Откуда такое ограничение на выбор системы отсчета, в которой решается задача ?
Насколько я понимаю, и классический и  общепринятый ныне релятивистский принцип относительности утверждает равноправие разных ИСО - в том смысле, что задачи можно решать в любой из ИСО, нужно только правильно учитывать специфику.
И если угловое расстояние между "нулевым порядком" и ветвями спектра получается разным в зависимости от наличия тангенциальной скорости прибора в одной ИСО, то эта разница должна присутствовать и в ИСО, привязанной к прибору.

Вот я и выбираю не геоцентрическую ИСО, которую весьма условно можно классифицировать как ИСО из-за криволинейного орбитального движения Земли (и тем более не топоцентрическую ИСО с суточным вращением) а гелиоцентрическую, которая более инерциальна, чем упомянутые две (и тем более актуальна в эру внеземных космических полетов).
И звезды для начала рассуждений и наблюдений могу взять такие, которые имеют небольшую скорость относительно Солнца (например Полярную) - тогда учитывается только движение решетки вместе с Землей по эклиптике, как Вы советовали выше.
Дальнейшее - в зависимости от достигнутых результатов, вплоть до наблюдений тангенциального эффекта от двойных звезд, что хочет увидеть krussh.
Ну а почему эта разница не получается по общепринятой теории при решении в ИСО прибора - это уж пусть теоретики разбираются, а если не разберутся - пусть тогда меня спросят.
Но сначала нужно на практике убедиться в достоверности тангенциального спектро-эффекта.
И в этом все мои писания не помогут, пока вы сами своими руками не поработаете и глазами увидите...

[ysdanko]

Как раз наоборот - именно  перестановка фотоаппарата даст "инфы с двух кадров, полученных в разных условиях" - потому что кадры будут сделаны в разное время.

Для сдвига спектральных линий (если он есть), это не имеет значения, поскольку скорость движения объекта можно считать  постоянной. (даже для короткопериодичных двойных звезд,  период обращения будет много больше времени манипуляции с перестановкой.
 Если объектив  перекидывать из одного положения в другое на жестком рычаге, это время может составлять пару секунд. В такой схеме один раз юстируется угол между оптической осью объектива и нормали к решетке для двух положений. Остальные настройки и калибровки не трогаем.

[voiserg]

Для сдвига спектральных линий (если он есть), это не имеет значения...

А Вы сами за спектральными линиями наблюдали  в прибор, аналогичный моему?
Вам же объясняли здесь знающие люди, что щель дает стабильность изображения спектра, а я добавляю, что она убирает тангенциальный эффект, а в бесщелевом спектроскопе с дифрешеткой в апертуре эффект есть, но "прыгают" не только линии спектра  из-за влияния атмосферы и проч. - прыгает и "белое" изображение звезды, от которого ведется отсчет (Глеб это тоже отмечал, говоря о значении "искажений апертуры").

Если объектив  перекидывать из одного положения в другое на жестком рычаге...

ПОжалуйста, перекидывайте фотоаппарат на рычаге, если докажете оппонентам, что он достаточно жесткий и точный, что "остальные настройки и калибровки не трогаем" - я за это не берусь и другим не советую.

[Михаил Марычев]

Откуда такое ограничение на выбор системы отсчета, в которой решается задача ?
Насколько я понимаю, и классический и  общепринятый ныне релятивистский принцип относительности утверждает равноправие разных ИСО - в том смысле, что задачи можно решать в любой из ИСО, нужно только правильно учитывать специфику.

Можете решать в разных системах, но в итоге Вам надо будет привести полученные результаты к системе отсчета, в которой будут получены и проанализированы соответствующие экспериментальные данные, то есть к той, в которой неподвижен Ваш прибор. И никакого противоречия между результатами, "приведёнными к прибору", и расчетами, полученными сразу в системе отсчета прибора, быть не должно.

И если угловое расстояние между "нулевым порядком" и ветвями спектра получается разным в зависимости от наличия тангенциальной скорости прибора в одной ИСО, то эта разница должна присутствовать и в ИСО, привязанной к прибору.

Сильно сомневаюсь. Простой пример - лоренцевское сокращение длины, когда в собственной системе отсчета предмет имеет одну длину, а в системе отсчета наблюдателя, движущегося относительно этого предмета, он имеет меньшую длину.

[voiserg]

И никакого противоречия между результатами, "приведёнными к прибору", и расчетами, полученными сразу в системе отсчета прибора, быть не должно.

Ну так устраняйте теоретическое противоречие, возникающее при наблюдении тангенциального спектро-эффекта в системе самого прибора.
А вы вместо этого сам эффект "устраняете" по известному выражению
"Если факты противоречат теории - тем хуже для фактов".
Уже на  седьмой странице "устраняете" - мне эти "круги ада" надоели.

[Михаил Марычев]

Ну так устраняйте теоретическое противоречие, возникающее при наблюдении тангенциального спектро-эффекта в системе самого прибора.
А вы вместо этого сам эффект "устраняете" по известному выражению
"Если факты противоречат теории - тем хуже для фактов".
Уже на  седьмой странице "устраняете" - мне эти "круги ада" надоели.

Зачем мне устранять это "теоретическое противоречие" - у меня его нет. А обсуждаемый эффект устранится и без нашей помощи, сам собой, и скорее всего, незаметно для Вас.

[ysdanko]

А Вы сами за спектральными линиями наблюдали  в прибор, аналогичный моему?

В аналогичный вашему не наблюдал (и слава Богу  ). Но имел дело с другими приборами. Это сотни килограмм чугуния, необходимого для обеспечения нужной жесткости и стабильности прибора.

Вам же объясняли здесь знающие люди, что щель дает стабильность изображения спектра, а я добавляю, что она убирает тангенциальный эффект

А Вас, те же знающие люди уже спрашивали, каким образом щель может повлиять на спектральный состав света? Вы так внятно на этот вопрос и не ответили.
Совершенно очевидно, что щель не влияет на состав излучения, иначе бы спектроскопии с использованием щели вообще бы не существовало, как таковой. Вам уже было указано на то, что процессы дифракции на щели те же самые что и дифракция на щелях диф-решетки. Если следовать вашей логике, что одиночная щель убирает ваш "тангенциальный эффект", то с какого перепугу этот эффект появится на диф-решетке?

а в бесщелевом спектроскопе с дифрешеткой в апертуре эффект есть, но "прыгают" не только линии спектра  из-за влияния атмосферы и проч. - прыгает и "белое" изображение звезды, от которого ведется отсчет (Глеб это тоже отмечал, говоря о значении "искажений апертуры")

"Эффект есть" пока только в Вашем воображении. Те же знающие люди на которых Вы ссылаетесь, очень сильно сомневаются. Вы принимаете несовершенство вашей аппаратуры за желаемое, а ваши фото и ссылки по этой теме ничего  кроме фиксации атмосферной турбулентности и механических прогибов установки пока не показали. Покажите для начала, хотя бы, что ваша аппаратура гарантировано, может зафиксировать сдвиг спектральных линий, связанный с лучевой скоростью (тот же эффект Доплера).

Писать и читать нужно будет так:
Для ветви, получившейся от пучка, упавшего на дифрешетку по ходу ее движения...
и для ветви, получившейся от пучка, упавшего на дифрешетку против хода ее движения...

 
Это что же ? Выходит что ваша решетка движется сразу в двух противоположных направлениях 

Кстати! Еще раз насчет щели. Для нее так же можно организовать две ветви регистрации, и принципиально это ничем не будет отличатся от применения диф-решетки (за исключением разрешающей способности. Однако если после щели применить,  например узкополосный фильтр (по типу интерференционного), то вполне можно будет определить сдвиг (если он конечно есть). Для дифракции на щели существует все тот же " белый" центральный максимом и +/-боковушки
Cмотрим рисунок.

[Gleb1964]

А вот кто знает, почему изображение прямой щели в спектрометре искривлено. - виде такой улыбочки. В противоположные стороны в 1 и -1 порядках для дифракционной решетки.
Или, в безщелевом варианте, если бы на небе была линия, параллельная штрихам решетки, то ее спектры в установке voiserg будут двумя искривленными в противоположных направлениях линиями. Или, как вариант, можно направить его установку неподвижно на экватор, но решеткой вдоль движения звёзд. Звезды на экваторе идут по большим кругам и прочерчивают прямые линии в нулевом порядке, а в 1 и -1 порядках будут искривленные спектры с "тангенциальными" эффектами. А потом можно будет и про формулу дисперсии поговорить.

[voiserg]

А вот кто знает, почему

Я еще весной в своем Тиранозавре отмечал специфическую "спектральную дисторсию", указал ее причины и применил вполне традиционные полиномиальные методы ее "лечения". В БАССКе такой спектро-дисторсии поменьше, поэтому применяю линейный метод ее учета и об этом уже здесь писал.

Восхищает широкий диапазон критики и ценных предложений.
У одного только ysdanko - от "перкидного рычага" до "сотни килограмм чугуния, необходимого для обеспечения нужной жесткости и стабильности прибора".
Среди литераторов распространено мнение, что в критики идут неудавшиеся писатели и поэты.
Пойду писать свою "танго-спектроскопическую поэму" пока "муза" не перешла к другому...
У меня ведь тоже широкий диапазон - от физики до лирики.
Может хоть по литературе премию дадут - в разделе фантастики.
А через время оценят фантастическое прозрение реальных фактов.
Пока же самый реальный и достоверный факт в том, что у вас нет таких наблюдений, которые есть у меня.

[ysdanko]

У одного только ysdanko - от "перкидного рычага" до "сотни килограмм чугуния, необходимого для обеспечения нужной жесткости и стабильности прибора".

А что вас смущает в "чугунии"? Я имел дело с ДФС, а они и в современной модификации, не сильно "похудели". Вот вам к примеру ДФС-500. Масса 110 кг.

[Михаил Марычев]

А вот кто знает, почему изображение прямой щели в спектрометре искривлено

Думаю, из-за того, что "параллельные" пучки, идущие после коллиматора от точек, не совпадающих с центром щели, падают на решётку под чуть-чуть другими углами. Например, для простоты можно предположить, что параллельный пучок, даваемый центром щели, падает на решётку в плоскости, перпендикулярной её штрихам. Но тогда пучки, соответствующие другим точкам щели, удалённым от её центра, после прохождения коллиматора будут падать на штрихи решётки в направлениях, не совпадающих с указанной выше плоскостью, причем это отклонение будет плавной функцией координаты вдоль щели (симметричной относительно центра последней). Это повлечет изменение углов дифракции (отсчитываемых в плоскости, перпендикулярной штрихам) для таких пучков, и искривление изображений щели в дифракционных порядках. В принципе, здесь можно говорить о разных "эффективных периодах" решетки для разных точек щели.

[Михаил Марычев]

В продолжение  - здесь я ссылался на полезную книгу
D. Schroeder, "Astronomical Optics", Academic Press Inc., 1987,
в которой этот вопрос формально строго рассмотрен в гл. 14 на стр. 258-262.

[ysdanko]

В продолжение  - здесь я ссылался на полезную книгу
D. Schroeder, "Astronomical Optics", Academic Press Inc., 1987,
в которой этот вопрос формально строго рассмотрен в гл. 14 на стр. 258-262.

Вроде бы этот вопрос имеет значение для длинных щелей и монохроматоров. Высоту всегда можно уменьшит до размеров, когда искривление практически не сказывается. Ну а для безщелевых спектрометров, все определяется дифракционным размером точечного источника, то есть при размерах "щели" высотой в несколько микрон, это искривление вообще можно не учитывать.

[Михаил Марычев]

Вроде бы этот вопрос имеет значение для длинных щелей и монохроматоров. Высоту всегда можно уменьшит до размеров, когда искривление практически не сказывается.

Для длинных щелей - согласен, с увеличением длины (лучше, высоты) щели эффект растёт квадратично при прочих равных условиях. А если, говоря о "длинных" монохроматорах, Вы имеете в виду фокальное расстояние коллиматоров, то тут наоборот - чем больше это расстояние, тем абсолютная величина эффекта пропорционально меньше. Под абсолютной величиной эффекта подразумеваю линейное смещение загнутых концов изображения щели в фокальной плоскости приёмника по отношению к середине этого изображения. Для иллюстрации можно взять такие значения: длина волны 500 нм, плотность штрихов 600 штр./мм, высота щели 4 мм (достаточно характерное значение для настольных спектрометров). Тогда при фокальном расстоянии коллиматора перед решёткой и коллиматора после решётки (для простоты полагаем их одинаковыми), равном 150 мм, получим указанное смещение приблизительно 4,2 мкм (сравнимо с шириной условного пиксела), а при фокальных расстояниях 300 мм - 2,1 мкм. 150-500 мм - типичный диапазон фокальных расстояний настольных спектрометров. Кстати, с увеличением плотности штрихов эффект растёт, например, при 150 мм фокальных расстояний коллиматоров и плотности штрихов решётки 1200 штр./мм смещение будет уже 10 мкм.
Если я не прав, Gleb1964 меня поправит.

[ysdanko]

Согласен с вами. Однако сейчас в связи с использованием в спектральных приборов матричных линеек. Проблемы с искривлением линий нет. Ведь даже при высоте щели в 0,5 мм, спектр на матрице по высоте (его поперечный размер) может занимать не один десяток пикселей.
Для монохроматоров (особенно светосильных), когда стоит задача получить монохромный свет достаточной интенсивности, проблема искривления линий остается. Однако она решается так же как и раньше с помощью изменения формы щели.