Многофункциональный бесщелевой апертурный спектроскоп - МБАС SpectRoyal

[voiserg]

Посвящается празднику Победы.

Не знаю, почему модератор перенес в тему о БАССКе начало темы про SpectRoyal
SpectRoyal
хотя эти спектроскопы отличаются конструктивно и функционально и в общем и в деталях.
Когда я писал модератору, что намерен открыть отдельную тему для SpectRoyal, никаких возражений с его стороны не было.
Если же формальной причиной объединения тем послужило то что SpectRoyal тоже бесщелевой спектроскоп с дифрешеткой в апертуре, как и БАССК, то модератору следует быть последовательным и объединить все  темы про многочисленные самодельные Ньютоны в одну супертему.
Пока же такого объединения не произошло, продолжу описание SpectRoyal в отдельной теме, в надежде что модератор восстановит здесь отрезанное им начало (и вернет исходное название темы о БАССКе).

Напомню, что с 1 по 5 мая занимался запуском SpectRoyal в эксплуатацию.
Выявились следующие проблемы.

1. Ошибся с фокусным расстоянием МТО 11 с "редуктором фокуса" из положительной линзы штатной ЛБ, и хроматизм большой получился.

 Фокусное расстояние оказалось не 500 мм, как я предполагал, а еще меньше.
Это стало видно уже на фото спектров калибровочной натриевой лампы.



На БАССКЕ в канале второго порядка (с эффективной плотностью решетки 2х600=1200 лин.на мм и фокусным расстоянием телескопа 500 мм дублет натрия 5890/5896 АНгстрем (шириной 6 Ангстрем) на Кэноне 350 укладывался в 80 пикселей.
Это же я ожидал и на  SpectRoyal с дифрешеткой 1200 лин.на мм, переделанным МТО и тем же Кэноном 350.
Но получил ширину дублета натрия 50 пикселей, что совпало с каналом первого порядка на БАССКе с фокуснеым расстоянием МТО 750 мм.
Из этого можно приблизительно определить фокусное расстояние МТО в  SpectRoyal либо 500*50/80=312, либо 750*600/1200=375.

Еще виден сильный хроматизм  изображений "белых" источников (лампы-экономки) - это из-за того, что работа оптики МТО очень сильно отличается от штатного и расчетного режима (на изображении калибровочной натриевой лампы это не так сильно выразилось).
Во-вторых, изображение источников в верхнем канале сильно вытянуто (некачественное вспомогательное зеркальце М1 перед дифрешеткой, см схему SpectRoyal в приложении).

Для более точного определения фокусного расстояния удалось заснять Арктур с его соседом V*CN Boo - HD 124953, расстояние между которыми по Симбаду 1034"


Несмотря на хроматизм, в нижнем канале все-таки можно определить положение Арктура на кадре координатами (1602, 1598) и V*CN (1528, 1902)
Расстояние между звездами на кадре по горизонтали 74 пикселя, по вертикали 304 пикселя (это катеты), что дает общее расстояние (гипотенузу) 313 пикселей.
Угловой масштаб получается 1034/313=3,3"=0,165^10-4 радиан на пиксель
При размере пикселя 6,4 мкм это дает фокус 388 мм.

С этим фокусом можно было бы работать и дальше (получается большая светосила и проницание),
Например, на фото Юпитера в нижнем канале видны его спутники (их спектры наверное тоже можно было получить при более длительной выдержке),



 При этом на спектре Юпитера и Арктура выше вполне отчетливо видны линии дублета натрия.
 Но хроматизм "белых" изображений - повод для губительной критики - рубит все на корню.

К фокусу 750 мм в МТО без штатной ЛБ возвращаться не хотелось из-за потерь светосилы и проницания (не говоря уже о родном фокусе 1000 мм со штатной ЛБ).
ПОэтому решил вместо МТО поставить смодельный Ньютон с зеркалом D=100 F=500 мм (предварительно).
Зеркальце М1 тоже решил поменять на более качественное.
Получилось вот так



Это фото уже переделанного SpectRoyal
 

[voiserg]

Еще по время первых наблюдений выявилось, что яркость спектра в канале с управляемым зеркалом (см.схему) почти в 2 раза больше, чем в "прямом" канале дифрешетки.
Дифрешетка профилированная, и я специально развернул ее максимальным блеском в канал с промежуточным зеркалом, в надежде что из-за наличия потерь на этом зеркале яркости в каналах уравняются - но этого оказалось мало.
Поэтому поставил управляемое зеркало меньших размеров (80х90).
Это же позволило плотнее скомпоновать его с дополнительным зеркалом MF2, светящим во второй видоискатель (см. схему), и зеркало целостата (когда оно активировано) теперь почти полностью освещает поле дифрешетки и управляемого зеркала и дает достаточно света на добавочное зеркало MF2 второго видоискателя  (раньше этого не хватало и целостат приходилось  смещать в сторону зеркала видоискателя, уменьшая поток света в "прямом" канале дифрешетки, и без того ослабленном профилированием)
На фото  видоискателя нет (снял при переноска прибора), виден только кронштейн для него (слева)

[voiserg]

Еще решил использовать в SpectRoyal Кэнон 400 с пикселем 6,1 мкм и полем 3888х2592 пикселей (а два одинаковых Кэнона 350 оставить на БАССКе).
Для определения реального фокуса самодельного Ньютона снова заснял Арктур с соседней V*CN, между которыми 1034".
Для предотвращения недоразумений напомню, что на одном фото помещаются спектры и "белые" изображения объектов сразу двух каналов. Поэтому на одном кадре два Арктура (яркие) и две V*CN (слабые), связанные попарно - одна над другой, но в зеркальном отражении в нижнем канале по сравнению с верхним.
Небо было в дымке, а потом вообще тучи набежали, так что не удалось тщательно сфокусироваться и наладить гид. Но и потому что получилось можно определить расстояние между звездами 425 пикселей, что дает масштаб 2,44" на пиксель и фокусное расстояние 545 мм.

Понятно, что хроматизм теперь вообще устранен - в обоих каналах спектроскопа нет ни одной линзы, даже мениска, есть только зеркала.

[voiserg]

Не знаю,как это может повлиять на предстоящие результаты SpectRoyal, но для любителей забивать гвозди дам фото квадрата 160х160 мм на расстоянии 24 м в самодельный Ньютон с Кэнон 400 (телескоп для этого снял со SpectRoyala, поэтому изображения не дублируются в кадре).



 Размер квадрата на фото и по горизонтали и по вертикали 594 пикселя без заметных искажений линейности как самого квадрата, так и всего забора, на котором он висит (если не придираться к тому, что горизонталь и вертикаль самого забора не соблюдены изначально и не прошли паспортный контроль, как и ручная разлиновка квадрата).
 Масштаб получается 2,25" на пиксель, в отличие от предыдущего 2,44" на пиксель, но это не удивительно, потому что теперь фокусировался не на бесконечность.

Предвидя упреки, что отсняв дисторсию телескопа отдельно от сетапа я что-то скрываю, подгоняю и манипулирую, объясню, что сделать такое фото непосредственно на SpectRoyal нельзя.
"Белые" изображения формируются небольшими зеркальцами 20х25 мм, а спектры формируются всей поверхностью дифрешетки 90х135 (не говоря уже о засветке фона кадра всей зеркальной поверхностью основы дифрешетки 170х170.
Поэтому вместо двух квадратов на фото в SpectRoyal получается засвеченный фон.

Дифрешетка с зекальцами М1,М2 и управляемое зеркала второго канала (и зеркало целостата, если оно используется)  стоят ДО главного зеркала телескопа, поэтому их дисторсии могут повлиять на качество отдельно взятого изображения (и влияют, как было при некачественном зеркальце М1), но не могут существенно повлиять на взаимное расположение изображений и спектров на кадре, что составляет главную часть измерений и расчетов скоростей на SpectRoyal.

На этом обсуждение дисторсии на SpectRoyal в ее обычном традиционном понимании астро-фото-любителями считаю исчерпанным.

[voiserg]

Теперь пришло время еще раз написать о том виде специфической зеркальной Z-дисторсии, которая действительно есть и существенна при работе на моих спектроскопах БАССК и SpectRoyal.
Проявления и суть эффекта Z-дисторсии уже были описаны ранее

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).

http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=43091.msg563074#msg563074

Зеркальца отражают падающий от целостата свет в этих же направлениях, но для этого у них угол падения и отражения другой, чем у дифрешетки.
В результате при небольшом повороте прибора линии спектра по кадру перемещаются быстрее, чем изображения источника-звезды.
То есть горизонтальное расстояние между изображением и конкретной линией спектра, определенное при калибровке для положения в центре кадра, для крайних положений будет другое (как это показано на фото в приложении.

Можно отнести это к специфическому виду дисторсии и "лечить" тем же методом - пересчетом к "центральному" положению с соответствующими коэффициентами.
Зависимость у меня получилась практически линейная

Вот фото с источником в центре (кадр 6670)

В верхнем канале Х-координата источника 2010, середина между линиями дублета 1879, расстояние до источника 131 пиксель
В нижнем канале Х-координата источника 2070, середина между линиями дублета 1913, расстояние до источника 157 пиксель


В одном крайнем положении (кадр 6671)

В верхнем канале Х-координата источника 604, середина между линиями дублета 855, расстояние до источника -251 пиксель (минус потому что дублет теперь переехал в другую сторону от источника).
В нижнем канале Х-координата источника 3474, середина между линиями дублета 2849, расстояние до источника 625 пиксель

И в другом крайнем положении (кадр 6672)

В верхнем канале Х-координата источника 3284, середина между линиями дублета 2831, расстояние до источника 452 пиксель
В нижнем канале Х-координата источника 776, середина между линиями дублета 1037, расстояние до источника -261 пиксель (минус потому что дублет здесь тоже переехал в другую сторону от источника).

[voiserg]

Для того, кто сам не видел, как изображения и спектры переезжают с места на место при повороте спектроскопа, приведенные выше результаты - полная неразбериха.
Но я это сам наблюдал и нашел простой способ упорядочить эту неразбериху.

Например, при повороте прибора, переводящем изображение источника в верхнем канале от одного крайнего положения (Х=604 пикселя на кадре 6671) в другое крайнее положение (Х=3294 на кадре 6672) середина дублета переезжает соответственно из Х=855 в Х=2841, а расстояние между источником и серединой дублета изменяется соответственно с -251 на +453.
То есть при смещении источника на 3294-604=2690 пикселей расстояние между источником и серединой дублета изменяется на 251+453=704 пикселя.
Это дает 704/2690=0,262 пикселя коррекции на каждый пиксель смещения источника по кадру.
То есть коэффициент коррекции Z-дисторсии в первом канале kdis1=0,262.

Аналогично, в нижнем канале (с управляемым зеркалом) при смещении источника от одного крайнего положения (Х=3474 пикселя на кадре 6671) в другое крайнее положение (Х=776 на кадре 6672)  расстояние между источником и серединой дублета изменяется соответственно с 625 на -261.
То есть при смещении источника на 3474-776=2698 пикселей расстояние между источником и серединой дублета изменяется на 261+625=884 пикселя.
Это дает 884/2698=0,328 пикселя коррекции на каждый пиксель смещения источника по кадру.
То есть коэффициент коррекции Z-дисторсии в первом канале kdis2=0,328.

[voiserg]

Конечно, такая простая линеаризация слишком грубая, если изображения по кадру гуляют в больших пределах  от середины кадра к одному краю или к другому.

Например, при сравнении крайнего результата на кадре 6671 с кадром 6670, где источник почти в середине, смещение источника в верхнем канале 2010-604=1406 пикселей.
Это должно дать коррекцию на 1406*0,262=368 пикселей, то есть нормированное расстояние от источника до середины дублета получается 368-251=117 пикселей, а на кадре 6670 получено расстояние 131 пиксель, расхождение на 14 пикселей.

В нижнем канале (с управляемым зеркалом) получаем соответственно смещении источника на 3474-2070=1404 пикселя, коррекция на 1404*0,328=460 пикселей, и нормированное расстояние 625-460165 пикселей против 157 на кадре 6670, то есть расхождение на 8 пикселей.

Если аналогично нормировать результаты в другом крайнем положении, на кадре 6672, тоже получим расхождение на 13 и 8 пикселей соответственно в каналах, но это будет уже "недоезд", а в предыдущем случае получался "переезд".
Это говорит о том, что Z-дисторсия в больших пределах нелинейная и ее нужно учитывать полиномом.
Но если гидирование обеспечивает небольшое смещение изображений источников и спектров относительно центра кадра, то линейная аппроксимация коррекции вполне удовлетворительная.

Даже с точки зрения более точной математики определенные выше "крайние" коэффициенты вполне приемлемы для линейной аппроксимации результатов в середине диапазона, потому что производная  функции (касательная к графику) нелинейной Z-дисторсии в этой области оказывается близкой к полученному выше "крайнему линейному приращению", хотя права и слева от средней области производная существенно отличается от этого значения (больше с одной стороны и меньше с другой стороны).


Для примера возьму еще один кадр с источником в середине (кадр 6673)


В верхнем канале Х-координата источника 2046, середина между линиями дублета 1907, расстояние до источника 139 пикселей
В нижнем канале Х-координата источника 2034, середина между линиями дублета 1892, расстояние до источника 142 пикселя.
По сравнению с кадром 6670  изображение источника в верхнем канале сместилось на 2046-2010=36 пикселей, что дает коррекцию на 36*0,262=9 пикселей, и нормированное расстояние от источника до середины дублета 139-9=130 пикселей при реальном расстоянии 131.

Аналогично в нижнем канале смещение источника на те же 36 пикселей дает коррекцию 36*0,328=12 пикселей (но здесь на увеличение) и нормированное расстояние 142+12=154 пикселя при реальном 157.

Это вполне удовлетворительно, если учесть проблему с  помехами от тополя на пути от прибора до калибровочного фонаря ( пока не получается решить эту заурядную проблему ).

Надеюсь, эти три поста исчерпывающе описывают процесс определения  зеркальной Z-дисторсии при калибровке и ее учета в ходе нормировки измерений - перевода первичных результатов к положению источника в центре поля кадра Кэнона 400 (Х=3888/2=1944).

[ysdanko]

Надеюсь, эти три поста исчерпывающе описывают процесс определения  зеркальной Z-дисторсии при калибровке и ее учета в ходе нормировки измерений

Нет слов   
Сударь! Вы бредите.   

[voiserg]

Спасибо, что прервали мой затянувшийся монолог, но бредом это кажется ВАМ потому что сами этого не делали не видели (и не собираетесь) и Ваш пост тянет на троллинг.
Если об описанной выше Z-дисторсии ничего нет в Гугле и Вики, то это не значит, что ее нет в Природе (тем более, что этот эффект статический, проявляется уже при калибровке по наземному источнику без всякой альтернативной экзотики, в отличие от "не существующего" по-вашему тангенциального эффекта - кинетического явления.
Если же ВЫ знаете другое, известное название для Z-дисторсии, буду рад если ВЫ его сообщите (как мне сообщили название барицентрической коррекции
Определение относительной скорости Земля-звезда).

Мне  многое приходится переоткрывать заново применительно для бесщелевого спектроскопа или открывать впервые .

С другой стороны, Вы и другие члены диванной партии сами зачастую выдвигаете пожелания, мягко говоря не существенные или не выполнимые.
Вот Глебу понадобился вид предфокала и зафокал на SpectRoyal для определения "степени заполнения апертуры".
Так ведь я уже написал, что на всю апертуру телескопа в SpectRoyal светит только дифрешетка в ее первом порядке спектра - пусть условно положительном, а в условно отрицательном порядке "апертура" для выравнивания яркости спектров каналов специально ограничена управляемым зеркалом меньшего размера (80х90, а с учетом угла падения 45* эффективный размер 56х90).
Но вы этого не увидите, потому что будут видны только расфокусированные полосы спектров.
Аперура для "белых" изображений конечно же не заполнена, потому что они формируются зеркальцами 20х25 мм, которые стоят перед дифрешеткой внизу.

Если же кому-то вместе с Глебом все-таки хочется на это посмотреть, то я уже дал здесь фото нефокала в свете Арктура, повторю еще раз, бОльшего размера, если не рассмотрели кликом


могу добавить снятый за день (ночь) до этого нефокал Юпитера с его спутниками (только на Кэнон 350)

Тогда тоже было облачно и я не успел сфокусироваться.

Ну и что это вам дает ?
Какие из этого будут ваши выводы о работоспособности или НЕ работоспособности SpectRoyal как прибора для определения скоростей звезд ?

[voiserg]

Меня упрекают, что я определяю при калибровке "бредовую" Z-дисторсию , но не делаю той калибровки, которая прописана во всех курсах обзорной спектроскопии начиная от  "чайников" до профессионалов - во всем видимом спектре, например по всем водородным линиям от красной до синей.

Так мне на БАССКе и SpectRoyal такая "стандартная" калибровка вовсе не нужна для определения скоростей, как она не нужна и на RVS GAIA для тех же целей.
Достаточно знать, что наблюдаются несколько реперных линий в достаточно узком диапазоне - как красные линии кальция в области 850 нм или оранжевый дублет натрия 589 нм у меня на БАССКе и SpectRoyal.

Но для более-менее точного определения скорости на бесщелевом спектроскопе большого и среднего разрешения нужны ДРУГИЕ калибровки, подробности которых команда GAIA считает своей "интеллектуальной собственностью", а описанные мной присутствующие бздоказательно называют бредом.

Из "стандартной" калибровки мне нужно знать только ширину оранжевого дублета натрия 5890-5896 Ангстрем (6 Ангстрем).
На кадре Кэнона 400 этот дублет занимает 70 пикселей, значит масштаб дифракции 6/70=0.086 Ангстрем на пиксель.

PS 10.05.18
Ошибся в посте 2 с определением фокусного расстояния само-Ньютона.
при угловом масштабе 2.44" (12.2*10^-6 радиан) на пикселе 6.1 мкм фокус получается ровно 500 мм.

Угловой масштаб SpectRoyal c  Ньютоном F=545 500 мм и Кэноном 400 уже определен выше 2.44" на пиксель.
Коэффициенты нормировки для учета Z-дисторсии тоже уже определены kdis1=0.262, kdis2=0,328.

Это все, что нужно знать для получения нормированных сдвигов спектров, происходящих вследствие эффекта Доплера (сдвиг частот и длин волн) вместе с тангенциальным спектроэффектом (аберрацией спектров ненулевого порядка вследствие изменения эффективного периода дифрешетки).
Далее с этими же параметрами нужно определить коэффициенты для расчета радиальной и тангенциальной скорости при решении системы двух уравнений (с двумя измеряемыми  переменными - нормированными сдвигами спектров).
Об этом я напишу в последующем посте.

Кстати, дублет натрия на SpectRoyal получился "уже", чем в канале второго порядка на БАССКе с таким же эффективным периодом дифрешетки (600*2=1200 линий на мм) и таким же фокусным расстоянием (предположительно, потому что я поверил на слово продавцу, что фокусное расстояние 500 мм, а сам это не проверял).
Это странно, потому что Кэнон 400 с пикселем 6.1 мкм на SpectRoyal при прочих равных условиях должен давать более широкий дублет, чем Кэнон 350 пикселем 6.4 мкм, а получилось наоборот (на БАССКе ширина дублета 80 пикселей). Фокусное Ньютона SpectRoyal F=545500 мм я уже посчитал здесь по фото Арктура с соседней V*CN. Похоже, что фокусное Нютона на БАССКе больше - это проверю и вполне может быть, что результаты на БАССКе тоже придется еще раз пересчитать с другими коэффициентами.

PS 10.05.18.
Проверил фокусное Ньютона на БАССКе. По фото Арктура с V*CN получилось почти то же самое расстояние в пикселях - 419 пикселей Кэнона 350 размером 6.4 мкм, что дает угловой масштаб 2.47" (12.3*10^-6 радиан) на пиксель и фокус 520 мм (в расчетах по БАССКу брал 500 мм, и не думаю что ради этого стоит пересчитывать, а в дальнейшем буду считать БАССК по реальному фокусному).
Но все равно пока не понял, почему теперь на SpectRoyale ширина дублета меньше чем на БАССКе - вроде должна быть одинаковой.

[voiserg]

Определяемый на бесщелевом спектроскопе сдвиг спектра в пикселях ( нормированный к определенному положению на кадре, т.е. уже без проявлений Z-дисторсии) есть результирующий по двум сдвигам:
- Сдвиг по эффекту Доплера при изменении частоты  - или эффективной длины волны L - на dl=L*Vrad/c [Ангстрем, нм или мкм]. Чтобы получить эту же величину в пикселях (dlp), ее нужно разделить на масштаб дифракции Mdif [Ангстрем/пиксель если длина волны в Ангстремах]:
dlpix=Vrad*(L/(c*Mdif)).
То есть сдвиг по доплеру в пикселях равен
dlpix=Vrad*Mdop,
 где   Mdop=(L/(c*Mdif)) есть чувствительность прибора в данной области спектра к радиальной скорости (в км/с если скорость света тоже в км/с).

- Сдвиг по тангенциальному спектроэффекту (аберрация ненулевого порядка спектра при изменении эффективного периода решетки) в угловых единицах dtan=k*Vtan/c [радиан]
Коэффициент k определяется углом дифракции fi, который зависит от длины волны L и периода  решетки h, в первых порядках Sin(fi)=L/h:
k=(Sin(fi/2)*Sin(fi))/Cos(fi/2)
https://drive.google.com/open?id=1RJ2aZIpF5iL8S3iIVOqKpUuPxVRgepaM
Для дифрешетки с плотностью 1200 лин/мм  в области оранжевого дублета натрия 589 нм угол нормальной дифракции fi=45*, поэтому
dtan=0.3*Vtan/c [радиан].
Эту величину нужно перевести из радиан в секунды, умножив на 2*10^5, а затем выразить в пикселях, разделив на угловой масштаб M"
dtanpix=Vtan*(2*10^5*k/(c*M"))
То есть сдвиг по тангенциальному эффекту в пикселях
dtanpix=Vtan*Mtan,
где Mtan=2*10^5*k/(c*M") есть чувствительность прибора в данной области спектра к относительной тангенциальной скорости (в км/с если скорость света тоже в км/с).
Вернее, к проекции относительной тангенциальной скорости на направление развертки порядка спектра в канале - положительного или отрицательного . Поэтому если сдвиг в канале условно положительного порядка "красный", то в канале условно отрицательного порядка сдвиг будет "синий" (и наоборот) - этим проявление тангенциального спектроэффекта отличается от проявления эффекта доплера, одинакового "цвета" в положительном и отрицательном порядке.

ПОэтому в одном канале (с условно положительным порядком спектра) общий сдвиг спектра будет описываться выражением
delta1=dlpix+dtanpix=Vrad*Mdop+Vtan*Mtan,
а в другом канале (с условно отрицательным порядком спектра) общий сдвиг спектра будет описываться выражением
delta2=dlpix-dtanpix=Vrad*Mdop-Vtan*Mtan,
Это при условии, что все оптические параметры (и коэффициенты Mdop и Mtan)  в каналах одинаковые.
В БАССКе, где оптика в каналах разная, входящие в эти выражения коэффициенты Mdop и Mtan тоже разные по каналам и это усложняет расчет.
Этот результат является решением прямой задачи - по известным параметрам оптики прибора и относительным скоростям рассчитать положенный сдвиг спектра в каналах.

В приборе, предназначенном для измерения скоростей, решается обратная задача:
- по двум измеряемым переменным (общий сдвиг спектра в каналах) нужно определить две неизвестные скорости - радиальную скорость и проекцию тангенциальной скорости на развертку спектра.

ПОскольку в SpectRoyal главные оптические параметры (и коэффициенты Mdop и Mtan)  в обоих каналах одинаковые (за исключением яркости и разного качества "белых" изображений), то радиальную скорость можно получить, просто сложив два "прямых" выражения, полученных выше:
delta1+delta2=2*Vrad*Mdop
Vrad=(delta1+delta2)/(2*Mdop).
Тангенциальная скорость получается вычитанием одного "прямого" выражения из другого:
delta1-delta2=2*Vtan*Mtan
Vtan=(delta1-delta2)/(2*Mtan).

При этом конечно нужно  обеспечить достоверность и стабильность входящих в выражения коэффициентов, соблюсти нужную "фазировку" знаков смещения спектра по каналам (это зависит еще и от юстировки),  и главное - обеспечить стабильность "точки отсчета" определяемой при калибровке до и после измерений. Для решения последней задачи я использую целостат, сохраняя одинаковое положение ответственных частей прибора при калибровке и измерениях.
 Есть еще много других проблем, начиная с тополя, который пока не могут обрезать.

[voiserg]

Пока не решена проблема с тополем, визуально мешающем калибровке с открытой площадки, занялся изучением калибровочного источника.
Достал такой же натриевый прожектор Pedas IP65 c OSRAM VIALOX NAV(SON) 250W (впрочем, на столбе может висеть не 250 Вт а 400 Вт - нужно как-то проверить).
Убрал штатный отражатель из профилированной фольги и поставил прожектор на бок, чтобы лампа располагалась вертикально (на столбе лампа расположена горизонтально).
Поменял в SpectRoyal само-Ньютон 500 опять на МТО, но вообще без линз от ЛБ, с фокусом 710 мм (уточнил по Арктуру с V*CN). О причинах замены напишу позже.
С расстояния 25 м получил вот такое фото лампы с ее спектром в оранжевой части

Снимал на Кэнон 400 днем с ISO 100 с выдержкой 1/125.
Хорошо виден "карандаш" горелки (диаметром порядка 7-8 мм), а прозрачная стеклянная колба и даже корпус прожектора (без отражателя) почти не заметны.
Запечатлились также листья куста малины рядом с лампой.
Фокусировался именно на изображение ламы и куста, хотя спектр при этом весьма размытый, что хорошо видно на линиях в другой области спектра ( оранжевый дублет рядом с изображением самой лампы плохо различим, а в спектре натриевой лапы несколько дублетов).

Подумал, что это из-за того, что с расстояния 25 м свет от источника все-таки плохо коллимирован (гораздо хуже чем с расстояния 1,2 км, не говоря уже о космической дали).
Тем не менее, удалось подобрать такое положение фокуса, когда линии спектра видны гораздо четче

но и при такой фокусировке не удалось различить линии оранжевого дублета, а изображение источника двоится

Именно двоится светящийся "карандаш" горелки, а не расплывается при дефокусе, как расплылись листья куста без раздвоения.
Это мне показалось странным.

[voiserg]

ПРовел аналогичные наблюдения ночью.
Опять при хорошей фокусировке на источник его спектр расплывается


а при оптимальной фокусировке для спектра изображение источника двоится, а изображение темных объектов просто расплывается

Здесь уже оранжевый дублет поглощения вполне четко различим.
Виден также четкий зеленый дублет эмиссии.


Затем вместо лампы 250 Вт подключил лампу Искра ST-70Вт с обычным цоколем, через дополнительный дроссель от ДРЛ400, чтобы не сгорела (ее номинальный ток 1 Ампер вместо 3 Ампер для 250 Вт).
Получил вот такой расплывшийся спектр при фокусе на лампу


и при оптимальном фокусе для спектра


Зеленый дублет эмиссии такой же четкий, как и для лампы 250 Вт, а вместо оранжевого дублета поглощения сплошная широкая "яма" в которой еле-еле просматривается дублет, хотя яспециально увеличил выдержку.
Это объясняет, почему по обычным уличным фонарям мне не удается калиброваться - там стоят лампы 150 Вт, от которых вместо оранжевого дублета тоже сплошная яма.
Да и на том прожекторе, по которому я калибруюсь, вполне может стоять лампа не 250 Вт (все-таки и на ней дублет выражен не так четко) а более мощная 400 Вт.

[voiserg]

ПРоведенное наземное исследование имеет прямое отношение к звездным наблюдениям.
Дело в том, что получив большой хроматизм на МТО F=388 и перейдя по этой причине на само-Ньютон F=500, я не мог найти оптимальный фокус для изображения звезды и ее спектра одновременно.
Сначала думал что просто не хватило времени при плохом небе (дымка и тучи).
Но потом была целая ясная ночь 9-10 мая - а результат тот же


Спутников возле "белого" изображения Юпитера практически не видно,
а V*CN возле Арктура такая же размазанная как на предыдущем МТО 388 мм с его хроматизмом (см.первый пост на этой странице)


Конечно, при этом я старался выбрать фокусировку, оптимальную для линий спектра.

[voiserg]

Подумал, что зеркало само-Ньютона настолько хромучее, что не дает нужного качества, хотя я в прошлом году уже вполне удачно использовал его для измерения аберрации света звезд в телескопе с водой (Кувшин)
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42080.msg557617#msg557617
Подумал, что именно этими экспериментами его тогда и подпортил.
Но и теперь отдельно от SpectRoyal само-Ньют выдал на мой взгляд вполне приличный нефокал Арктура

(кроп в приложении)
и фокал с присутствием V*CN рядом


Понимаю, что эти изображения далеки от идеала по мнению изысканных ценителей астрофото, тем не менее все видимые огрехи не могут объяснить происходящего в SpectRoyal несогласования фокусов "белых" изображений с оптимальной настройкой для спектров.

[voiserg]

После этих исследований с применением само-Ньютона вернул на SpectRoyal МТО11, но уже без извращений с "редуктором фокуса", а вообще без штатной ЛБ. Уже использовал такой же МТО 11 в такой же комплектации в канале первого порядка на БАССКе и по тем фото Арктура с  соседней V*CN теперь определил фокус F=710 мм. Не думаю, что фокус его брата на SpectRoyal сильно отличается, но позже проверю.
Пока же получил вот такое фото Юпитера с его спектром и спутниками

Видно, что при хорошей фокусировек спектра "белые" изображения двоятся, особенно в нижнем канале (с управляемым зеркалом).
На качество управляемого зеркала грешить не приходится по двум причинам.
Во-первых, такое же двоение заметно и в верхнем канале, без зеркала, непосредственно с дифрешеткой.
Во-вторых, я уже использовал это зеркало ранее для измерения аберрации через зеркало (и даже через два и три зеркала последовательно)
Наблюдение аберрации с помощью плоского зеркала
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=40000.0
Качество изображения ухудшалось, но его все равно хватало, чтобы измерять аберрацию звезд 10-й величины в приполярной области неба, во всяком случае двоения изображения не наблюдалось.

Я уже встречался с разницей фокусировки "белого" изображения и спектра дифрешетки в апертуре более года назад на своем первом Спектрозавре
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=42154.msg546716#msg546716

Но тогда решили, что причина в плохом качестве дифрешетки, очень потертой жизнью.
Теперь же на SpectRoyale стоит другая дифрешетка, намного лучше, если не смотреть на коррозию зеркальной основы по краям, а учесть, что время экспозиции на ней примерно в два раза меньше, чем было у дифрешетки на БАССКе. Время экспозиции спектра Арктура на SpectRoyale 10-20 сек  против  30-50 секунд на БАССКЕ в канале второго порядка с такой же эффективной плотностью решетки (2*600=1200), хотя там апертура в полтора раза больше (150 против 100) и в два раза больше по площади (то есть качество решетки в этом смысле в 4 раза лучше).

Впрочем, на Спектрозавре проблема была только в разности фокусировки, а двоения "белого" изображения не было.
В качестве зеркальца перед дифрешеткой, стороящего "белое" изображениие, в Спетрозавре брал зеркало из 2" диагонали.
На БАССКе зеркальца перед дифрешеткой страдали плохим качеством (пришлось подбирать их так, чтобы нарушения были вытянуты поперек развертки спектра)
 Сейчас же на SpectRoyal зеркалльца М1 и М2 нарезал из зеркала большего размера, оставшегося после неудавшейся попытки напылить полупрозрачное зеркало - напылили слишком много для полупрозрачного, но как оказалось - слишком мало для непрозрачного зеркала (на глаз 90% отражения и 10% пропускания) .  Хотя я надеялся, что зеркальный слой спереди не позволит проявиться переотражеиям, но получилось иначе.

Попробую найти другие зеркальца.

[ysdanko]

Подумал, что это из-за того, что с расстояния 25 м свет от источника все-таки плохо коллимирован (гораздо хуже чем с расстояния 1,2 км, не говоря уже о космической дали).
Тем не менее, удалось подобрать такое положение фокуса, когда линии спектра видны гораздо четче

Наконец то Вы занялись изучением возможностей своего прибора, а не "открытием" новых физических эффектов.
 Респект!
 Надеюсь, что и в дальнейшем, если вы будете последовательно двигаться в этом направлении, Вас ожидают, как и открытия (того что вы не знали), Так и закрытия,  Ваших "эффектов". 
Не растраивыйтесь. Это типичный путь любого не профессионала в науке. Не Вы первый и не Вы последний...

[voiserg]

А чего мне расстраиваться ?
Тангенциальный эффект даже на предыдущей БАССК-доске  проявился вполне отчетливо, несмотря на все ее недостатки.
 А в SpectRoyale после пуско-наладочных работ будет еще явственней.
Вообще же я думаю, что оппоненты неосознанно или сознательно путают эффект как качественное физическое явление и технические применения эффекта в приборах, в том числе в измерительных.
Приведу пример из близкой мне области электромагнетизма - эффект Холла

явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Качественно все просто и понятно.
Но эффект Холла пропорционален не просто величине тока I, а скорости носителей тока, и уже через нее - величине тока.
В самых популярных проводниках концентрация носителей тока так велика, а их скорость настолько мала, что там эффект почти не сказывается. Поэтому масса специалистов, имеющих дело именно с обычными проводниками, были бы уверены, что такого эффекта нет (если бы они были еще не знакомы с магнитной силой Лоренца).
И только  благодаря  малому сопротивлению золота эффект Холла был открыт в тонких пластинках - но сначала только качественно как факт наличия поперечной ЭДС.
В полупроводниках же концентрация носителей гораздо меньше, а их скорость гораздо больше, поэтому эффект холла проявляется гораздо отчетливее при одинаковой величине тока (увеличивается коэффициент Холла) и есть возможность изучать и применять количественную сторону эффекта.

То же самое можно сказать и про радиоактивность, и про фотоэффект - сначала их открыли как качественные физические эффекты-явления, а потом изучали количественно, и даже нобелевки вручали отдельно за создание теории.

Так что мне расстраиваться нет причин - у меня есть и качественные проявления тангенциального эффекта, и его теория. Теперь дело за их количественным подтверждением, а тут улучшения не знают границ.

[Gleb1964]

По поводу Вашей калибровки того, что Вы именуете "Z-дисторсией", суть которой заключается в том, что в бесщелевом спектрометре угол падения света на решетку меняется по полю, и соответственно, угловые расстояния между разными порядками дифракции тоже меняются по полю. А Вы не пробовали оценить коэффициенты исходя из параметров решетки и конфигурации, по известной формуле \( sin( \alpha ) + sin( \beta ) = n \cdot k \cdot \lambda \), где \( n \cdot k \cdot \lambda \) - это, соответственно, плотность решетки, порядок дифракции и длина волны.
Для решетки  \( 1200  mm^{-1} \), при длине волны \( 589  nm \) и угле падения на решетку порядка 45 градусов, угол дифракции 1-го порядка будет, примерно, по нормали к решетки, а коэффициент скорости изменения угла дифракции по отношению к нулевому порядку, будет порядка \( \sim 0.71 \). Сравните это с Вашими коэффициентами:

коэффициент коррекции Z-дисторсии в первом канале kdis1=0,262

,

коэффициент коррекции Z-дисторсии в первом канале kdis2=0,328

С моей точки зрения, здесь что-то не так, не должно быть такого большого несоответствия.

Вот Глебу понадобился вид предфокала и зафокал на SpectRoyal для определения "степени заполнения апертуры".

Идея была посмотреть на форму зрачка, но на Ваших изображениях расфокусировка недостаточная, тем более по Юпитеру. С другой стороны, в первом порядке форму зрачка так все равно не удастся увидеть, нужен монохроматических тест-объект, типа удаленного сфокусированного лазерного пятна. Кстати, если взять лазер и посветить им через расширетель пучка на какую-нибудь удаленную отражающую мишень сферической формы (типа елочной игрушки), можно получить монохроматическую исскуственную "звезду" для фокусировки, калибровки и оценки заполнения апертуры по внефокалам.

члены диванной партии

пожалуй, не стоит задавать такой тон дискуссии.

[voiserg]

А Вы не пробовали оценить коэффициенты исходя из параметров решетки и конфигурации, по известной формуле sin(α)+sin(β)=n⋅k⋅λ, где n⋅k⋅λ - это, соответственно, плотность решетки, порядок дифракции и длина волны.

ПРобовал, и Вы это хорошо знаете, потому что я писал об этом именно в дискуссии с Вами

    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.

на что Вы ответили:

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

Но тогда я написал лишь о первой половине сути Z-дисторсии, которая касается именно дифрешетки, и не успел написать о второй половине, которая касается зеркал, строящих "белое" изображение рядом с выбранным участком спектра. А ВЫ не пожелали до конца разобраться в этой проблеме, хотя об этом написано и по той ссылке, которую я неоднократно давал
http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=43091.msg563074#msg563074
и во взятой оттуда же цитате поста 4 в этой теме.
Поэтому Вы и сейчас не учитываете второй, зеркальной стороны сути Z-дисторсии:

По поводу Вашей калибровки того, что Вы именуете "Z-дисторсией", суть которой заключается в том, что в бесщелевом спектрометре угол падения света на решетку меняется по полю, и соответственно, угловые расстояния между разными порядками дифракции тоже меняются по полю.

Я зачеркнул не правильное, потому что суть той Z-дисторсии, о которой я пишу и коэффициенты которой рассчитываю, не в изменении углового расстояния между разными порядками дифракции, а в изменении фиксируемого на кадре расстояния между выбранными линиями спектра и формируемым отдельным зеркальцем (М1 и М2 на схеме) рядом с этими линиями "белым" изображением источника, которое НЕ ЯВЛЯЕТСЯ нулевым порядком спектра, формируемым самой дифрешеткой.
Именно поэтому рассчитываемые мной коэффициенты не соответствуют тому, что получаете ВЫ.

пожалуй, не стоит задавать такой тон дискуссии.

Мой тон будет другой, когда Вы вместо предвзятого скепсиса будете тщательнее и объективнее разбираться с тем, что я так тщательно и объективно пытаюсь исследовать и описывать по несколько раз.
Я уж не говорю о повторении моих приборов и наблюдений, чтобы не было недоразумений и эффекта испорченного телефона.

нужен монохроматических тест-объект, типа удаленного сфокусированного лазерного пятна. Кстати, если взять лазер и посветить им через расширетель пучка на какую-нибудь удаленную отражающую мишень сферической формы (типа елочной игрушки), можно получить монохроматическую исскуственную "звезду" для фокусировки, калибровки и оценки заполнения апертуры по внефокалам.

МОгу сделать и такой тест (есть у меня гелий-неоновый лазер), но это лишь добавит недоразумений.
Во-первых, потому что качество оптики прибора ухудшится неизвестным качеством игрушки (ее сферичность никто не калибровал).
Во-вторых, и это главное, я принципиально не могу калиброваться по таким близким "искусственным звездам", потому что для этого нужно перефокусировать телескоп с бесконечности, а это изменяет и угловой масштаб пикселя матрицы и масштаб дифракции - Вы сами меня потом будете за это бить долго и больно.
Поэтому единственный приемлемый способ калибровки моего спектроскопа - по достаточно далеко удаленному фонарю (не менее 1 км), и при фокусировке, оптимальной для наиболее четкого восприятия линий спектров звезд, хотя фото удаленной калибровочной лампы и ее спектра при этом будут немного расфокусированы (но масштабы и коэффициенты будут те же самые).
НАдеюсь, что калибровочные фото такой лампы, которую я исследовал вблизи у себя в огороде, с вертикальным "карандашом" горелки диаметром 7-8 мм, но на расстоянии 1,2 км удовлетворят требовательных оппонентов.