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Gli spettrografi. Uno spettrografo è uno strumento ottico il cui elemento essenziale è un dispositivo in grado di disperdere la luce, il dispersore Dispersori:

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Presentazione sul tema: "Gli spettrografi. Uno spettrografo è uno strumento ottico il cui elemento essenziale è un dispositivo in grado di disperdere la luce, il dispersore Dispersori:"— Transcript della presentazione:

1 Gli spettrografi

2 Uno spettrografo è uno strumento ottico il cui elemento essenziale è un dispositivo in grado di disperdere la luce, il dispersore Dispersori: PRISMI RETICOLI INTERFEROMETRI Altro elemento che non manca mai è il rivelatore: OCCHIO UMANO LASTRA FOTOGRAFICA TELECAMERA CCD

3 Lo spettrografo può avere diverse configurazioni ottiche, può essere dotato di una fenditura o meno, a seconda del suo potere risolutivo Altri elementi, presenti a seconda della configurazione ottica, sono: il collimatore (sistema ottico tra la fenditura e il dispersore) la camera (sistema ottico per focalizzare lo spettro sul rivelatore) Questi due ultimi elementi possono coincidere con lottica stessa del telescopio Le focali del collimatore e del telescopio sono legate: i rapporti focali f/ devono essere identici

4 Spettrografi a reticolo Gli spettrografi più diffusi sono quelli a reticolo. Un reticolo di diffrazione può schematicamente essere rappresentato da un sistema costituito da N (>2 ) fenditure I reticoli in realtà sono delle superfici ottiche piane o concave sulle quali sono incise una serie di linee (centinaia/migliaia per mm) con un passo estremamente regolare (tolleranza nm) I reticoli possono lavorare in trasmissione o in riflessione Ref: Resnick, Halliday Krane, cap. 47 Reticolo in riflessione

5 Reticoli in riflessione e trasmissione (b) In trasmissione (a) In riflessione

6 Equazione del reticolo 12 Dalla figura, la differenza di cammino tra i raggi 1 e 2 è data da: x = d sin – d sin = d (sin – sin dove d è il passo Poiché i massimi si hanno quando x = m, con m = 0, ±1,±2 …(ordini) essi cadranno agli angoli dati dalla relazione: sin m = sin + m /d

7 Poiché i massimi si hanno quando x = m, con m = 0, ±1,±2 …(ordini) essi cadranno agli angoli dati dalla relazione: sin m = sin + m /d Equazione del reticolo Due diverse Una sola Numero incisioni N=20

8 Dispersione La dispersione angolare è definita come D= d /d (radianti/nm) Ai fini dellaccopiamento col rivelatore è importante la dispersione lineare che si ottiene moltiplicando D per la focale f della camera D lin = dx/d = D f (mm/nm, mm/A) o meglio il suo reciproco misurato in (A/mm, nm/mm)

9 Calcoliamo lespressione della dispersione Differenziando lequazione del reticolo: sin = sin + m /d (1), cost : D = d /d = m/(dcos (2) Dalla formula si vede che la dispersione reciproca del reticolo non dipende da (relazione lineare tra e (Non è così per il prisma)

10 Potere risolutivo È definito come: R = / dove è la minima separazione osservabile tra due righe spettrali. La risoluzione è dunque un parametro importante per la misura delle grandezze fisiche (componenti di multipletti, velocità radiali, profili etc…) Attraverso il criterio di Rayleigh si dimostra cheil potere risolutivo è dato da: R = mN dove m è lordine ed N il numero totale di incisioni (investito dal fascio collimato) Per quanto riguarda la misura delle velocità, notiamo che per leffetto Doppler classico risulta: 1/R = = V/C Per esempio, se R=10 4 si possono misurare velocità dellordine di V = C/R = 30 km/s Per esempio un reticolo da 500 tratti/mm, di lato b=10 mm, al II ordine può fornire una risoluzione R = 2x500x10= 10 4

11 Confronto tra potere risolutivo dispersione D = m/dcos R = mN Vedi: Resnick, Halliday e Krane cap. 47 La dispersione di uno spettrografo è rilevante per laccompiamento col rivelatore. La risoluzione per la precisione delle misure.

12 Prisma

13 Potere risolutivo Prisma

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15 Confronto Reticolo Prisma Un reticolo da 500 tratti/mm delle stesse dimensioni b=25 mm,, al II ordine può fornire una risoluzione: R = 2x500x25= 2.5x10 4

16 Prisma obbiettivo È un prisma di piccola apertura (3-5º) viene usato soprattutto nei telescopi Schmidt e permette di raccogliere simultaneamente gli spettri a bassa risoluzione di una moltitudine di oggetti. Ha circa le dimensioni dellapertura del telescopio ed è posto davanti alla lastra corretrice. Spettrografi senza fenditura GRISM È un reticolo a trasmissione di bassa risoluzione in configurazione di Littrow ( ~ ) e viene inserito nel cammino ottico tra lobbiettivo ed il piano focale (in particolare primo fuoco). Anchesso permette di raccogliere più spettri simultaneamente. Allordine zero produce limmagine della sorgente

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18 Interferometro di Fabry-Perot Permette di ottenere alte risoluzioni spettrali. R È costituito da una o più superfici ottiche piane e parallele. Dalla figura si vede che si ha un massimo di interferenza quando la differenze di cammino ottico x =2nlcos = m La risoluzione R = Fm, ove F è un coefficiente che dipende dalla natura delle superfici ottiche

19 Blazing Il fatto che i reticoli producono spettri su diversi ordini comporta i seguenti limiti: spreco di energia sugli ordini non utilizzati negli ordini alti dove la risoluzione è maggiore lintensità dello spettro è molto ridotta Perciò uno dei principali scopi dei progettisti di reticoli è quello di concentrare la radiazione su pochi ordini, ottimizzando la risoluzione. Questo obbiettivo viene perseguito attraverso la tecnica del blazing (indirizzamento, instradamento) che consiste nel dare una particolare forma al profilo delle incisioni e in opportuna scelta dei materiali.

20 Reticoli Echelle Sono reticoli blazed per lalta risoluzione con poche incisioni per mm e che operano ad ordini molto alti m ~ 100, la loro risoluzione può arrivare a ~ 10 7 Gli spettrografi ad echelle necessitano di un dispersore ausiliario incrociato a 90 º che ha lo scopo di rimuovere la sovrapposizione degli ordini Si definisce Free Spectral Range (FSR) lintervallo di lunghezze donda libero da sovrapposizioni

21 International Ultraviolet Explorer

22 Spettro echelle AD Leonis H

23 Echelle Reticolo a echelle: C.W.Allen Astrophysical Quantities cap. 6 FEROS on the MPG/ESO-2.20m Telescope International Ultraviolet Explorer

24 Gli spettrografi devono essere dotati di una sorgente (lampada) per la calibrazione in Th-Ar


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