Software ed elaborazione

Argomento delicato, ma straordinariamente importante, è quello della elaborazione e del trattamento software degli spettri bidimensionali ottenuti con uno spettroscopio, grism, od altro sistema di acquisizione.In realtà la fase di acquisizione è quella più facile e immediata; la parte più difficile resta quella della identificazione delle righe principali e della calibrazione degli spettri, calibrazione che è di due tipi: quella per la lunghezza d'onda, che , una volta effettuata permette di associare a ciascuna riga la relativa lunghezza d'onda permettendo l'identificazione delle righe stesse e degli elementi ad esse associati, e per la risposta, intendendosi tale la calibrazione che corregge l'inensità dello spettro in funzione delle caratteristiche del setup usato: camera CCD, telescopio, filtri e quant'altro.Tale ultima calibrazione è necessaria allorquando si vogliano confrontare tra loro spettri acquisiti con strumenti e sistemi diversi, in una parola rende lo spettro normalizzato per qualsivoglia setup, amatoriale o professionale.

A delicate but important topic is that of processing of bidimensional spectra,obtained by a spectroscope, grism, or other mean.Particularly is important the two types of spectral calibration: the first for the wavelenght, that, once done, permits to associate a line to its wavelenght and to the elements, and the second for the system response, in order to correct the spectrum intensity in function of features of used setup: CCD camera, telescope, filters and so on.This last type of calibration is absolutely necessary to compare spectra obtained by different systems of telescope and cameras.

La fase di elaborazione inizia col pretrattamento degli spettri: le operazioni da effettuare sono, come per tutte le immagini astronomiche digitali, quelle della sottrazione dei dark frames e della divisione dei flat fields.Circa tale ultima operazione, c'è da dire che non sempre le flat danno risultati ottimali, e sono da usare con molta attenzione, specie quelle sintetiche fatte con lampade , fogli illuminati ed altro, suscettibili di alterare l'intensità dello spettro.Personalmente consiglio in spettroscopia di avvalersi esclusivamente di flat"nalturali", ovvero quelle riprese sul cielo all'inbrunire, immediatamente dopo il tramonto (cd."Sky flat") nelle zone ad alto tasso di inquinamento luminoso, e non solo, è necessario sottrarre dallo spettro dell'oggetto ripreso la componente del fondo cielo, che con le sue righe in emissione (specie mercurio,e sodio, ma anche numerose altre) tende ad inquinare lo spettro principale.Successivamente comincia la fase di elaborazione spettrale vera e propria, che richiede l'utilizzo di softwares appositi.In tale campo, purtroppo, non c'è molta scelta, in quanto alcuni software di elaborazione vengono venduti esclusivamente "in bundle" con spettroscopi commerciali (come gli Sbig). Software stand alone commerciali non ve ne sono attualmente,ad esclusione di R-Spec , venduto in USA a 99 $, che personalmente non mi sento di consigliare, preferendo di gran lunga il freeware Visual Spec.Tra i pacchetti freeware il migliore , a mio avviso più completo e professionale è quello realizzato dalla francese Valerie Desnoux, col nome di Visual Spec; liberamente scaricabile dal sito dell'autrice.Tale software, completo e complesso, può sembrare ostico e scarsamente friendly,ma, una volta compresi i meccanismi principali, costituisce un aiuto validissimo per trasformare gli spettri acquisiti in risultati statisticamente e scientificamente validi, con una quantità impressionante di funzioni e possibilità di elaborazione: di grande aiuto sono i vari help e tutorial (in inglese) mentre nel link seguente è possibile scaricare la traduzione italiana del tutorial Tutorial Visual Spec it.htm .Un software minore,anch'esso freeware di facile apprendimento , con un'interfaccia utente semplice ed intuitiva, ma limitato alla funzione principale della calibrazione per lunghezza d'onda è Astro Spectrum di Ivaldo Cervini, liberamente scaricabile dal sito web dell'autore.Per ottenere spettri validi ai fini dell'utilizzo anche professionale consiglierei il seguente percorso di elaborazione,effettuato, valutato e discusso in occasione del Seminario di Spettroscopia amatoriale tenutosi ad Asiago nell'aprile 2009:

The processing phase begins with the pretreatment of spectra: the steps are, as with all digital astronomical images, those of the subtraction of dark frames and flat fields.About this last operation, I might say that not always the flats give optimal results, and are to be used carefully, especially those made with synthetic lamps, sheets enlightened and more,that could alter the intensity of the spectrum.I rely exclusively on naltural flats , ie those shooting in the sky immediately after sunset (so-called "Sky flat"). In areas with a high level of light pollution, and not only, you must subtract from the spectrum of the object the one of the sky background,that with its emission lines (especially mercury, and sodium, but also many others) tends to pollute the main spectrum .After begins the real spectral processing, which requires the use of special softwares.In this field, unfortunately, there is little choice, as some processing software are sold "bundled" with spectroscopes on the consumer market(such as the SBIG). Stand-alone commercial softwares there are none at present, with the exception of R-Spec, sold U.S. $ 99, which personally I would not advise. I prefer the freeware Visual Spec the best,in my opinion, among freeware packages, more complete and professional than others, achieved by French amateur Valerie Desnoux , freely downloadable from the author's website. This software, complete and complex, may seem confusing and poorly friendly, but once you understand the main mechanisms, constitutes a valuable support to transform the spectra acquired in statistically and scientifically valid data, with an impressive amount of features and processing capabilities: very helpful are the various help and tutorials (in English) . A minor software, freeware also easy to learn, with simple and intuitive user interface, but limited to the main function of the wavelength calibration is AstroSpectrum by the swiss amateur Ivaldo Cervini, freely downloaded from the website of the author.

La procedura di elaborazione e riduzione dei dati , che ritengo utile riportare a titolo di esemplificazione di una corretta procedura di calibrazione per ottenere risultati di valenza scientifica, è stata la seguente, adottata per lo spettro della Galassia di Seyfert NGC 4151, acquisito con uno strumento professionale, la sequenza implica naturalmente per ciascun spettro le preliminari operazioni di pretrattamento di sottrazione della dark frame e divisione del flat field:

To obtain valid spectra for professional use also recommend the following course of processing, implemented, evaluated and discussed at the Seminar of amateur spectroscopy held in Asiago in April 2009:the following sintetic procedure shows quite well the path to obtain good an comparable spectra.The following example is that of the Seyfert galaxy NGC 4151 acquired by a professional instrument:the sequence implies obviously, for each spectrum, the preliminary operations of dark frame substraction and flat field division.

Operazioni:

Operations:

Siamo partiti dallo spettro bidimensionale della Galassia (media di due immagini)

e lo spettro a fenditura allargata di una stella di tipo spettrale A0V per la correzione della risposta strumentale:

and the spectrum of a spectral type A0V star for the strumental response correction

1) Sottrazione del fondo cielo (Software: Astroart 4, IRIS).La sottrazione del fondo (meno evidente) e' stata effettuata anche sullo spettro della stella di riferimento A0V. Di seguito le operazioni effettuate mediante il software Visual Spec.

Sky background substraction (IRIS or Astroart soft).The sky subtraction was done from the reference star spectrum too.

2) Estrazione del profilo spettrale della galassia e della lampada di calibrazione nella serie "Reference 1" di Visual Spec:

Extraction of galaxy spectral profile and the one of calibration lamp in the "reference 1" serie of Visual Spec

4) Estrazione del profilo spettrale della stella di riferimento e della lampada di calibrazione nella serie "Reference 1" di Visual Spec. Calibrazione del profilo in lunghezza d'onda:

Extraction of spectral profile of reference star and calibration lamp in the serie "Reference1" of V.Spec.Calibration of profile in wavelenght.

5)Determinazione della curva di risposta strumentale mediante stella di riferimento. Divisione del profilo spettrale della stella di riferimento A0V per il profilo campione di una stella della stessa classe spettrale presente nel database di Visual Spec:

Determination of instrumental response curve by means of the reference star: Division of spectral profile of reference star by the one of the example profile of a star of same spectral class exisisting in VSpec database.

6) Estrazione del continuo dalla divisione precedente per ottenere la curva di risposta strumentale

Continuum extraction from previous division to obtain the instrumental response curve

7) Calibrazione di intensita' del profilo della galassia. Divisione del profilo spettrale della galassia per la curva di risposta strumentale:

Intensity calibration of Galaxy spectral profile by division of galaxy spectral profile by the instrumental response curve.

8)Ottenimento dello spettro calibrato sia in lunghezza d'onda che in intensita'. Il risultato finale, nel quale sono evidenziate le righe dell’OIII, Hb, Ha e NII:Lo spettro potrà ora essere correttamente esaminato, valutato e comparato con quelli dello stesso oggetto ottenuto con altri sistemi di acquisizione

Finally, the spectrum is calibrated both in wavelenght and intensity; the final result shows the OIII, Hb, Ha and SII lines:The spectrum can now be examined ad compared with all others spectra, also obtained by different instruments.

Il neofita non deve tuttavia lasciarsi spaventare dall'apparente complessità di tali passaggi che, ripeto, sono quelli necessari per l'ottenimento di spettri a valenza professionale e che potranno essere acquisiti e resi familiari gradualmente.Per iniziare, il solo pretrattamento e la calibrazione in lunghezza d'onda saranno sufficienti.

The newby doesn't anyway feel afraid of that apparently complex procedure, that, I repeat, is necessary to obtain quite professional spectrum, and that can be acquired gradually.To begin it will be sufficient the only wavelenght calibration.

Possible contribution of amateur astronomers in spectroscopy with a simple transmission grating or grism of 110-200 g/mm.

Qui di seguito delineo i settori nei quali il contributo degli astrofili in campo spettroscopico può essere utile alla comunità astronomica sia a fini didattici che scientifici.

Hereby are defined some possible contributions of amateur in educational and scientific field

2) Osservazioni di quasars brillanti e misure di redshift (con strumenti di apertura di almeno 30-35 cm)

Observation of bright quasars and redshift measurements (with large aperture scopes, at least 30-35 cm)

3) Osservazioni e monitoraggio di spettri di stelle variabili ,cataclismiche, regolari o semiregolari

Observations and monitoring of variable stars, cataclismic, regular and semi-regular

La magnitudine raggiungibile è di circa 13 con strumenti dell’ordine di 35-40 cm