HIRSS 2
High Resolution Solar Spectroscope 2
A solar high resolution spectroscope with spectrohelioscope mode to be easy homebuilt
HIRSS2 segue HIRSS il mio primo spettroscopio solare ad alta risoluzione , che mi ha pienamente soddisfatto quanto a risoluzione spettrale : usarlo è stato ed è un piacere, ma non era stato concepito, nè poteva esserlo, per funzionare anche da spettroelioscopio usando il software "Iris" di C. Buil od altri analoghi in quanto la luce in arrivo (ordine 2), pur pienamente sufficiente per l'esame delle righe spettrali di assorbimento, non lo è altrettanto per indagare e riprendere ciò che si trova al loro interno, specie la debole luminosità cromosferica nella riga Ha.Inoltre, tale strumento si è avvalso di alcuni componenti, quali il sistema di movimentazione micrometrico del reticolo, trovati sul mercato del surplus e di non facile reperibilità.Ho voluto quindi estendere l'esperienza di HIRSS ad una nuova realizzazione, che si prefigge un duplice obiettivo: quella di poter essere utilizzata anche come modesto spettroelioscopio e di poter essere assemblata totalmente in casa,con componenti di uso comune e facile reperibilità, nel presupposto che non tutti abbiano accesso a componenti di surplus od officine meccaniche, come mi sembra di capire dai contatti avuti con astrofili interessati, ma che sono indotti a rinunciare alla autocostruzione per mancanza di disponibilità di officine meccaniche o tornitori.A parte il reticolo 50 x 70 (l/mm ed angolo di blaze sconosciuti, probabilmente un 600 l/mm),acquistato d'occasione ad un prezzo irrisorio in quanto attraversato da alcuni graffi superficiali che non sembrano tuttavia interferire notevolmente con l'immagine, gli unici componenti di qualche costo sono state le ottiche , peraltro anche queste estremamente commerciali, per coerenza con la predetta finalità: sono stati infatti usati due rifrattori cinesi, un 80/400 come collimatore ed un 100/500 come ottica della camera: entrambi acquistati d'occasione per il costo di 100 + 200 €.Tuttavia, c'è da dire che al posto del 100/500 si sarebbe potuto benissimo usare, per un reticolo 50 x 70 (diagonale di 85 mm ca) anche un secondo rifrattore 80/400 come ottica della camera con una trascurabile perdita in potere risolutivo del sistema ed un notevole guadagno in ingombro: il fatto è che tali ottiche erano le uniche in mio possesso utili per lo scopo specifico.E' appena il caso di far notare che si sarebbero potuti acquistare anche i soli doppietti acromatici, ad un costo quasi irrisorio (40 /50 €) intubandoli da sè in tubi di PVC da idraulica.In tal caso il costo complessivo dello strumento sarebbe stato ancora più basso.Considerando, in tale ultimo caso, un costo di 150/200 € per un buon reticolo, nuovo,e 20 € una fenditura regolabile di surplus, la spesa complessiva per lo strumento si sarebbe aggirata sui 350 €, un costo veramente trascurabile per le prestazioni che esso è in condizione di fornire.
The name of device speaks by itself: HIRSS 2 follows HIRSS, recently built and described in another page, whose spectral resolution and image quality gave me plenty of satisfaction.To use it was a pleasure, but it wasn't conceived to act as spectrohelioscope too, using some dedicated routines of "IRIS" software by the well known french amateur C. Buil, for the incoming light (order two), enough to explore the spectral lines,wasn't able to show what is inside them, such as the faint cromospheric light of Ha line.Furthermore,HIRSS was built using some components, as the grating micrometric motion device, found on the surplus market and not easy to find.I tried then to expand HIRSS' experience to a new spectroscope in order to reach a double goal: to use it as modest spectrohelioscope too, and to build it at home using exclusively common use components, as plywood, supposing that only a few amateurs can easily build by themselves mechanical components, considering also that some amateur who contact me often declare their interest for spectroscopy, but that they're afraid to be unable to build a spectroscope for lack of mechanical parts .Apart the 50 x 70 mm grating (85 mm diagonal and probably 600 l/mm), bought at a very cheap price for some scratches on its surface, that seem, anyway, not to interfere with image quality, the parts of some value are two chinese refractors , a 80/400 used as collimator and a 100/500 used as camera optics.Anyway, It could be used a second 80/400 refractor with only a modest lost of the system's resolving power and a noticeable advantage in its overall size.Furthermore, one could use with advantage two achromatic doublets in two plastic tubes, with an overall cost very low, not more, considering USD 150 for a good grating, USD 20 for a surplus slit and USD 150 for the optics, than 320/350 USD.
La base dello strumento è stata ricavata da un listello di legno laminato grezzo per limitare al massimo il peso, dimensioni 30 x 80 cm x 2 cm di spessore (in realtà per il solo spettroscopio sarebbe stato sufficiente un listello 30 x 50, ma ho volutamente ecceduto per lasciare spazio per strumenti aggiuntivi).Il progetto. "classico", di una semplicità estrema: un box, anch'esso di legno, aperto su due lati, con il reticolo al suo interno e le due ottiche poste a ca 38/40° (l'angolo esatto dipende dall'angolo di blaze del reticolo). A monte dell'estremità dell' 80/400 usato come collimatore ho lasciato spazio sufficiente per il montaggio di un cannocchiale di piccole dimensioni che inviasse una immagine del disco solare alla fenditura.E' opportuno notare che la focale delle ottiche, in tale progetto, va necessariamente contenuta in 500 mm al massimo per limitare l'ingombro ed il peso: focali maggiori potranno poi essere eventualmente ottenute con l'aggiunta di Barlows o duplicatori di focale.L'ingombro è comunque tale da non consentire l'applicazione del dispositivo al fuoco di un cannocchiale non professionale, cosicchè dovrà essere il cannocchiale a venire applicato al dispositivo: rifrattori a corto fuoco come 80/400, 60/ 415, 60/350 e così via , con l'uso di duplicatori danno un'immagine solare sulla fenditura sufficiente a distinguere le principali caratteristiche del disco da indagare.In conclusione, il progetto può essere distinto in due elementi principali; il box col reticolo ed il dispositivo di movimentazione e la base di legno con le ottiche e la fenditura , applicata al fuoco del collimatore.
The instrument's base was obtained by a plywood plate 30 x 80 x 2 cm (really, for the spectroscope alone it could have been enough a 30 x 50 plate, but I tried to leave room for others instruments).The project, very simple, was the "classical" one: a box, made from plywood too, opened on two sides, with the grating in it, and the two optics, the collimator and the camera optics, placed at a 38/40° from each other.As I said, in the front of the chinese 80/ 400 refractor used as collimator lens was left room enough for another small refractor, with the function to send a solar image to the slit. The focal lenght of optics in such a project is to be held the shortest possible to limit the overall dimensions and weight.Longer FL might be obtained by the use of barlow lens.
Il cuore dello strumento è costituito dal box contenente il reticolo, ricavato da una semplice scatola di legno 13 x 13 x 14,5 x 0,6 cm reperibile con facilità in quasi tutti i rivenditori di hobbistica per legno. Uno dei lati è stato tolto col seghetto alternativo per consentire il libero percorso ottico del fascio collimato e rifratto in uscita dal reticolo verso l’ottica della camera (il rifrattore 100/500).L’asse del reticolo, ovvero una barra filettata da 5 mm di ca 25cm di lunghezza, ne attraversa la cella ( la parte posteriore di una tazza in pvc nella quale è alloggiato il disco di vetro di ca. 90 mm sul quale è inciso il reticolo stesso) per inserirsi in due fori opposti nel box.L’ estremità inferiore dell’asse esce dalla base del listello multistrato 30 x 80 cm ed è lì bloccata da un dado, mentre quella superiore (Fig 1 e 2 ) termina con un ingranaggio piano ad essa solidale.Detto ingranaggio è poi in presa con uno uguale solidale ad una vite filettata, sormontato da un galletto ed una manopola, la cui estremità inferiore entra nel box e termina con un dado ed un anello di gomma. Stringendo o allentando il galletto, e poi fissando l’ingranaggio alla vite si può dosare in modo ottimale l’attrito dell’anello di gomma sul bordo interno del box e quindi la forza necessaria per far ruotare , tramite la manopola, la vite e l’ingranaggio che trasmette il moto all’asse del reticolo.Può sembrare complicato, ma non lo è.Personalmente ho usato due ingranaggi uguali che danno un rapporto di 1 a 1, ma nulla vieta che possano usarsi ingranaggi di diverso diametro e numero di denti, per ottenere rapporti di demoltiplica più favorevoli. I due assi con gli ingranaggi sono stati entrambi posti su di una placchetta di PVC da 6 mm, che assicura una sicura tenuta, a differenza del solo legno che potrebbe sbriciolarsi con l’uso.Tale sistema può essere costruito senza alcuno sforzo in casa,solo con l’aiuto di un trapano.
The heart of instrument is the grating’s box, obtained by a simple wooden box 13 x 13 x 14,5 x 0,6 cm easily to find in every plywood seller.One side was cut off to let the path of collimated diffracted light exiting the grating and going to the camera optics (the 100/500 refractor) be free of obstacles.The grating axe, a threaded rod of 5 mm for 25 cm of length passes through the grating’s cell ( the back of a PVC cup containing the glass disk with grating) to reach two opposites holes in the box.The axe’s bottom end get out the 30 x 80 cm plywood base , while in the top end is inserted a plastic gear.Such a gear is in touch with another gear on a threaded rod of 6 cm length, with a bolt and a knob on it, which enters the box and ends with another bolt and a rubber ring.Rotating the bolt up the gear in a sense or another and after fixing the gear to the rod one can control the friction of the rubber ring against the inner side of the box and the force of the gear’s motion and ,consequently, the force of the grating’s axe motion.It may seem complicated, but it isn’t.I used two equal gears with a 1:1 ratio, but one can use different diameter gears to obtain more favourable motion ratios.The two threaded rods were inserted, with their gears, into a piece of PVC, to assure a better held .
Fig. 1 - La scatola del reticolo
The grating's box
Una volta montato il box col reticolo, il resto è pura routine: si tratta di montare innanzitutto il collimatore, avendo cura che la distanza sia tale da non vignettare i bordi del reticolo , e che quest'ultimo sia centrato rispetto all'obiettivo del rifrattore; per fare questo controllo è sufficiente osservare il reticolo dalla parte del tubo di messa a fuoco (ovviamente senza oculari): eventuali disallineamenti in altezza od in azimut potranno essere corretti, ove non si disponga di anelli con viti a 120°, con degli spessori, ovvero spostando i fori di inserimento degli anelli nel substrato di legno verso destra o sinistra.Una volta montato il collimatore, tocca all'ottica di osservazione o della camera, avendo cura di sistemarla con un angolo di ca. 38/40° (ordine 1), seguendo la stessa procedura usata per il collimatore.Per motivi fisici, dovuti al diametro degli obiettivi, il collimatore è stato posizionato a circa 110 mm dal reticolo e l'ottica della camera ad una distanza lievemente superiore.
Once mounted the grating's box the remaining work is pure routine: one has to place, before of all, the collimating lens. taking some care with the distance between the lens and the grating, that should be set in order to cover the whole surface of the latter with no vignetting, and centered with it.This can be easily controlled observing the grating through the focusing tube (with no eyepiece): some misalignments should be fixed (if no 120° screws rings been set) by some thickness, or desplacing the ring's screws holes on the plywood toward the right or left side.Once mounted the collimator,it 's the camera's optic turn, to be set in a 38/40° angle (it depends exactly by the grating's g/mm and blaze) to intercept the 1 st order, and to be mounted following the same settings of collimator lens.Due to the diameter of both objective, the collimator was set at 110 mm from the grating and the camera optics at a slightly superior distance.
Nel montaggio fotografico che segue è mostrato il particolare del sistema di regolazione dell'inclinazione del reticolo sul proprio asse, ottenuto, come si è detto, con due ingranaggi di plastica a contatto, uno dei quali solidale con l'asse del reticolo, e l'altro, solidale ad altra vite o pezzo di barra filettata resa più o meno aderente alla parete di legno , e quindi con maggiore o minore attrito, con un galletto da una parte ed un gommino dall'altra.
In the following photographic mosaic is shown in detail the grating movement system, obtained with two plastic gears, one attached to the grating's axis and the other to another screw, made more or less adherent to the plywood wall by a nut and a rubber ring.
Fig. 2 : Il sistema di movimento del reticolo
Grating's motion device
Le foto che seguono delle Fig 3 e 4 mostrano invece lo strumento completo, compreso un piccolo rifrattore Konus 60/415 che, usato con una barlow 2X, ha una FL di 830 mm e fornisce un'immagine solare di ca 8 mm sulla fenditura,sufficiente per una scansione del disco come più innanzi sarà dimostrato, ma insufficiente per distinguere particolari sul disco stesso.L'uso del rifrattorino alla focale nativa, invece, se da un lato garantisce un fascio ottico di uscita dal collimatore 80/400 piuttosto grande (ca.60mm)ed una ottimale copertura del reticolo, dà, per converso, un'immagine del disco solare sulla fenditura troppo esigua .Qualcuno potrebbe giustamente osservare che un rifrattore da 60 mm è sottodimensionato rispetto a collimatori e ottiche della camera di 80 e 100 mm: la spiegazione è che,pur con l'attuale esigenza di contenere al massimo l'ingombro,non ho voluto ridurre le dimensioni dello spettroscopio vero e proprio, nella possibilità futura di potervi applicare un telescopio di più adeguate prestazioni.Del resto, il sistema di porre il rifrattore in asse con la fenditura, che è sicuramente quello che da il maggiore ingombro, è anche quello che assicura, con le opportune regolazioni, (si osservino i due anelli con viti a 120°) il miglior parallelismo tra il piano della fenditura ed il piano focale dello strumento che proietta l'immagine solare sullo spettroscopio, cosa che, in vista dell'ottenimento di vere e proprie immagini del disco, assicura l'assenza di astigmatismo o coma.Allo scopo di poter effettuare la scansione del disco solare semplicemente portando il bordo solare tangente alla fenditura e fermando poi il moto in AR in modo che l'immagine del sole passi sulla fenditura stessa, è necessario che questa sia posta perpendicolarmente all'asse orario, ovvero parallela all'asse di declinazione.Il che comporta, come si vede, che anche l'asse di rotazione del reticolo (che deve essere parallelo alla fenditura) sia posto nella stessa posizione relativa agli assi.
The following photo shows the whole instrument, with a small Konus 60/415 refractor which, used with a 2X Barlow lens, has a 830 mm FL ,getting a 8mm diameter solar image onto the slit, enough for a solar disk scan, but too small to make visible any kind of features .Anyway, the system of putting the refractor in axis with the slit is the only way to assure a good parallelism between the focal plane of telescope and slit.That choice permits to avoid some aberration as coma or astigmatism in images to be obtained.Now, a notice: the solar disk scan in order to obtain images via software in a certain line is made by putting the edge of solar image tangent to the slit, and stopping the AR motion: to make the scan possible, it's then necessary that the slit is set perpendicular to the AR axis, or, that's the same, parallel to the declination one.
Fig. 3: Vista generale dello strumento
Instrument's overall sight
Fig. 4: Vista dello strumento con il pannello di compensato di copertura
Instrument's sight with the plywood cover
Dalla veduta complessiva dello strumento data dalla precedente figura si osserva che l’ingombro è contenuto (nei limiti del possibile per tale genere di strumento) al di sotto di 1, 20 mt ed il peso entro gli 8/9 Kg. Va da sé che per usare al meglio HIRSS 2 occorre una montatura robusta.Personalmente uso una Losmandy G11 che è perfettamente adatta allo scopo, per quanto penso che anche montature più modeste, tipo Eq 6 possano andar bene ugualmente.Notare l'angolo di ca 38° tra collimatore ed ottica della camera.
From the overall sight of the instrument shown in the previous image one can see that the size is quite acceptable (minus than 1,20 mt) and so is the weight (8/9 Kg).It is obvious the need of a heavy mount to obtain good results.I use a Losmandy G11, that is very good for the job, but I think that lighter mount, as Eq 6, can equally carry the instrument.Note the 38° angle between collimator and camera optics.
Un aspetto molto delicato è la collimazione delle tre ottiche, che devono essere in asse tra di loro, cosa più semplice a dirsi che a farsi.La procedura da me seguita è stata la seguente:
Ho montato prima il collimatore, avendo cura, traguardando, attraverso un oculare cheshire, che il centro del reticolo, ruotato per 500 nm circa coincidesse col centro del cheshire.Stessa operazione con l'ottica della camera, alla quale ho dovuto aggiungere degli spessori per far si che l'immagine del centro del reticolo risultasse centrata.
Ho montato, quindi, il cannocchiale principale , (60/415) regolando le viti a 120° in modo che traguardando attraverso il centro dell'obiettivo di questo, si scorgesse il centro del reticolo.
Una collimazione delle tre ottiche si sarebbe potuta fare con un collimatore laser, ma ho preferito usare una piccola lampada a LED per evitare eventuali (anche se difficili) tracce del laser sulla delicatissima superfice del reticolo.Ho inserito, infatti, tale lampada, per mezzo di un adattatore , al centro dell'obiettivo 60/415 ed ho osservato l'immagine del reticolo col cheshire nel 100/500, verificandone la centratura, poi ho fatto l'inverso.
Un primo test dello spettroscopio ha riguardato, come al solito, la ripresa delle righe degli elementi più visibili, quali Idrogeno, Sodio, Magnesio e Calcio, nelle quali ha evidenziato una risoluzione sufficiente, seppure inferiore a quella di HIRSS (0,12 A/pixel contro gli 0,04 A/pixel con una Philips Toucam), ampiamente controbilanciata da una energia luminosa pari a 3- 4 volte quella del precedente strumento.La eccellente sensibilità nella parte blu-violetta dello spettro (vedi righe del Calcio) nonostante la nota scarsa sensibilità delle webcam in tale banda, mi ha indotto a pensare che il reticolo fosse “blazed” per la parte blu dello spettro.
Tale presunta caratteristica non gli ha però impedito di sfoggiare prestazioni di tutto rispetto anche nella ripresa della zona centrata sulla Ha, consentendomi di ottenere, il 9 e 24 aprile 2006, ottimi filmati della inversione della riga da assorbimento ad emissione sul bordo solare, particolarmente evidente quei giorni per la presenza di protuberanze di notevole estensione (Fig 9 e 10 ).Inoltre, quasi a premiare la mia idea di costruire lo strumento usandolo come spettroelioscopio, effettuando una scansione di prova del disco solare con la fenditura del medesimo ed la Philips Toucam II, sono riuscito senza molti sforzi a catturare nell’immagine costruita via software con Iris una delle protuberanze cui ho accennato.l’immagine è appena leggibile e di bassa qualità,anche per la scarsa sensibilità della webcam, ma dimostra che si può assemblare in casa uno strumento estremamente sofisticato e complesso come uno spettroelioscopio fino a pochi anni fa appannaggio esclusivo degli osservatori professionali.
The instrument was first tested taking a few images, by a Philip Toucam II webcam, of some most important solar elements lines, as Hydrogen,Sodium, Magnesium and Calcium, with a minor resolution respect to HIRSS (0,12 A/Pixel versus 0,04), but with a much more intense light flux, considered about 3-4 times than Hirss.The excellent sensitivity in the blue band (see the Ca lines image) made me think that grating could have been blazed for the blue part of spectrum.Anyway, the spectroscope performed very well in the red band too, in the Hydrogen Alpha zone, making easy for me to obtain, last april , 9 and 24 2006, good films of the inversion of Ha line from absorption to emission, particularly visible for the presence of large prominences on the solar limb (Fig 9 and 10 ).Furthermore, in the spectrohelioscope mode, I succeed to capture the image of a prominence building it by Iris software from an AVI film shot while the slit was scanning the sun disk.The image’s quality is very poor,for the reduced sensitivity of the camera, but it is the first demonstration that one can build by himself at home a complex instrument as a spectrohelio.
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
HIRSS 2 CALCIUM Doublet
Fig. 8
Fig.9
Fig. 10
Fig 11
Alcuni ulteriori tentativi di ripresa del disco solare nella riga Ha sono stati effettuati, stavolta con una camera Philips Toucam III con sensore BN , che presenta una sensibilità maggiore ed un rumore minore della Toucam II a colori.Descrivo sommariamente la procedura usata, per comodità di chi volesse tentare questa avventura, che ritengo oltremodo interessante per le sue implicazioni.Infatti ci si potrebbe chiedere per quale motivo perdere tempo a fare riprese del disco solare in Ha con una procedura complicata e laboriosa quando esistono in commercio strumenti che permettono di ottenere risultati notevolmente migliori , in modo immediato ed ad un prezzo modesto (Vd Coronado PST, ad esempio).La risposta è semplice: che l'uso di uno spettroelioscopio costituisce una vera e propria "finestra sul sole", permettendo in teoria la ripresa CCD del disco solare in ciascuna riga , e quindi nella luce di ciascun elemento, Ha, Hb, Na, Mg, Ca, e via discorrendo, col solo limite della quantità della luce in arrivo e della esigenza di sensori sensibili per riprenderla.Ma torniamo alla procedura:
- porre l'immagine del disco solare in arrivo dal telescopio (nel mio caso il 60/415) tangente al bordo superiore della fenditura, che va chiusa al minimo possibile compatibilmente con la qualità dell'immagine (righe trasversali o differenze di luminosità)
- focheggiare l'ottica principale , il 60/415 (o 60/830) nel mio caso,sulla fenditura ed eventualmente fare piccole correzioni anche con quella di ripresa (100/500), sino a che siano incise e a fuoco sia le righe che il bordo dello spettro (che è il bordo dell'immagine del disco solare).Ciò nel presupposto che il fuoco del collimatore sia già correttamente focheggiato sui bordi della fenditura.
- spegnere il moto orario della montatura attivando contemporaneamente , nel software usato, la funzione di ripresa di un filmato.Conviene, per agevolare l'acquisizione e la successiva elaborazione, ove il software di acquisizione lo permetta selezionare solo una parte dell'immagine (ca 50/60 Pixel) centrata sulla riga di interesse.
- Registrare il filmato sino a che, sullo schermo si veda l'immagine dello spettro diventare man mano scura sino a scomparire completamente (in genere sono circa 1800 frames a 10 Fps).La durata complessiva della scansione si aggira infatti sui tre minuti.
- Importare il filmato AVI in IRIS ,estrarre i singoli Fits ,effettuare , se necessaria, la routine di rotazione delle immagini estratte (comando Rot2) sino a che la riga di interesse sia perfettamente parallela al lato minore dell'immagine (presupponendo che lo spettro sia stato ripreso nel senso della parte maggiore del chip, con le righe ad esso perpendicolari).
- scegliere un punto x di interesse sulla riga, che dovrebbe essere il centro della riga stessa , ed attivare il comando scan2pic di IRIS, che provvederà a ricostruire l'immagine, dopodichè applicare eventualmente correzioni con maschere wavelet e filtri passa basso.
Further attempts of Ha solar disk imaging through the spectroscope were done, this time by a Philips Toucam III webcam with a BN chip, which has a better sensitivity and less noise than the colour Toucam II.It's useful, for amateur eventually interested, to report the procedure used, apparently not easy.Some could ask, in the moment in which are on the market cheap and efficient instruments to explore the sun in some elements lights (Ha, Ca), what utility could have such a procedure.The answer is simple: to use a spectroscope as spectrohelioscope for solar imaging mean to explore the sun in every line (and so in every element you want) with only limit of sensitivity of CCD camera being used).Hereunder is summarized the procedure:
- Put the solar disk image coming from the telescope (The 60/415 refractor in my setup) tangent to the upper part of the slit jaws (to be closed at the maximum , say 1/50 , 1/100 mm).
- Focus the main optics the 60/415 refractor in my setup, until the edge of spectrum image being shown on the monitor (which is the solar limb) seems to be sharp.Eventually make small correction with camera optics (100/500 in my case).This considering done a sharp focus of collimator onthe slit jaws
-Turn off the mount AR motion, leaving the slit to slide across the solar image, and activate, in the meatime, the software to shot an AVI film.
- Register the film until the spectrum image is no longer visible on the software window (generally about 1800 frames, for 3 minutes at 10 fps).
- Import the AVI film in IRIS software, estract the single FITS images, and make, if necessary,the images rotation routine (ROT2 command) until the line of interest will be perfectly parallel to the short side of the image (supposing that the spectrum was acquired with lines perpendicular to the longer side of the CCD chip.
- Choose a x point on the line (that ought to be the center of line itself), and apply the Scan2pic command of IRIS, and after, once obtained the image, apply a flou and wavelet mask.
l'immagine singola ottenuta dovrebbe apparire come questa, nella riga Ha, solo più grande.Occorrerà quindi fare un certo numero di scansioni e poi assemblarle insieme per ottenere una immagine completa del sole nella riga dell'elemento di interesse.Ovviamente non ci si illuda di avere immagini perfette, dato che i punti critici sono molti: primi tra tutti la fenditura, che per tale utilizzo va lavorata al meglio, dato che ogni sua piccola imperfezione si ripercuoterà sull'immagine con righe trasversali e differenze di luminosità, simili a quelle visibili nella foto stessa: quella regolabile da me acquistata presso Surplushed ad un prezzo modesto (15 USD) va più che bene per risoluzioni modeste, ma denuncia ovviamente i suoi limiti a risoluzioni elevate e con aperture molto strette.Del resto una fenditura regolabile ben lavorata può costare una cifra notevole, forse superiore a quella dell'intero strumento.Un altro punto critico è il reticolo, che dovrà essere di ottima qualità.Per questo uso consiglierei un reticolo di elevato potere risolutivo (almeno 1200 l/mm blazed per 500 nm, dato che si usa l'ordine 1 e che praticamente le righe di interesse attraversano tutto lo spettro solare).Quello da me usato per HIRSS2, probabilmente da 600 l/mm, pur essendo di notevoli dimensioni denuncia i suoi limiti quanto ad incisione dello spettro, forse anche per le numerose micro scalfitture che lo attraversano, così ho già in programma di sostituirlo con un altro di qualità e prestazioni migliori.
The (partial) single image of solar disk probably must look as the one shown above: it will be then necessary assembly a certain number of them to obtain an image of whole solar disk.It's necessary to underline that's quite impossible to obtain perfect images,due to some critical point, first the adjustable slit; the lines on the image are due to imperfections of the slit.The one i bought at Surplushed at a very interesting price (15 USD) is good for low resolutions, but has some defects at higher resolutions. One must consider, anyway, that a good adjustable slit could cost much more than the instrument itself.About the grating, i think that the need is of one at least of 1200 g/mm, blazed for 500 nm, considering the order 1 use and that the interest region is extended to the whole solar spectrum
Ulteriori modifiche ad HIRSS 2
Further improvements to HIRSS 2
Essendo la struttura di Hirss2 funzionante e collaudata con successo,nulla vietava di migliorarne il potere risolutivo spettrale con un reticolo di maggior risoluzione.Il reticolo usato, infatti, pur accettabile e di dimensioni adeguate. presentava dei limiti nel numero di righe per mm , circa 600, da quanto avevo calcolato, con una risoluzione spettrale con un chip di webcam Philips di ca. 0,12 A x pixel, meno della metà di HIRSS. Per ottenere lo stesso potere risolutivo di HIRSS con ottiche della metà di lunghezza focale sarebbe stato necessario un reticolo di doppio n. di linee, a parità di dimensioni.Dopo un certo tempo di ricerche sul web tra ditte specializzate, ho trovato quello che cercavo in un reticolo della Optometrics Corp. (una ditta USA specializzata, tra l'altro, nella costruzione di reticoli di diffrazione e apparecchiature laser) ruled ,da 1800 l/mm blazed per 500 nm "high resolution", ovvero applicato su un supporto di vetro ottico lavorato a 1/4 lambda.La massima dimensione del reticolo era di 50 x 50, inferiore a quella del precedente, ma sufficientemente grande.Il prezzo, rispetto alla concorrenza, decisamente interessante (159 USD).Dopo qualche giorno dall'ordine, la consegna,verificato che tutto fosse in ordine ho provveduto a smontare il box di legno, togliere la cella del vecchio reticolo, ed a montare il nuovo, applicato su di un supporto di PVC da 10 mm che non è il massimo dell'estetica, ma è funzionale ed ha il pregio di non costare nulla (Fig 12 ).Le ottiche esistenti , da 80 mm (collimatore) e 100 mm (camera) sono comunque sufficienti anche rispetto alla diagonale del nuovo reticolo (70 mm) per cui ho ritenuto opportuno lasciarle, per il semplice motivo che ne viene usata la parte centrale, di qualità senz'altro migliore dei bordi. Il 100 mm è stato anche diaframmato a 80 mm con un diaframma di cartone nero .Dalle formule canoniche risulta infatti che, con un cannocchiale di 60 mm e 415 mm di focale che possono diventare 830 con una barlow il diametro del fascio ottico che esce dal collimatore (80/400) è pari a 60x 400/415 = ca. 60 mm senza la barlow e 30 con questa.Nel primo caso la copertura del reticolo è quasi completa, ma la risoluzione dell'immagine solare dimezza.Sarei quindi propenso ad utilizzare la prima soluzione per l'uso come spettrografo ad alta risoluzione, e la seconda per l'uso come spettroelioscopio.
Once tested the instrument, I realized that a further improvement of spectral resolution was at hand, using a better grating.The grating used, of adequate dimension, had a low grooves per mm number, about 600, which gave a resolution of 0.12 A/pixel with a Philips Toucam camera, less than half of HIRSS resolution.After a web search, I found what I was looking for in an 1800 g/mm Optometrics 50x 50 ruled "High resolution" grating, blazed for 500 nm.The grating dimensions were a little less than the previous, but the resolution and the quality far better,also for the ruled area was obtained on a 1/4 lambda optical glass substrate.After a few days from order, the grating was delivered.Once verified that all was OK, i took the wooden box off from the instrument, the old grating from it, and put the new grating in a 10 mm thick PVC inexpensive cell and then in the box (Fig 12), and this was placed again on the instrument .The existing optics were left as they were.With a 60/415 telescope and a 80/400 collimator the diameter of optical path exiting the collimator is 60 x 400/415 = 60 mm without a barlowed telescope and 30 mm with barlow.In the first case, the grating is almost completely covered, but the image resolution lower.
Fig 12
Le prime prove del nuovo reticolo in modalità spettroscopio sono state più che soddisfacenti, con una risoluzione complessiva di ca 0,04 A/pixel con una Philips Toucam pro, quindi grosso modo pari a quella ottenuta con HIRSS, ma con una luminosità dell'immagine spettrale decisamente migliore (Fig. 13 e 13 b), cosa che mi ha permesso di applicare una barlow al cannocchiale della camera ottenendo una spettacolare risoluzione di 0,02 A/pixel, quasi da strumento professionale.Un esempio è riportato nella seguente immagine del solito doppietto del sodio,Na 1 e Na 2, tra le cui righe in genere si distinguono 5-6 righe ulteriori anche con strumenti a media risoluzione.Ebbene. l'immagine parla da sola: stavolta tra le due righe sono visibili oltre 20 righe, alcune delle quali molto deboli, praticamente tutte quelle riportate nel catalogo professionale di Moore!(Fig.14)Si avverte che il diagramma , ottenuto con Vspec, è calibrato soltanto per le righe e non anche per l'intensità e la sensibilità spettrale della camera.Tutte le immagini degli spettri solari mostrati sono, altresì, il risultato dello stacking di filmati AVI effettuato col programma freeware Registax.
The first attempts with new grating in spectroscope mode were more than acceptable, with an overall resolution of 0,04 A/pixel with a Philips Toucam camera chip, and then about the one obtained by HIRSS, but with an image lightness quite better (Fig 13 and 13 b).The resolution was furthermore increased inserting a barlow lens inside the camera optics' (100/500) eyepiece holder.The result of a 0.02 A/pixel is visible in the Fig 14 image, showing the Na1 doublet, whose inner part clearly shows more than 20 lines, almost all of those reported in the professional Moore catalogue.Is now useful to underline that the diagram of such spectrum, obtained by Vspec, is calibrated only for the lines, and not for the spectrum intensity and for the camera's spectral response.All the images are the result of the stacking of AVI film by Registax freeware software.
Fig 13- Riga Ha ripresa col nuovo reticolo da 1800 l/mm
Fig 13 b - Tripletto del Magnesio
Fig 14- Righe del Sodio Na 1 e Na 2 col nuovo reticolo ed una barlow al cannocchiale di ripresa.
ll campo dell'immagine comprende soltanto 13,5 Angstrom circa. Sono visibili quasi tutte le righe atmosferiche all'interno del doppietto, più una del ferro e quella del nickel, che predomina come intensità
Sodium Na 1 and Na 2 lines with new grating a nd a 2X barlow lens Image field is about 13,5 A
Recenti tentativi di uso di HIRSS2 come modesto spettroelioscopio col nuovo reticolo hanno dato risultati tutto sommato accettabili, tenendo conto della fenditura usata, non certo destinata ad usi quasi professionali.Tuttavia, secondo la mia opinione, l'uso di una buona fenditura consentirebbe risultati migliori: del resto, lo scopo di questo lavoro è proprio di evitare qualsiasi tipo di complicazione suscettibile di scoraggiare il neofita.Le prove sono tuttora in corso, ma ogni miglioramento avviene per gradi.Uno degli elementi di criticità, come è facile immaginare, è l'allineamento perfetto delle ottiche e la taratura degli elementi più importanti: apertura della fenditura, messa a fuoco del cannocchiale principale in modo da ottenere anche il fuoco dell'immagine che si trova dentro la riga, etc.Un altro elemento fondamentale è la sensibilità della camera: sto, infatti, ora utilizzando, come detto, una Philips Toucam 3 con sensore B/N, che si è dimostrata sufficientemente adatta, anche se non perfetta, per tale uso.Alla fig 15 è mostrata infatti un'immagine della Ha con tale camera, dove la sensibilità superiore ha consentito di osservare righe di bassissima intensità del vapore acqueo atmosferico tra i 6564,2 ed i 6568,9 Angstrom e, nettamente, le "Zeeman sensibili" righe del calcio e del ferro vicino la Ha.
La recente messa a punto ed i perfezionamenti necessari per far funzionare in modo accettabile HIRSS2 come spettroelioscopio digitale sono riportati al link nella pagina autocostruzione.
Recent attempts of HIRSS use in spectrohelioscope mode, were not bad, but the way to reach quite satisfying images is long.In my opinion a good, well made slit should be far better for the job, but the goal of this work is to avoid every kind of complications for the newbye.Another critical point is the optics' alignment and the main telescope focus to obtain a proper focus of the image inside the lines.A noticeable issue is the camera sensitivity, that ought to be the better possible.I' ve been using since a few months, as I said before, a Philips Toucam 3 webcam with a BW chip, that is about three times more sensitive than the colour one.In Fig 15 is shown a Ha zone image, where the better sensitivity of the camera let me observe some extremely faint H2O lines near Ha and sensitive Zeeman lines of iron and calcium .
The recent improvements to make HIRSS2 act as a digital spectrohelioscope are discussed at the link in the ATM page.
Fig 15 - Debolissime righe dell'H2O atmosferico vicino l'Ha e le "Zeeman sensibili" righe a 6572,8 e 6574.3
Faint ATM H2O lines near Ha and "Zeeman sensitive" lines at 6572.8 and 6574.3
HIRSS2 al XXXIX Congresso UAI di Catania
HIRSS2 at the XXXIX Catania IAU Meeting
Su invito degli organizzatori del Congresso,UAI- Gruppo Astrofili Catanesi , ai quali va il mio sincero ringraziamento per la riuscita della manifestazione, ho svolto a Catania, il 9 Settembre 2006, una breve, ma molto seguita relazione su HIRSS 2 e gli strumenti per la spettroscopia amatoriale in Italia.L'attenzione e l'interesse con i quali sono stati seguiti gli argomenti da me sviluppati lasciano ben sperare per il futuro della spettroscopia amatoriale nel nostro paese.
On September 9, 2006, in Catania, at the IAU meeting, I treated a short report on HIRSS2 and spectroscopy instruments for amateur astronomers in Italy.The great interest shown by all the amateurs made me to hope a favourable future for this branch of astronomy ,at amateur level , here in Italy.
