Спектроскопические приборы и обработка данных

Спектрографы используют диспергирующие элементы, такие как дифракционные решетки и призмы, для разложения света в спектр, а записанные данные должны быть калиброваны по длине волны и потоку перед анализом.

Definition

Спектроскопическая редукция — это последовательность операций калибровки и извлечения, которая преобразует необработанное изображение спектрографа в одномерный спектр, калиброванный по длине волны и, по возможности, по потоку.

Scope

Эта тема охватывает проектирование и работу астрономических спектрографов, включая щелевые, волоконно-оптические и интегрально-полевые конфигурации, а также диспергирующие элементы, такие как дифракционные решетки, призмы и эшелле-решетки, наряду с этапами обработки, которые превращают необработанные кадры в калиброванные спектры: коррекция смещения и плоского поля, извлечение спектра, калибровка по длине волны с помощью дуговых ламп и калибровка потока по стандартным звездам. Она включает понятия спектрального разрешения и дисперсии.

Core questions

• Как дифракционные решетки, призмы и эшелле-конфигурации диспергируют свет, и что определяет спектральное разрешение?
• Как устанавливается шкала длин волн по спектрам сравнения дуговых ламп?
• Какие этапы редукции необходимы для извлечения чистого, калиброванного спектра из необработанного кадра?
• Как калибруется поток спектра с использованием наблюдений стандартных звезд?

Key theories

Дисперсия дифракционной решетки

Нарезная или голографическая решетка диспергирует свет за счет интерференции, при этом уравнение решетки связывает длину волны с углом дифракции и порядком, а разрешающая способность определяется количеством освещенных штрихов.

Калибровка по длине волны

Спектры эмиссионных линий от дуговых ламп с известными длинами волн наблюдаются вместе с целевым объектом, обеспечивая дисперсионное решение, которое сопоставляет положение на детекторе с длиной волны.

Clinical relevance

Тщательная инструментальная настройка и обработка определяют точность каждого спектроскопического результата, от радиальных скоростей для обнаружения экзопланет до измерений содержания элементов, а эшелле-конструкции высокого разрешения обеспечивают точность до метра в секунду, используемую при поиске планет.

History

Ранние обзоры с объективными призмами уступили место щелевым спектрографам на больших телескопах; эшелле-решетки, многообъектные волоконно-оптические системы и интегрально-полевые блоки постепенно расширяли разрешение и мультиплексирование в эпоху ПЗС-матриц.

Seminal works

• schroeder2000
• kitchin1995
• chromey2016

Frequently asked questions

Что такое спектральное разрешение?

Спектральное разрешение — это способность спектрографа разделять близко расположенные длины волн, обычно выражаемая как отношение длины волны к наименьшей разрешимой разнице длин волн; более высокое разрешение позволяет выявлять более тонкие детали линий.

Почему используются дуговые лампы?

Дуговые лампы излучают резкие линии с точно известными длинами волн, которые служат опорными точками для преобразования пиксельных позиций в спектре в точную шкалу длин волн.