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Der vom Teleskop empfangene integrale Strahlungsstrom wird in einem
Spektralapparat durch ein Prisma oder ein Gitter in seine
wellenlängenabhängigen Bestandteile zerlegt. Bei der Verwendung eines
Prismas oder Kombinationen von Prismen erfolgt die Zerlegung auf Grund der
Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex der verwendeten Prismengläser.
Bei der Verwendung von Strichgittern wird die spektrale Auflösung des
integralen Strahlungsstromes durch die Beugung erreicht. In modernen
Gitterspektrographen kommen Reflexionsgitter zum Einsatz, bei denen die
geometrische Form der einzelnen Gitterelemente so gestaltet ist, daß ein
großer Teil der gebeugten Strahlung in einen bestimmten Winkelbereich
und damit in eine bestimmte Ordnung reflektiert wird. Diese sogenannten
"`blaze"'-("`Glanz"'-)Gitter haben den entscheidenden Vorteil,
den im allgemeinen
schwachen stellaren Strahlungsstrom in eine Ordnung zu konzentrieren.
Damit kann von dem Empfänger ein stärkeres Signal aufgenommen werden.
Für die Charakterisierung der Leistungsfähigkeit von Spektrographen
werden verschiedene Kenngrößen verwendet.
Bei Prismenspektralapparaten wird die Dispersion des Glases, d.h.
die Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl
zur
spektralen Zerlegung des Sternlichtes genutzt. Man unterscheidet dabei
zwischen der
Materialdispersion ,
Winkeldispersion und
Lineardispersion
Als mittlere Dispersion werden oft die Differenzen von und
, dividiert durch die Differenz der entsprechenden Wellenlängen für
H und H, bezeichnet.
Im einzelnen haben die in den Definitionsgleichungen auftretenden Ausdrücke
folgende Bedeutung:
- d:
- linearer Abstand zweier Spektrallinien - mit dem Wellenlängenunterschied
d - auf der Registrierung,
- d:
- Differenz der Ablenkungswinkel zweier Strahlenbündel der
Wellenlängendifferenz d,
- :
- Brennweite des abbildenden Systems.
Bei Prismenspektralapparaten ist das Auflösungsvermögen durch
gegeben. Dabei ist die Basisbreite des
verwendeten Prismas. Bei der Verwendung von Gittern wird durch das spektrale
Auflösungsvermögen
|
(1) |
die Leistungsfähigkeit eines Spektralapparates charakterisiert.
In der Beziehung bedeuten
- :
- die Wellenlänge, bei der gemessen wird,
-
:
- die Wellenlängendifferenz der Spektrallinien,
die gerade noch getrennt wahrgenommen werden können.
In Analogie zur Definition zum Auflösungsvermögen anderer optischer Systeme
wird
bestimmt: Benachbarte Bilder eines sehr schmalen
Spaltes werden dann getrennt wahrgenommen, wenn das Hauptmaximum einer Linie
mit dem Beugungsminimum der anderen zusammenfällt (RAYLEIGH-Kriterium).
Bei der Verwendung eines Gitters hängt das Auflösungsvermögen
allgemein von
den eingeklammerten Größen in Beziehung (1) ab. Es bedeuten
- :
- die Gesamtzahl der Striche des Gitters und
- :
- die Ordnung der Beugungsbilder in der beobachtet wird.
Im speziellen Fall sind beide Parameter in einem Spektrographen
konstruktionsbedingt festgelegt.
Als Dispersionskurven bezeichnet man die (graphisch dargestellten)
Funktionen
, die
empirisch durch Ausmessen eines bekannten Spektrums gewonnen werden.
Da bei einem Objektivprisma (siehe Abschnitt 6.2.2) die Strahlenbündel der im
Gesichtsfeld befindlichen Sterne im allgemeinen mit unterschiedlichem
Einfallswinkel auf das Prisma treffen, ist die Winkel- und die
Lineardispersion der Spektren ebenfalls unterschiedlich.
Zur Linienidentifikation benötigt man u.a. den Abstand
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(2) |
der unbekannten Spektrallinie von einer Bezugslinie.
Abb. 1:
Prinzipieller Aufbau und Verläufe der
Strahlengänge in gebräuchlichen Typen von Spektralapparaten.
Die Spaltspektrographen (a, b) befinden sich am Ende des Strahlenganges
des Teleskops; d.h. die Spaltebene des Spektrographen liegt in der
Brennfläche des Teleskops. Beim Gitterspektrographen werden vorwiegend
"`blaze"'- Gitter eingesetzt. Die Abbildung der Spektren auf den Empfänger
kann mit einer SCHMIDTkamera erfolgen.
Beim Objektivprismenspektrographen (c) befindet sich das Prisma vor der
Eintrittsöffnung des Teleskops. Bei der Aufnahme eines Sternfeldes muß die
optische Achse des Teleskops (strich-punktierte Linie) um den Ablenkwinkel
des Prismas gedreht werden.
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Juergen Weiprecht
2002-10-29