Спектрографи. Спектральні методи дослідження небесних тіл.

Спектро́граф (від спектр та грец. γραφω — пишу) — спектральний прилад, у якому приймач випромінювання одночасно реєструє весь можливий електромагнітний спектр. Приймачами випромінювання можуть бути фотоматеріали, багатоелементні фотоприймачі (ПЗЗ-матриці або лінійки), електронно-оптичні перетворювачі. Диспергувальна система (система, що поділяє потік випромінювання залежно від довжини хвилі) може бути призмою, дифракційною граткою тощо.

Застосовується переважно в астрономії.

Спектральний аналіз - сукупність методів якісного і кількісного визначення складу об'єкта, заснована на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням, включаючи спектри електромагнітного випромінювання, акустичних хвиль, розподілу по масах і енергіям елементарних частинок і ін
В залежності від цілей аналізу і типів спектрів виділяють кілька методів спектрального аналізу. Атомний і молекулярний спектральні аналізи дозволяють визначати елементний і молекулярний склад речовини, відповідно. В емісійному і абсорбційному методах склад визначається за спектрами випускання і поглинання.
Мас-спектрометричний аналіз здійснюється за спектрами мас атомарних або молекулярних іонів і дозволяє визначати ізотопний склад об'єкта.
Історія
Темні лінії на спектральних смужках були помічені давно, але перше серйозне дослідження цих ліній було зроблено тільки в 1814 році Йозефом Фраунгофера. У його честь ефект отримав назву «фраунгоферових лінії». Фраунгофер встановив стабільність положення ліній, склав їх таблицю (всього він нарахував 574 лінії), привласнив кожній буквено-цифровий код. Не менш важливим стало його висновок, що лінії не пов'язані ні з оптичним матеріалом, ні з земною атмосферою, але є природною характеристикою сонячного світла. Аналогічні лінії він виявив у штучних джерел світла, а також у спектрах Венери і Сіріуса.
Незабаром з'ясовувалося, що одна з найбільш виразних ліній завжди з'являється в присутності натрію. У 1859 році Г. Кірхгоф і Р. Бунзен після серії експериментів уклали: кожен хімічний елемент має свій неповторний лінійчатий спектр, і по спектру небесних світил можна зробити висновки про склад їх речовини. З цього моменту в науці з'явився спектральний аналіз, потужний метод дистанційного визначення хімічного складу.
Для перевірки методу в 1868 році Паризька академія наук організувала експедицію в Індію, де належало повне сонячне затемнення. Там учені виявили: всі темні лінії в момент затемнення, коли спектр випромінювання змінив спектр поглинання сонячної корони, стали, як і було передбачено, яскравими на темному тлі.
Природа кожної з ліній, їх зв'язок з хімічними елементами з'ясовувалися поступово. У 1860 році Кірхгоф і Бунзен за допомогою спектрального аналізу відкрили цезій, а в 1861 році - рубідій. А гелій був відкритий на Сонці на 27 років раніше, ніж на Землі (1868 і 1895 роки відповідно).
Принцип роботи
Атоми кожного хімічного елемента мають строго певні резонансні частоти, в результаті чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопії на спектрах видно лінії (темні чи світлі) в певних місцях, характерних для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини і його стану. У кількісному спектральному аналізі визначають зміст досліджуваної речовини за відносною або абсолютною інтенсивностями ліній або смуг в спектрах.
Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою виконання, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини (10-30 мг), необхідного для аналізу на велике число елементів.
Атомарні спектри (поглинання або випускання) отримують переведенням речовини в пароподібний стан шляхом нагрівання проби до 1000-10000 ° C. В якості джерел збудження атомів при емісійному аналізі струмопровідних матеріалів застосовують іскру, дугу змінного струму; при цьому пробу поміщають в кратер одного з вугільних електродів. Для аналізу розчинів широко використовують полум'я або плазму різних газів.
Застосування
Останнім часом, найбільшого поширення набули емісійні та мас-спектрометричні методи спектрального аналізу, засновані на порушенні атомів і їх іонізації в аргонової плазмі індукційних розрядів, а також в лазерної іскрі.
Спектральний аналіз - чутливий метод і широко застосовується в аналітичній хімії, астрофізиці, металургії, машинобудуванні, геологічній розвідці та інших галузях науки.
У теорії обробки сигналів, спектральний аналіз також означає аналіз розподілу енергії сигналу (наприклад, звукового) по частотах, хвильовим числам і т. п.

Астрофотографія.

Астрофотографія, астрограф, астрономічна фотографія - спосіб проведення астрономічних спостережень, заснований на фотографуванні небесних тіл з використанням астрографов.
Переслідує дві основні мети:
• Дослідницькі. Перевага фотоматеріалів перед людським оком полягає в накопиченні світлового впливу фотографічної емульсією за час тривалої витримки. Це дозволило астрономам отримувати зображення об'єктів надзвичайно низькій яскравості. Крім того, фотографічний метод дозволяє отримати зображення відразу багатьох об'єктів і відрізняється документальністю та об'єктивністю.
• Художні.
У вузькому сенсі астрофотографії називають фотографічну астрометрію.
Особливості
Устаткування для аматорської астрофотографії (зйомка через телескоп з використанням гідірованія).
Цифровий дзеркальний фотоапарат Olympus E-330 встановлений на телескоп через Т-адаптер (М42 × 0,75 → байонет 4/3) замість окуляра
В залежності від об'єкту зйомки і її мети (задуму) в астрофотографії може застосовуватися різне оптичне й знімальне обладнання (як телескоп з фотоапаратом, так і фотокамера з власним об'єктивом); оптичні системи різних типів і з різними фокусною відстанню (короткофокусні для ширококутних знімків або довгофокусні - наприклад, для фотографування планет); фотокамера може бути як нерухомої (для фотографування слідів зірок), так і оснащеної приводом тієї або іншої конструкції для компенсації добового обертання Землі; зйомка з використанням телескопа включає в себе цілий ряд технічних прийомів, способів і особливостей ( як власне зйомки, так і наступної обробки зображення).

На окулярного вузлі телескопа зазвичай поміщається плівковий або цифровий фотоапарат зі знімним об'єктивом. Для установки фотоапаратів на телескопи розроблений уніфікований Т-адаптер. У поєднанні з автоматичним управлінням з комп'ютера астрограф все частіше стають засобом дозвілля та отримання гарних знімків різних небесних об'єктів.
Для отримання якісних знімків віддалених об'єктів застосовуються довгі витримки і гідірованіе: ручний або механічний спосіб компенсації добового обертання Землі. З появою ПЗС-матриць в астрофотографії з'явилися нові поняття: калібрування знімків за допомогою струмів зміщення (Bias), темнових кадрів (Dark frame) і плоских полів (Flat field).
Історія
Перші фотографії Місяця і зірки були зроблені в Гарвардській обсерваторії в 1847 і в 1850 роках. А перша успішна фотографія повного сонячного затемнення була зроблена в Кенігсберзької обсерваторії під час повного сонячного затемнення 28 липня 1851. Першу фотографію об'єкта глибокого космосу зробив в 1880 році Дрейпер, Генрі - це був знімок Туманності Оріона (М42).
Художня астрос'емка
Далекі космічні об'єкти
Піонером в області астрофотографії об'єктів глибокого космосу був Ісаак Робертс, який встановив у своїй приватній обсерваторії телескоп діаметром 0,51 м для зйомки слабких туманних об'єктів. Їм були отримані знімки більшості найяскравіших об'єктів глибокого космосу