SpecSA100Frontal

Proyecto de construcción de un espectrógrafo sin rendija, situando la red de difracción frente al objetivo del telescopio. Con la finalidad de mejorar los resultados obtenidos situando la red en el haz convergente, minimizando los costes, y reciclando parte del material disponible.

La red de difracción es el SA100 de Pathon hawksley.

Antecedentes

Tras el intento fallido de construir un espectrógrafo a rendija de baja resolución (ver link), debido principalmente a la aberración cromática introducida por el telescopio, he buscado por internet otras opciones para construir un espectrógrafo de baja resolución (con un coste mínimo), encontrando las opciones:

LOWSPEC de Paul Gerlach, es un diseño basado en red de reflexión, con la posibilidad de poder utilizar diferentes redes desde 300 a 2400 líneas/mm. Los resultados presentado por varios observadores son muy buenos, pero precisaría comprar varios elementos ópticos.

StarEx de Christian Buil, se trata de un espectroscopio creado a partir de su proyecto SolEx, y siendo su autor Christian Buil, no cabe duda de que la calidad será buena. Hay buenos resultados por parte de observadores, pero principalmente en media y alta resolución (red de 2400 líneas/mm.). Pero tal y como indica Christian Buil en su web, la combinación StarEx con pequeño refractor trabajando a baja resolución, no es la mejor combinación.

Espectroscopio con la red delante del objetivo. Finalmente he encontrado una solución presentada por Uwe Zurmühl, donde sitúa la red de difracción delante del objetivo, obteniendo muy buena resolución (dependiente del tipo de red y de la focal del telescopio). Para evitar el problema de superposición de las estrellas del fondo de cielo (orden 0) con el espectro, propone la construcción de un tubo con una obstrucción que bloquea el orden 0 y solo se registra el espectro (orden 1). Esta solución me ha parecido excelente, ya que no es preciso ningún elemento óptico adicional (colimador, rendija, ...).

Gracias a la descripción del sistema realizado por Uwe Zurmühl junto con un impresionante desarrollo matemático sobre la eficiencia del sistema me he decidido por este método de observación. Los detalles sobre la utilización de la red de difracción frente al objetivo, está publicado en las revistas:

Criterios de diseño

El objetivo principal ha sido disponer en un plazo de tiempo relativamente breve, de un espectroscopio para trabajar a baja resolución, sin necesidad de adquirir componentes ópticos.

El espacio disponible para ubicar el sistema, es muy limitado, por lo que he optado por utilizar dos espejos (secundarios de reflectores, que disponía de antiguos proyectos), para doblar el eje óptico y reducir el tamaño final del sistema.

La red de difracción a utilizar, es el SA100, que ya dispongo del anterior proyecto.

El diseño utiliza un pequeño telescopio SkyWatcher EvoGuide de 50 mm., y con una focal de 242 mm., la red de difracción se sitúa delante del objetivo, de forma que la luz de las estrellas ya viene colimada. No es necesario colimador ni rendija.

Para evitar el problema de superposición de las estrellas del fondo de cielo, se sitúa una mascara que oculta la imagen del orden 0.

Debido a que el ángulo formado entre el orden 0 (fondo de estrellas) y el orden 1 (espectro a capturar), es de solo 3.15 grados (para la longitud de onda de 5.500 Å), la distancia a la que se ha de situar la máscara es muy superior al espacio disponible por el mini-observatorio que tengo, por lo que he optado por situar dos espejos planos para reducir la dimensión total del equipo.

A continuación se muestra un esquema del sistema con las cotas:

Para el diseño se ha utilizado el programa Fusion360.

Especificaciones

Red de difracción SA100.
Telescopios SkyWatcher EvoGuide 50 mm.
Desviar el eje óptico para coincidir con el orden +1 (desviación de 3.15°). Utilización de dos secundarios.
Guía con buscador 9x50 y cámara Meade DSI-II.
Cámara principal Atik 314L+.
Sistema de enfoque motorizado para cámara principal.
Incluir una cámara de campo con un Raspberry Pi.

Con la ayuda del excel TransSpec V 3.2, se ha calculado un resolución (teórica) R=1128 para SA100. En la práctica, se obtienen resoluciones R ~600, llegando en alguna noche con buen seeing a R=900.

Fotografías

	En esta fotografía pueden apreciarse los distintos componentes del sistema. Todos los elementos han sido impresos en una impresora 3D, con plástico PETG. los elementos se han fijado sobre un listón de madera (para reducir el peso del conjunto). Se ha incorporado una cámara que obtiene una foto del campo, mediante una Raspberry Pi. El telescopio (SW 50ED) se ha automatizado el enfoque para poder operarlo a distancia. La red de difracción (SA100) se ha montado frente al objetivo del telescopio (no visible en la imagen), lo que limita la apertura del telescopio a 28 mm. Solo pudiendo acceder a las estrellas más brillantes, pero con una buena resolución.

	Otra vista del conjunto en su posición de aparcado dentro del mini observatorio que dispongo en el balcón de casa. En esta fotografía puede verse la cámara de cambo y la Raspberry Pi. Está se conecta por ethernet al switch del observatorio, y a la red interior de la casa.

Resultados
Imagen de Delta Cygni, magnitud 2.87, con 33 exposiciones de 60 segundos. Se ha obtenido un R=~900, ya que se ha desdoblado el doblete del sodio Na I en los 5890-5896 Å.


En el siguiente espectro, se aprecia que la resolución del sistema, está justo para el desdoblamiento del doblete del sodio Na I (5890 - 5896 Å).