 |
| Zjednodušené schéma Cassegrain spektrografu. |
Efektivní ohnisková dálka v Cassegrainově ohnisku je 29.16m, ale mechanická vzdálenost je pouze 18m. Ohniskovou vzdálenost prodlužuje sekundární zrcadlo, vyklenuté do tvaru rotačního hyperboloidu. Zrcadlo pro Cassegrainovo ohnisko má průměr 58cm a hmotnost cca 100kg.
Cassegrainovo ohnisko bylo vybaveno kazetou pro přímou fotografii, fotometrem a spektrografem.
Fotografické desky pro přímou fotografii měly stejné rozměry jako v primárním ohnisku (59x59mm). Zorné pole mělo 6'44"x6'44"; kvůli malému zornému poli a světelnosti 1:14.6 nebyl optický systém vybaven korektorem na vyrovnání ohniskové plochy do roviny, jako tomu bylo u primárního ohniska.
Spektrograf měl mimoosový kolimátor (světelnost samozřejmě stejná, jako byla světelnost v ohnisku, tj. 1:14.6) a dvě mřížky, každou o rozměru 139x150mm. Jedna pracovala v prvním a druhá mřížka ve druhém a třetím řádu. K zobrazení spekter se používaly dvě pevné Schmidtovy komory. Obě měly průměr korekční desky 160mm. Jedna měla sférické zrcadlo o průměru 234mm a ohniskovou dálku 220mm. Používaly se fotografické desky o rozměru 12.5x60mm. Druhá kamera měla zrcadlo o průměru 366mm a ohniskovou dálku 540mm. Používala desky ve formátu 19.5x126mm. Cassegrain spektrograf dosahoval disperzí od 10 do 75 angstromů na milimetr.
Cassegrain spektrograf, dávno již nepoužívaný, byl definitivně fyzicky zlikvidován v roce 2001.
|
| Zjednodušené schéma Cassegrain spektrografu. |
 |
| Poslední fotografie Cassegrain spektrografu. 2001. |
V letech 2000 až 2003 byl v Ondřejově zapůjčen vláknový spektrograf HEROS (Heidelberg Extended Range Optical Spectrograph), který, jak už jeho jméno napovídá, patřil univerzitě v Heidelbergu.
Do Ondřejova byl zapůjčen, aby se astronomové seznámili s ešeletovými spektrografy a získali zkušenosti s pořizováním a zpracováním ešeletových spekter.
Jednalo se o dvoukamerový ešeletový spektrograf, s jednou kamerou pro modrou a druhou pro červenou oblast spektra. Světelný svazek byl rozdělen na dva pomocí polopropustného barevného členu (tzv. beam splitter).
Původně byl spektrograf vybaven jenom jednou kamerou (červenou), později byl rozšířen i o tu modrou - odtud v jeho názvu Extended.
Spektrograf byl napájen optickým vláknem. To bylo připojeno ke Cassegrainově ohnisku. Design spektrografu však byl určen pro menší dalekohled s menší světelností (pro Cassegrainovo ohnisko 0.9m reflektoru, světelnost 4.5), takže efektivita na vstupu do optického vlákna byla relativně nízká, a spektrograf dobře pracoval spíše od jara do podzimu, kdy bývají lepší pozorovací podmínky, než v zimě. Primárně však skutečně šlo o získávání zkušeností. Mimochodem, údaj o světelnosti ukazuje, že v Ondřejově by se dokonale hodil do primárního ohniska, kde je světelnost přesně 4.5. To však nebylo možné z důvodu délky vlákna. I v Cassegrainově ohnisku ondřejovského dalekohledu bylo vlákno tak krátké, že dalekohled mohl obsáhnout jen část oblohy - oblast na severu a oblasti těsně kolem obzoru byly nedostupné.
Konstrukčně byl HEROS řešen tak, že oba disperzní elementy byly mřížky (ondřejovský ešeletový spektrograf má mřížku jako první disperzní element, zatímco druhý disperzní element je hranol). Tím se dosáhlo toho, že řády na čipu byly přímé, zatímco hranol jako druhý disperzní element zobrazuje spektrální řády prohnuté. Je to dáno tím, že index lomu světla v hranolu se mění nelineárně s vlnovou délkou.
Kalibrační světla (ThAr lampa a Flat Field) byla umístěna v systému na vstupu do optického vlákna - tj. v Cassegrainově ohnisku, ne až ve spektrografu. Kalibrační světla byla promítána do vlákna pomocí výklopného zrcátka. Světlo kalibračních světel tak šlo po přesně stejné optické cestě jako světlo hvězdy.
 |
 |
| Fotografie a schéma spektrografu HEROS. |
 |
Vlákno: průměr vlákna: 100 mikronů Typ: Optran WF kruhový průřez, výrobce CeramOptec Kolimátor: F=360mm, světelnost 4.5 Mřížka (první disperzní element): vrypů na mm: 31.6 vrypů na mm, blaze úhel 63.4o Červená kamera: mřížka (druhý disperzní element): vrypů na mm: 300 vlnová délka blaze: 5000 anstromů Kamera: f=300mm světelnost: 2.8 CCD: Typ: EEV 1152x770 velikost pixelu: 22 mikronů chlazení: kapalný dusík Modrá kamera: mřížka (druhý disperzní element): vrypů na mm: 400 vlnová délka blaze: 3900 anstromů Kamera: f=300mm světelnost: 2.8 Propustnost v UV oblasti až do 3500 angstromů CCD: Typ: EEV 2000x800 velikost pixelu: 15 mikronů chlazení: kapalný dusík
Postup zpracování dat (redukce) byl pevně stanoven techniky HEROSu. V průběhu redukce dat došlo k sešívání řádů, takže výsledné spektrum bylo souvislé pro každou kameru.
Použití HEROSu se v podstatě neosvědčilo. Nikoliv proto, že (jak jsme se zmínili výše) měl nízkou účinnost, ale kvůli sešívání řádů. Na výsledném spektru se tu a tam, avšak zcela nepředvídatelně, objevovaly vlny, každá vlna odpovídala právě jednomu řádu. Zatímco jedno spektrum mělo kontinuum dokonale hladké, hned následující spektrum bylo výrazně zvlněné.
Testy ukázaly, že na vině je optické vlákno. Jak jeho deformace (vlákno se všelijak kroutí, jak se dalekohled pohybuje za hvězdami), tak i změny teploty v průběhu noci.
Uživatel by patrně očekával, že ohromné množství odrazů světla v optickém vláknu způsobí, že výstup z vlákna (které mělo kruhový průřez) bude po tolika odrazech dokonale rovnoměrným zdrojem světla. Jinak řečeno: izofoty na řezu vláknem na výstupu budou dokonale osově symetrické. Ale u kruhových vláken tomu tak kupodivu není. Jakákoliv deformace kruhového vlákna způsobuje, že izofoty na výstupu jsou vysoce nepravidelné a chaotické. Světelný paprsek tak vstupuje do spektrografu pokaždé "odjinud" či "z nepatrně jiného směru". Ve výsledku jsou pak blaze flat fieldu a blaze hvězdy odlišné a jejich dělením vznikne "vlna".
Z toho důvodu jsme se rozhodli, že první ondřejovský ešeletový spektrograf nebude vláknový, ale využije klasické cesty do coudé ohniska - pomocí původního systému zrcadel.
Teprve o řadu let později začala být využívána speciální vlákna s osmiúhelníkovým průřezem, který tyto nežádoucí efekty nemá. Proto modernizace z let 2018 a 2019 využila osmiúhelníkových vláken z primárního ohniska.
 |
 |
| Spektrum hvězdy eta UMa z HEROSu. Vlevo "hladké" spektrum, vpravo s "vlnami". | |
 |
 |
| Detaily týchž spekter v okolí čáry Halfa. | |
 |
 |
 |
|
| Spektrum hvězdy alfa Bootis (Arktur) a detaily v červené oblasti. Je vidět, že pro úzké čáry chladné hvězdy vlny nevadí. | |
Zde nutno připomenout, že vlny na spektru vadí při spektroskopii objektů, které mají široké vodíkové (případně heliové) čáry. V případě ondřejovského dalekohledu to jsou zejména horké hvězdy. Obecně jsou to také novy, supernovy či kvazary apod.
Naopak, nevadí to při studiu chladných hvězd, které mají úzké čáry, případně při studiu čar kovů, které jsou také obecně úzké.
Jinak řečeno, každý přístroj má nějaké vlastnosti, a pozorovací program by měl odpovídat možnostem přístroje. A nejenom v astronomii.
K ověření, že za chaotické chování kontinua je zodpovědné vlákno, jsme provedli jednoduché, ale efektivní pokusy.
Především jsme pokusy zvolili tak, abychom je mohli dělat ve dne a nezabírali vzácný pozorovací čas.
Dalekohled jsme uvedli do jedné (libovolně) zvolené polohy a všechny pokusy jsme provedli v této jedné poloze.
Experiment k ověření vlivu deformace: Vlákno jsme různě deformovali, chodili s ním kolem dalekohledu, nechali ho ležet na podlaze a průběžně jsme pořizovali srovnávací spektra (ThAr) a flat fieldy. Potom jsme tato data zredukovali. Přitom jsme některé flaty uvažovali jako flaty (kterými koneckonců taky byly), zatímco jiné flaty jsme uvažovali, jako by to byly hvězdy. Zkrátka, simulovali jsme hvězdy pomocí flatů. Důvodem bylo, že flatová žárovka má pořád stejné vlastnosti, takže "jsme věděli, co máme získat".
Ukázalo se, že když pracujeme s flaty a "falešnými hvězdami" při jedné a té samé deformaci vlákna, je výsledné kontinuum vždycky dokonale hladké. Ani jednou se neobjevily vlny. Jakmile jsme však uvažovali flat při jedné deformaci vlákna a falešnou hvězdu při jiné deformaci vlákna, tu se objevovaly (byť ne vždy) vlny na kontinuu.
Závěr byl ten, že deformace vedou k vlnám. Pravda, když jsme brali flat při jedné a falešnou hvězdu (druhý flat) při jiné deformaci, tak se vlny neobjevily vždy. Avšak to lze vysvětlit tím, že při různých deformacích se efekt nerovnoměrného osvětlení výstupu z vlákna může či nemusí projevit. Důležité bylo, že při jedné pozici vlákna pro flat i pro falešnou hvězdu, se vlny neobjevily nikdy.
Experiment k ověření vlivu teploty: vlákno jsme omotali kolem prázdného velkého hrnce (nemohli jsme vzít malý hrnek, aby se vlákno při omotávání nezlomilo) a provedli řadu měření podle výše uvedené metodiky. Důležité bylo, že vlákno mělo po celou dobu tohoto experimentu stále stejnou pozici, vůbec jsme s ním nehýbali. Vlny se neobjevily.
Pak jsme do kbelíku nalili teplou vodu a počkali, až se vlákno prohřeje. Znovu jsme provedli ta samá měření.
Vlny se opět neobjevily.
Když jsme však za flat vzali ten flat, který jsme pořídili s chladným vláknem, a za falešnou hvězdu jsme vzali ten flat, který jsme pořídili s ohřátým vláknem, vlny se okamžitě objevily.
Závěr: změny teploty ve vláknu vedou také ke vzniku vln.