Дифракционный спектрограф
Одним из самых распространенных методов астрофизики сегодня стал спектральный анализ. При помощи него изучают температуру, состав, строение и движение объектов астрономии. Получают спектры исследуемых тел при помощи прибора, который называют спектрографом. Принцип его действия основан на свойствах дифракционной решетки и призмы из стекла осуществлять преломление лучей света под разными углами в зависимости от длин их волн.
Призменный спектрограф
Принципиальное устройство спектрографа изображено на рис.1
Рис. 1
Спектрограф размещают на окуляре телескопа таким образом, чтобы щель (рис.1) находилась в фокусе его объектива или зеркала. При этом щель также находится в фокусе линзы, которую называют коллиматором. Эта линза делает лучи, прошедшие сквозь щель параллельными и направляет их на призму. Призма разлагает лучи в спектр. Объектив спектрографа отображает спектр на фотографической пластине.
Дифракционный спектрограф
В дифракционном спектрографе пучок лучей от коллиматора направляется на отражающую дифракционную решетку. Поверхность решетки часто изготавливают из алюминиевого зеркала. На поверхности этой решетки при помощи алмазного резца нанесено много равноудаленных, параллельных штрихов (порядка 200 – 600 на миллиметр). Отражающийся пучок света разлагается в спектр, так как угол отклонения луча дифракционной решеткой связан с длиной волны падающего света. Дисперсия решетки будет пропорциональна количеству штрихов на единицу длины прибора, однако при увеличении дисперсии повышаются потери света.
Существенным преимуществом дифракционного спектрографа в сравнении с призменным является то, что дифракционный спектрограф дает постоянную дисперсию вдоль спектра. Помимо этого, дифракционный спектрограф можно применять для того, чтобы получить спектры в ультрафиолетовом и инфракрасном свете. На этих участках спектра стеклянная призма не может быть использована. Основное число современных телескопов используют дифракционные спектрографы.
Для того чтобы получать спектры с низкой дисперсией, перед объективом телескопа размещают очень грубые решетки, например из стрежней, которые разделены воздушными промежутками.
Дифракционные спектрографы очень часто используют для исследования Солнца.
Примеры решения задач
| Задание | Какие методы применяют для того, чтобы расширить ширину спектральной области, которую можно изучит при помощи спектрографа? С какой целью это делают? |
| Решение | Получить планетарный спектр в наиболее полном его объеме не так просто. Например, обычное стекло не пропускает лучи, если длина волны луча меньше, чем 3700 ангстрем. Эта проблема решается, если используют кварцевое стекло вместо обычного.
Инфракрасную часть спектра трудно исследовать, так как она имеет низкую интенсивность, а фото пластинки обладают низкой чувствительностью. Поэтому вместо них используют сернисто-свинцовые фотоэлементы, как приемники света. Этот прием дает возможность продвинуться в инфракрасную область спектра планет вплоть до длин волн в 3, мкм. Спектрограф с сернисто –свинцовым фотосопротивлением устроен иначе, чем обычный спектрограф. Вместо фото пластины в нем имеется движущаяся щель, а за ней находится фотоэлемент. Щель перемещается по спектру, при этом фототок записывает самописец. Так получают автоматическую запись спектра – регистограмму. Использование сопротивлений из германия, который легируют золотом, цинком или ртутью, охлаждают жидким или твердым азотом, позволило еще больше расширить инфракрасную область спектра небесных тел для исследований. Такое расширение поля изучения важно, так как большинство линий спектра, максимумов, минимумов спектра, которые характеризуют поверхности планет или полосы поглощения газов атмосфер планет, наблюдают именно в инфракрасной области. Часть ультрафиолетового спектра любого небесного тела «убирает» озоновый слой Земли. Использование приборов на космических кораблях дало возможность избавиться от атмосферного поглощения и исследовать ультрафиолетовую часть спектров небесных тел в большем объеме. |
| Задание | Что собой представляют спектрографы с плоскими дифракционными решетками? |
| Решение | Схема спектрографа с плоскими решетками, представлена на рис.2. Это так называемая, схема Черни – Турнера. Фокусное расстояние зеркал 75 см, площади решеток  , количество штрихов на мм может варьироваться (300, 600, 1200, 2160 штр/мм). Диаметр коллиматорного зеркала составляет 15 см, камерного – 25 см. Вместо кассеты может использоваться блок со щелями и фотоумножителями, который превращает спектрограф в полихроматор.
Рис. 2 |
