Звезды за занавеской

Если посмотреть сквозь тонкую полупрозрачную ткань на какой-нибудь яркий источник света, можно увидеть интересную картину - он оказывается окружен крестообразным радужным узором, изменяющимся при движении ткани. Например, вот такой вид открывается из моего окна сквозь занавеску на припаркованные за кустами автомобили:

Этот узор - результат дифракции света на нитях ткани, которая играет роль своеобразной дифракционной решетки. Я не буду описывать теорию дифракционной решетки - подробности легко найти в учебнике физики, нас интересует применение этого явления в астрономии. Сейчас для получения спектров используется множество вариантов дифракционных решеток, но мы рассмотрим простейший, устроенный по принципу все той же занавески...

Наша самодельная решетка представляет собой ряд натянутых струн из рыболовной лески, для равномерного расположения их (это очень важно!) в качестве направляющих используются резьбовые шпильки М8х1,25 длиной около 25см, по виткам резьбы которых и натягивается леска. Конструкция решетки видна на фотографиях. Стоит заметить, что эта конструкция оказалась не совсем удачной из-за расположения шпилек в одной плоскости - внешние стоило бы опустить немного для улучшения натяжения лески, мне же пришлось их слегка подшлифовывать. Если же у вас есть доступ к токарному станку - сделайте шаг резьбы поменьше (0.3..0.4 мм) - это улучшит разрешающую способность решетки. Толщина лески должна быть в 2 раза меньше шага резьбы - благодаря этому в полученном спектре будут только нечетные максимумы и спектры разных порядков не будут накладываться друг на друга.

Готовая решетка должна быть закреплена перед объективом телескопа - именно благодаря этому мы и сможем рассмотреть очень короткие для такой грубой решетки спектры.

Конечно, эта решетка выглядит совсем несерьезно по сравнению с настоящими, где частота штрихов составляет тысячи на миллиметр, но и с ней можно получить некоторые интересные результаты.

Ниже приведена фотография планетарной туманности М57 "Кольцо" в созвездии Лиры, сделанная с помощью описанной дифракционной решетки и 200-мм телескопа Ньютона. Обратите внимание на различие спектров звезд и туманности, в отличие от непрерывных полосок спектров звезд, спектр туманности распадается на два отдельных изображения - дело в том, что эта туманность светится за счет переизлучения энергии атомами газа, причем каждый химический элемент излучает свет только определенных длин волны. Это позволяет определить состав светящегося газа.

Попробуем определить длины волн, в которых излучает туманность. В этом нет ничего сложного - достаточно знать масштаб изображения, который определяется фокусным расстоянием телескопа и размером пиксела фотоаппарата и измерить смещение изображений, соответствующих разным длинам волн относительно исходного (нулевого максимума).

Измерения лучше всего проводить в графическом редакторе Photoshop с помощью инструмента "линейка". Для точного измерения лучше работать в красном и зеленом канале соответственно - в этом случае в центральном изображении будет легче найти характерные детали, смещение которых в спектре и нужно измерить (например, наиболее контрастные внешние края туманности). Для уменьшения ошибок повторите измерения несколько раз для различных деталей, для верхнего и нижнего изображений и усредните полученные результаты.

Сравним полученные результаты с приведенной ниже таблицей наиболее заметных линий излучения в спектрах и туманностей:

Учитывая, что точность наших измерений не превышает 6.5 нм (такая разница длин волн соответствует 1 pix на фото), можно уверенно сказать, что туманность излучает в линиях дважды ионизированного кислорода OIII и водорода H_α и/или ионизированного азота NII (соответствующие строки выделены цветом). К сожалению, наш очень упрощенный метод не позволяет разделить излучение в близких линиях спектра и нам придется довольствосаться таким приблизительным результатом. Однако в том, что этот результат весьма близок к истине, можно убедится, сравнив полученные данные с настоящим спектром M57:

Жаль, разрешение такой решетки все же недостаточно для более точных измерений и наблюдений линий поглощения в спектрах звезд. Быть может, в самом деле попробовать снимать через занавеску?..