A Szegedi Csillagvizsgáló távcsövének továbbfejlesztéseként elkezdtem egy spektrográf terveinek kidolgozását. Jelenleg Magyarországon egyetlen csillagászati célú spektrográf sem működik, kizárólag külföldi mérések során kerülnek ilyen műszerrel kapcsolatba a hazai kutatók. A szegedi csillagász oktatásban így igen fontos szerepet tölthetne be egy spektrográf.

Az amúgy is halvány csillagok színképének felvételére több méter átmérőjű távcsöveket alkalmaznak. Az itt rendelkezésre álló 40 cm-es tükörátmérő nyilvánvalóan csak kis felbontású méréseket tesz lehetővé, hogy a spektrum felvételekor megfelelő jel/zaj viszonyt lehessen elérni. A cél tehát egy kis/közepes felbontású (R» 5000) spektrográf megtervezése, mely a meglévő távcső és detektor paramétereihez illeszkedik. Ezek a "peremfeltételek" a következőek:

a távcső fényereje és fókusza: f/12,5, f = 5 m
a detektor pixelmérete: 20 m m
a detektor spektrális érzékenysége: 350-1000 nm

További követelmény a spektrográf kompakt mérete és kis tömege, hogy közvetlen a távcsőre lehessen szerelni, ezzel is csökkentve az esetleges fiberes fénybevezetés során fellépő fényveszteségeket és felmerülő egyéb problémákat (a távcsőből kilépő fénykúp becsatolása az optikai szálba, ill. az ettől erősen függő transzmisszió, stb.). Mivel az ST-9-es CCD kamera két CCD chippel rendelkezik, ezért célszerű a kisebb detektort felhasználni arra, hogy ennek segítségével lehessen a résre pozícionálni a csillagok képét.

Az SBIG cég – aki az ST-9 CCD kamerát is gyártja – termékei között szerepel egy kis felbontású spektrográf, azonban ezt f/10-es fényerejű távcsövekhez és 9 mikronos pixelméretű detektorokhoz tervezték. Ez a műszer tehát egy megfelelő detektorral sem tudná teljesítni a szegedi távcsőre szerelve a katalógusban megadott paramétereit, s az ára miatt sem elérhető jelenleg (spektrográf+detektor = 4000 USD + 3000 USD)

Mindezek figyelembevételével az alábbi paraméterekkel és felépítéssel rendelkezne az általam tervezett spektrográf:

Az autokollimációs elrendezésben az objektív és kamera optika szerepét egy D = 66 mm átmérőjű, f = 300 mm fókusztávolságú gömbtükör látná el. Az alkalmazott reflexiós rácsok lehetővé tennék különböző feloldások elérését, illetve a különböző karcolási szögekkel (blaze angle) rendelkező rácsok a különböző hullámhossztartományokban biztosítanák a lehető legnagyobb reflexiót a fényveszteségek minimalizálása érdekében. Az alkalmazandó rácsok paramétereit a következő táblázat foglalja össze (a reflexió a centrális hullámhosszra, l _o-ra értendő; a paraméterek és katalógusszámok a gyártó Edmound Scientific katalógusából származnak):

• a fókuszmotor meghajtó paneljén elhelyezhető a motor elektronikája (l. a távcső részletes leírását), amely már egy kidolgozott és tesztelt egység,
• a 3000 lépés/fordulat felbontású motorral közvetlen, áttételek nélkül lehet mozgatni a rácstartót, így elkerülhetőek a megcsúszások.

5.1 ábra
A tervezett spektrográf fénymenete és főbb szerkezeti egységei

A rácsról visszaverődő fény ismét a gömbtükörre vetül, ahonnan a fókuszált nyaláb a 3-al jelölt tükörpár detektor felé eső, a spektrum miatt "magasabb" tükörről a 7-el jelölt fókuszsíkban elhelyezett detektorra vetül.

Egy másik nézetet mutat az V.2 ábra, ahol a rácstartó és a léptetőmotor nincs ábrázolva, innen tekintjük a szerkezeti elemeket; illetve a távcső oldali adapter helyett a CCD detektor csatlakozóját láthatjuk.

5.2 ábra
A spektrográf "második" fénymenete

Az 1-el jelölt rés két szárnya egy-egy, a szembenéző oldaluk mentén erősen lecsapott élű síktükör lapocskákból áll. Ezáltal a távcső fókuszsíkjában keletkezett kép – a spektrumfelvételre kiválasztott csillag képének kivételével – a rés szárnyairól, mint tükrökről eltérítődik az 5-el jelölt kis síktükörre, majd a 6-os késleltető lencsén keresztül még két további eltérítést alkalmazva (7 és 8 tükrök) a fénnyaláb a CCD kamera-fejbe épített kisméretű, off-axis módon felszerelt CCD chipre jut. (8-al jelölt tükör közvetlen alatta van az V.1 és V.2 ábrán is 3-al jelölt síktükörnek, amely a spektrumot vetíti a CCD kamera nagyobb érzékelőjére.) A CCD kamera a 9-el jelölt egységen keresztül csatlakozik a spektrográfhoz, az 5-7 elemeket pedig a 10-el jelölt lap tartja a spektrográf fő fénymenete fölött. A rés szélessége a kívánt feloldás elérésére 40 m m körüli kell legyen (l. a számításokat később), illetve a rés szélességének csökkentésével – bár ez csak fényes csillagokra alkalmazható – lehet javítani a feloldóképességet. Ezen okból a rés egy lineáris csapágyon (4) elmozgatható egy mikrométercsavar (esetleg léptetőmotor) segítségével, ezáltal változtatható a rés szélesége. A rés szárnyait alkotó síktükör lapok hossza 50 mm, egyik végükön összeérnek, másik végükön pontosan 1 mm-es távtartó helyezkedik el. Így 45 fokban bedöntve a rés szélessége az összeérési ponttól számítva 2,8 mm-re található pontban 40 m m. A megfigyelendő csillag ideális, Airy-képének korongját elmossa a légkör, nagyjából egy 50 m m-os foltban, ezen a kis szakaszon a rés széttartása elhanyagolhatóan kicsiny marad, vagyis egyik irányban a rés, a másik irányban a diffrakciós kép adja a "rés határait".