Das Spektralgitter

Die Idee

In der Zeitschrift "Sterne und Weltraum", Nr. 6/98, S. 537, fanden wir einen Bausatz für ein Objektiv-Spektralgitter, der uns zum Nachbau anregte, denn auf diese Weise ist es möglich, Sternenlicht spektral zu zerlegen. Wir erhoffen uns einzelne Fraunhofer-Linien identifizieren zu können.

Zerlegen von Licht

Es gibt zwei Möglichkeiten Licht in sein Spektrum zu zerlegen, mit einem Prisma (Lichtgeschwindigkeit in einem Medium ist abhängig von der Wellenlänge des Lichtes) oder mit Spalt und Gitter (Beugung von Licht als Welle).

Warum Gitter?

Prismen haben den Vorteil, daß sie lichtstärker sind, da bei Gittern, erstmal nur die Hälfte des Lichtes überhaupt durch das Gitter kommt, wovon sich das meiste im nicht zerlegten Hauptmaximum wiederfindet. Nachteil ist, daß sie teurer sind. Wir entschieden uns daher, ein Gitter zu verwenden.

Um Licht mit einem Gitter zerlegen zu können, muß es parallel einfallen und das Gitter muß sehr fein sein. Diese physikalischen Randbedingungen lassen sich wie folgt lösen: Das parallele Licht ist allein dadurch gegeben, daß Sternenlicht aufgrund der großen Distanz sowieso quasi-parallel einfällt. Die Feinheit des Gitters wird erreicht, indem das Gitter vor das Teleskopobjektiv gesetzt wird, was bewirkt, daß die Brennweite die effektive Brennweite um drei Größenordnungen heruntersetzt.

Aufbau-Prinzip des Objektivgitters

Auf einem selbstgebauten Aluminiumrahmen wurden an zwei gegenüberliegenden Seiten Gewindestangen mit einem 0,5mm-Gewinde befestigt. Über die Gewindestangen wurde eine Anglerschnur (0,25mm dick) gewickelt und später mit Sekundenkleber an den Gewindestangen fixiert. (Zur Befestigung am Rahmenrand wurden Schrauben in den Rahmen gedreht, um die die Anglerschnur herumgewickelt wurde.)

Aufbau-Prinzip für die Beobachtung

Das Objektivgitter setzt man so vor das Teleskop (wir verwenden ein C8), daß die Schnur parallel zur Bewegungsrichtung des Teleskops (bzw. Sternenhimmels) ist. Mit ausgeschalteter Nachführung läßt sich mit Fokalfotografie das Spektrum aufnehmen. Die Nachführung wird deswegen ausgeschaltet, damit sich der dünner Regenbogenfarbstreifen über den Film verteilt. So lassen sich besser Linien erkennen. Man kann auch per Hand nachführen, um die Belichtungszeit auf dem Film zu erhöhen. Das haben wir aber noch nicht getestet.

Zu empfehlen ist der Einsatz eines Schwarz-Weiß-Films, da man bei einem Farbfilm die Farbschichten des Films identifizieren kann, was aber das identifizieren der Fraunhoferlinien unmöglich macht.

Farbwahrnehmungs-Effekt

Man kann übrigens auch sehr schön zeigen, daß die beiden Rezeptor-Typen im menschlichen Auge unterschiedliche Wahrnehmungen hervorrufen: Wenn mit aufgesetztem Gitter durchs Teleskop die Wega betrachtet, sieht man einen wunderschönen Farbverlauf. Die Zäpfchen, die im Auge die Farbwahrnehmung ermöglichen werden vom Licht angeregt und reagieren. Betrachtet man einen lichtschwachen Stern, bietet sich das gleiche Bild, aber alle Farben sind verschwunden. Die Lichtintensität ist zu schwach, um die Zäpfen anzuregen. Nun sind die Stäbchen aktiv, die besonders schwaches Licht wahrnehmen können, aber farbunempfindlich sind. ("Nachts sind alle Katzen grau.")

Auswertung

Für die Auswertung haben wir das Schwarzweißnegativ mit der Aufnahme von einem roten Riesen in einen Diaprojektor gesteckt. Der Diaprojektor sollte das Licht so an die Wand werfen, daß es möglichst senkrecht darauf fällt, um möglichst wenig Verzerrung zu haben. Anhand abgebildeter weiterer Sterne, die man identifizieren muß, läßt sich der Abbildungsmaßstab berechnen. Deutlich erkennbar sind die Spektren 3. Ordnung. Sie lassen sich am besten für die Auswertung verwenden, weil sie weit genug auseinandergezogen und lichtstark genug sind. Da wir einen Negativfilm verwendet haben, konnten wir auf der Aufnahme hellere Streifen ausmachen, vermessen und einige Fraunhoferlinien identifizieren. Die Linien fallen je nach Sterntyp unterschiedlich deutlich aus.

Ausblick

Die Astro-Kuppel ist mit moderner Aufnahmetechnik ausgestattet worden. Es wäre ein Versuch wert, diese zur Aufnahme von Spektren zu verwenden, um herauszufinden, ob die Ergebnisse besser sind.

Spektrum Beteigeuze, 2.2.2002