Luca “Orione” Reggiani – Primi passi della spettrografia
PRIMI PASSI NELLA SPETTROGRAFIA
Bentornati amiche ed amici!
Di recente ho visto alcuni tutorial su come si può costruire uno spettrografo fatto in casa con un DVD.
Da persona estremamente curiosa ho deciso di provare a fare questo esperimento estremamente low cost, conscio del fatto che non avrebbe raggiunto una qualità ed una precisione da laboratorio e che qualsiasi risultato sarebbe stato più che soddisfacente.
Dico qualsiasi risultato sarebbe stato soddisfacente perchè obbliga a fare indagini e a porsi un nuovo percorso di work flow e capire dov’è l’errore o cosa si potrebbe migliorare.
In fondo all’articolo vi allego il video Youtube più approfondito su come costruirlo passo passo (e da dove ho preso l’esperimento in atto) e il link per i programmi freeware con cui usare lo spettrografo.
Prima di partire diamo una spolverata di conoscenza di base: cos’è la luce e a cosa serve uno spettroscopio.
La luce è una radiazione elettromagnetica la cui parte visiva occupa appena 400nm di ampiezza, sotto i 400nm abbiamo la parte ultravioletta (i famosi raggi UV) mentre dai 700nm in su abbiamo la parte infrarossa (la parte IR).
Lo spettro completo della luce visibile – Credit Di Tatoute and Phrood~commonswiki
– Sconosciuta, CC BY-SA 3.0,
Nel mezzo abbiamo quello che i nostri occhi riescono a percepire (i coni e i bastoncelli che compongono il nostro occhio, quello che “vede” è il cervello) ma lo facciamo in toto: lo spettroscopio prende la luce visibile “allarga” la banda, rendendo visibile le singole componenti.
Esattamente come il prisma di Newton.
| Un prisma è lo spettro visibile della luce – non si presenta lineare a causa di un difetto nel setup (è un tubo di carta in cui passa un filo di luce) |
Veniamo all’esperimento col DVD
Se noi prendiamo un CD o un DVD e lo incliniamo possiamo vedere che forma degli arcobaleni molto luminosi sulla sua superficie: i microsolchi, che sono incisi all’interno della plastica, funzionano come una miriade di micro-prismi che per diffrazione scompongono la luce rendendo visibile lo spettro.
| Chi non si è mai chiesto il perchè di questi arcobaleni? |
Quello che a noi serve è la parte inferiore del DVD (il dvd è composto da 2 dischi di plastica saldati insieme), una webcam ed una scatola di cartone.
Ritagliamo una piccola porzione di DVD e la applichiamo alla webcam (basta anche del nastro isolante da elettricista) di fronte al sensore.
Prendiamo la scatola di cartone e mettiamo dentro la webcam inclinata di 30° (devono essere il più più precisi possibile anche se il miglior metodo è vedere col PC dove si vede meglio lo spettro e fissarla dopo) e creiamo una apertura (detta in gergo SLIT) alla stessa altezza del sensore: più sottile e precisa è, migliore sarà lo spettro che vedremo sul sensore.
| La webcam con il pezzo di DVD e lo slit di apertura |
Ok ma come lo uso? Quali programmi servono per fare spettrografia?
Il software che andremo ad usare si chiama Theremino, è gratuito ed in lingua italiana.
Nella pagina ci sono anche altri articoli sia pratici che teorici circa la spettrografia e su come si costruisce uno spettrografo.
Terminata la costruzione ed installato Theremino ho potuto ricavare i primi spettri di luce: le aspettative sono state ampiamente rispettate circa le previsioni!
I primi test li ho fatti (e li sto tuttora portando avanti) con luci domestiche, sia alogene, led e ad incandescenza.
Possiamo notare bene la differenza nella forma dello spettro tra una luce a fluorescenza ed una lampada a incandescenza (la classica lampadina)
| Lo spettro di una lampada a fluorescenza |
Nella lampadina classica una notevole parte di energia viene dissipata nella parte rossa dello spettro, da 645nm a salire che è quella che più si avvicina all’infrarosso.
| Lo spettro della lampadina a incandescenza |
Al contrario la lampadina a fluorescenza il picco di intensità lo troviamo nel verde e nel blu, con il picco a 436 e 552nm e poche emissioni dai 600nm in su: questo vuol dire che poca energia viene trasmessa nella parte infrarossa.
| Un filtro per astrofotografia messo alla prova |
Dopo questi prime analisi ho fatto un test veloce su un paio di filtri che uso in astrofotografia: l’immagine qui sopra mostra uno dei filtri antinquinamento luminoso e possiamo vedere come il filtro taglia molto bene la luce proveniente dalla lampadina ad incandescenza.
Un secondo test riporta la selettività di un filtro a banda stretta, che fa passare una sola specifica frequenza: per precisione di tratta della banda dell’ossigeno ionizzato.
| Un filtro a banda stretta per astrofotografia – Banda emissione dell’Ossigeno terzo |
Il primo utilizzo “reale” dello spettroscopio è questo grafico della luce solare: possiamo vedere come sia piuttosto omogeneo e che ha delle caratteristiche peculiari, come una forte emissione a 560nm ed alcuni avvallamenti abbastanza distinti.
Per onestà devo però dichiarare che probabilmente la calibrazione non mi sembra molto ottimale, perchè alcuni di questi avvallamenti non sono nel posto giusto.
Ad esempio manca l’assorbimento dei 650nm tipico dell’idrogeno ionizzato, quindi dovrò indagare a fondo sul motivo.
| Lo spettro della luce solare |
Come primi esperimenti sono molto soddisfatto, soprattutto per il costo quasi nullo di questo strumento che può regalare una nuova visione della luce e delle sue componenti.
L’obiettivo finale è poterlo installare sul mio telescopio e poter ricavare lo spettro della luce di altre stelle e di alcune nebulose: la strada sarà lunga ma se fosse facile, non sarebbe divertente no?
Vi allego qui sotto i link del tutorial, del programma Theremino e dei due libri che possono aiutare a capire il magnifico mondo della spettrografia.
Tutorial costruzione spettrografo
Come realizzare uno spettrometro fai da te | Analizzatore di spettro ottico | Analisi della luce -YouTube
Programma spettrografo – Theremino (dovete scrollare un pò, è circa a metà pagina)
Libri Spettrografia (in inglese)
Il primo si tratta di un manuale teorico sulla spettroscopia, parla dello spettro della luce, spiega le linee di emissione e di assorbimento, i processi di ionizzazione e ricombinazione degli atomi; teoria e matematica a fiumi!
Spectroscopy: The Key to the Stars: Reading the Lines in Stellar Spectra : Robinson, Keith: Amazon.it: Libri
Il secondo libro invece parla della pratica, spiega le formule matematiche su come scegliere la fotocamera e i filtri per avere uno spettrogramma completo e di buona qualità (lo sto ancora leggendo ma è molto valido)
Grating Spectroscopes and How to Use Them | Springer Nature Link
Se avete domande o curiosità scrivetemi e seguitemi sui social media!
Fino alla prossima, ciao e cieli sereni!
Luca “Orione” Reggiani
