Citat:
Ursprungligen postat av
Fri
DrSvenne, det finns instrument som gör spekrogram av varje pixel, inte bara av en tunn kolumn vars ljus sprids ut över varje rad på en CCD, som väl varit det traditionella. Kan du säga något om hur det funkar?
Jag brukar använda ett mera populärvetenskapligt uttryck som jag själv kommit på att en digitalkamera är som en LED-lampa fast omvänt.
Nej, det är inte så värst informativt att använda en enda pixel för att ta upp ett spektrum, alltså om du menar digitalkamerans pixlar, man kan ju dopa halvledaren att bli olika känslig för olika våglängder, då blir det tre kanaler per pixel, dvs grundfärgerna. Men egentligen ganska oanvändbart för ett spektrum. Man måste antingen ha ett gitter eller prisma som kan separera ljuset. Eller man kan möjligen ha filter, då ofta i form av interferensfilter som kan plocka ut en specifik våglängd.
De koldioxidsensorer som finns på marknaden bygger på just sådana filter och mäter på en särskild infraröd våglängd.
De skisser som jag letat på säger inte så mycket, Det finns många sätt att fånga fotonerna, halvledarteknik är mycket flexibel i att kunna användas för just sådana här ändamål. Fotodioder har ju bla den egenskapen att den inkommande fotonen skickar upp en elektron i grundtillståndet i halvledaren till ledningsnivån, då detekteras det att dioden leder ström, enkelt uttryckt. Sätts dioderna i en array, en stack, så kan de detektera mycket låga nivåer av ljus. De vanliga solcellerna fungerar på det sättet, fast de har inga filter utan försöker fånga alla fotoner samtidigt utan spektralupplösning.
Fotokondensatorer (kapacitatorer) fungerar på något annorlunda sätt att fotonerna får elektroner (laddningar) att ansamlas i en sk "brunn", engelska well, därpå tömmer man brunnen och läser av hur mycket intensitet det infallande ljuset haft.
Det finns numera mycket intressanta tillämpningar man kan realisera genom att man idag kan ju göra kretsar med 32 nanometers upplösning (och mindre), det öppnar ju upp för att göra motsvarande fotoaktiva kretsar, synligt ljus har ju en våglängd på 390 - 700 nm och man kan därmed göra allsköns fiffiga gitter, till och med asymmetriska sådana som kan fokusera en viss våglängd, fresnellinser mm.
Nej jag har inte så mycket aktuell information om vilka typer av spektrometrar som går att bygga, men möjligheterna nu är bra mycket större än för 50 år sedan. Dels kan man ju konstruera våglängdskaviteter som är anpassade för en viss våglängd, stående vågor, och man får säkert utmärkta resultat utav detta.
Röntgenstrålning går alldeles utmärkt att registrera och mäta utefter våglängden osv. Röntgenteleskopen har tunnformade (dvs som whiskey-tunnor i formen) paraboliska eller elliptiska speglar, detta eftersom röntgenstrålning bara kan reflekteras om vinkeln för den infallande röntgenfotonen är väldigt flack. Lämpligen så lägger man guld eller någon annan "röntgentät" metall på spegelytan. Som gitter använder man ofta välordnade kristaller, de kan också användas för att åstadkomma monokrom röntgenstrålning, dvs att det är bara en våglängd som passerar kristallen.
Röntgenstrålning är ju intressant eftersom de flesta tyngre grundämnen har övergångar mellan K-skalet och de högre liggande skalen som motsvarar röntgen energier som är lätta att mäta.
Svårare är det att fokusera gammastrålning, men här skulle man kunna experimentera med linser utav tunga metaller, men det är ju oklart om möjligheten att få en "bild" av acceptabel kvalitet. Här finns ännu inga bra gitter som kan spektraluppdela gammastrålningen. Jag vet inte om huruvida de gammastrålande objekten är tillräckligt intensiva för att kunna bilda en bild med synbara strukturer. De man känner till är ju alla punktformiga. Visst går det dock bra att mäta energin i gammastrålningen.
Men just för stunden så tror jag att röntgenområdet är mest intressant.
Men halvledartekniken har sina begränsningar, tex i och med att man hämtar en signal ifrån sensorn, den kan störas av termiskt brus, därför kyler man ner detektorn så att det termiska bruset blir lägre. Det termiska bruset uppkommer utav att elektroner av sig själva beter sig som en slags "gas" inne i halvledaren, och kan av sig själva hoppa över i energinivåerna, därför kyler man ner detektorn, särskilt om man vill detektera infrarött ljus.
Infraröda detektorer lider ju till viss del också av ett annat problem, i att kretsen kan börja att driva, den får sämre känslighet mm. Omkalibrering kan behövas. Dessutom har halvledardetektorer i alla våglängder ett annat problem, de kan ju bara detektera ett visst omfång av intensitet. Är intensiteten högre än så så blir det överstyrning eller rundgång eller vad man ska kalla det. Dvs signalens proportionalitet går helt förlorad, överexponering kallas det ju. Överexponering kan också innebära att detektorn förstörs permanent.
Den gamla fotografiska tekniken för att ta upp stjärnspektra hade ju fördelen att man under många nätter kunde exponera filmen, om ljuset var svagt. Det kunde göra att man fick en förbluffande bra upplösning på svaga objekt.
Men för att återgå till frågan så är det just nu inte möjligt att bygga spektrometrar som kan detektera hela området infrarött - röntgen/gammastrålning, dess optiska konstruktion är avhängigt utav våglängden och det kan inte sättas samman i ett enda instrument med en enda detektor.
Citat:
Ursprungligen postat av
Fri
Inom vilka våglängdsintervall är spekra användbart astrofysiskt? Finns det naturliga linjer i spekra även av röntgen- och gammastrålsning? Går det att bygga spektrometrar för de våglängderna?
Allt ifrån långvågig radiostrålning till mikrometer området, infrarött, synligt, UV, röntgen och gammastrålning är intressant, men instrumenten skiljer ju sig åt. De fysiska förutsättningarna är ju väldigt olika. Medans ett radioteleskop kan byggas med en felmarginal på någon decimeter så måste röntgen instrumenten byggas med nästan bättre än mikrometer precision i vissa detaljer. För gitterna i röntgen så duger mest bara kristallerna, som ju har en skiktnoggrannhet om 0,1 nm, nanometer.
Ja, det finns naturliga spektrallinjer i röntgen, de härstammar ifrån övergångar mellan K-Skalet och de högre skalen i tunga atomer. Röntgenstrålning kan bara uppstå i energirika processer. Gammastrålning däremot härrör enbart ifrån atomkärnorna och sådana reaktioner. De har väldigt specifika "spikar" dvs spektrogrammen är diskreta spikar, vet ej om man någonsin detekterat ett kontinuerligt spektrum av gammastrålning. Men med typ sk synkrotronljus finns det en teoretisk möjlighet att skapa sådan kontinuerlig gammastrålning, tex MAX IV i Lund. Vet dock inte om energin kan räcka i den synkrotronen.
Utav Universums partiklar så är det en partikel som jag skulle tycka vara intressant att fokusera och skapa bilder av och det är alfapartiklar, hitintills en relativt outforskad strålning, det krävs dock en fokusering byggd på elektromagnetiska principer, alltså en typ av accelerator. Här skulle det vara intressant att mäta om hur energifördelningen ligger och om det finns en riktningsanomali. Förstås också protoner och fria elektroner är ju intressanta, men det tordes krävas att man parkerar instrumentet bakom Månen för att inte störas av solvinden
Dagens digitalkameror är dock långt ifrån sin teoretiska gräns för upplösning i synligt ljus, tex en 24x36 mm sensor har plats för 50 gigapixlar ( ~ 500 nm ) vilket skulle ge en bildfil på knappt 190 gigabyte med ett färgdjup på 10/30 bitar. 10/30 bitars färgdjup är dock inte särskilt mycket i varken vetenskapliga eller astronomiska sammanhang. Ids inte kontrollera beräkningarna just nu, så ursäkta om jag fått ett överslag i decimalerna, hehe
Äh det blev en aning långrandigt det här - det är en aning svårt att beskriva sådant här utan figurer,
men det kommer förhoppningsvis att komma nyare tekniker att registrera fotoner och dess energi - Just de stående våg fenomenen kan vara mycket användbara.
- Men det finns just nu ingen metod att komma ifrån det termiska bruset vid låga nivåer annat än att kyla ner detektorn.