Reflexionsspektrum von Mars und Uranus mit einem SA 100 Grism

FlorianV

Aktives Mitglied
Im Gegensatz zu den selbst leuchtenden Sternen, sehen wir die Planeten nur deshalb, da sie das Licht ihres Zentralgestirns reflektieren. Deshalb ist bei der Untersuchung der Spektren von Mars und Uranus im Wesentlichen das Spektrum unserer Sonne, ein G2-Hauptreihenstern, zu erwarten.

Da mir die Erstellung eines Sonnenspektrums mit dem SA 100 ohne Spalt noch Probleme bereitet, dient im Folgenden das Spektrum von Capella (α Aurigae) als Vergleichsspektrum.

Capella ist zwar bereits ein Stern (bzw. ein Sternensystem), welcher sich auf dem Riesenast befindet, aber die wesentlichen spektralen Merkmale der G-Sterne können auch hier als Vergleich herangezogen werden.

Bei der Spektralklasse von Capella gibt es jedoch, je nach Alter der Quelle, unterschiedliche Einteilungen. Bei Stellarium und Simbad wird Capella als G3 III klassifiziert. Als Quelle dient hier „The Perkins catalog of revised MK types for the cooler stars.“ aus dem Jahr 1989.
Der „Spektralatlas für Amateurastronomen“ von R. Walker, so wie der deutschsprachige Wikipediaartikel klassifizieren Capella als G8 III + G0 III Doppelstern. Als Quelle kann hier „Capella (α Aurigae) Revisited: New Binary Orbit, Physical Properties, and Evolutionary State.“ aus dem Jahr 2015 angegeben werden.

Die folgenden Spektren wurden mit einem Star Analyser 100 und einem 3.8°-Prisma (-> Grism) an einem Newtonteleskop 130PDS f5 von Skywatcher mit einer QHY- Farbkamera 585c aufgenommen. Der Abstand zwischen Grism und Sensor beträgt etwa 14 cm.


Das Summenbild von Capella zeigte schon diverse Absorptionslinien:
Kapella_stacked_3-image.jpg


Die relative Flußkalibrierung erfolgte in BASS mit Hilfe eines B8 III Pickles-Referenzspektrum:
Capella.jpg


Die markantesten Absorptionslinien / -banden sind im Spektrum eingetragen. Man sieht recht schön die Ca II Absorption im violetten Spektralbereich, die dem Elektronenübergang 4s-4p zugeordnet werden können, sowie das Ca II Linientriplett um 850nm, die zum Elektronenübergang 3d-4p gehören. Die Breite der Absorptionslinie bei 866.2nm entsteht unter anderem durch eine Überlagerung mit der Eisenline bei 868.8nm.
Ein weiteres Merkmal der G-Sterne sind die CN und CH-Banden bei etwa 380nm und bei 430nm. Letztere dominiert die benachbarte H-Linie der Balmerserie des Wasserstoffs deutlich. Dieser Unterschied ist jedoch bei den frühen G-Sternen, wie der Sonne nicht so ausgeprägt.
 

Anhänge

  • Capella+Mars.jpg
    Capella+Mars.jpg
    188,5 KB · Aufrufe: 114
Das Marsspektrum im Vergleich

Capella vs. Mars
Capella+Mars.jpg
Mars_c.jpg

(Capella oben, Mars unten)

Die Normierung der Intensität des Marsspektrums erfolgte mit der gleichen Normierungsfunktion wie bei Capella. Die Auflösung des Marsspektrums leidet ohne Spalt deutlich aufgrund der Größe des Marsscheibchens. Jedoch erkennt man recht schön, dass die Absorptionslinien (im Rahmen der Auflösung) mit denen von Capella übereinstimmen.

Dies steht im Einklang damit, dass Mars eine sehr dünne Atmosphäre besitzt, welche das von der Sonne durch die Marsoberfläche reflektierte Licht (zumindest bei dieser Auflösung) nicht sonderlich stark beeinflusst. Hochaufgelöste Spektren wie z.B. mit WEBB Space Telsecope (https://webbtelescope.org/contents/...in-first-webb-observations-of-red-planet.html) erlauben natürlich tiefere Einblicke in die Zusammensetzung der Marsatmosphäre.
 
Zuletzt bearbeitet:
Das Uranusspektrum im Vergleich

Capella vs. Uranus
Kapella-Uranus.png
Uranus.jpg



Auch hier erfolgt die Normierung der Intensität des Uranusspektrums mit der gleichen Normierungsfunktion wie bei Capella. Aufgrund des deutlich kleineren Uranusscheibchens, wird mit dem SA 100 hier nahezu die gleiche Auflösung wie bei Capella erreicht. Die Absorption ist im violetten und blauen Spektralbereich etwas verrauschter, aber nahezu identisch zum Capellaspektrum. Ab ca. 500nm zeigen sich aber bei Uranus Absorptionsbanden, die den weiteren Verlauf des Spektrums bis ins NIR deutlich prägen.

Uranus-chart.jpg


Diese Banden sind dem in der Uranusatmosphäre vorkommenden Methan CH4 zuzuordnen. Genauer gesagt, entsprechen diese Absorptionsbanden den Schwingungsübergängen verschiedener Kombinationen aus Obertönen der Methanschwingungen. Diese Übergänge wurden u.a. von Lawrence P. Giver untersucht und 1978 im Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer Band 19 unter „Intensity Measurements oft the CH4 bands in the region 4350A to 10600A“ veröffentlicht. Die folgende Grafik zeigt die Ergebnisse der Labormessungen von Giver.

1740569753161.png


Die hier angegebenen Bandenmitten stimmen gut mit denen meines Uranusspektrums überein.


Methan besitzt als 5-atomiges Molekül 9 Grundschwingungen. Diese können z.B. unter https://www.chemtube3d.com/vibrationsch4/ veranschaulicht werden.
Die neun Grundschwingungen werden in 4 Symmetrierassen eingeteilt:
  • symmetrische Streckschwingung A1 mit einer Wellenzahl v1=3054 1/cm
  • dreifach entartete asymmetrische Streckschwingung T2 mit einer Wellenzahl v3=3167 1/cm
  • dreifach entartete Deformationsschwingung T2 mit Wellenzahl v2=1376 1/cm
  • zweifach entartete Deformationsschwingung E mit Wellenzahl v4=1598 1/cm
Die im Uranusspektrum vorkommenden Absorptionsbanden entsprechen somit hauptsächlich Übergänge zu Obertönen der Kombination der beiden Streckschwingungen v1 und v3.


Interessanterweise trägt bei dieser Absorption die symmetrische Streckschwingung v1 einen wesentlichen Anteil im roten und NIR Spektralbereich bei, obwohl diese Schwingung aufgrund ihres fehlenden Dipolmoments allein gesehen IR-inaktiv ist und durch IR-Strahlung nicht angeregt werden kann.

Weiterhin erhält Uranus durch die CH4-Absorption im roten/NIR Spektralbereich sein typisch blau/grünliches Erscheinungsbild.


Viele Grüße
Florian
 
Zuletzt bearbeitet:
Moin,
interessante Sache. Bei den schmalen farbigen Bildern der Spektren fällt mir auf, dass im Vergleich Capella vs. Mars die Absorptionslinien ganz im roten / IR ggü,. dem, Capella-Spektrum nach aussen verschoben sind, und auch nur diese äusseren Linien. Alle anderen passen gut übereinander.. Eine grösseren Unschärfe durch das Marsscheibchen statt punktförmigem Stern ist ja verstandlich, aber woher kommt diese Verschiebung im Bild?
VG -CptB
 
Servus,

das ist einfach erklärt:
Für die Wellenlängenkalibrierung habe ich folgende 7 Wellenlängen und ein Polynom vom Grad 4 verwendet. Durch den "hohen" Grad der Normierungsfunktion kommt es nach der höchsten Kalibrierungslinie (und auch vor der Kleinsten) dann doch zu Ungenauigkeiten (die Normierungsfunktion haut sozusagen mit den Wellenlängen ab). Die Verwendung der Wasserbanden um die 950nm zur Kalibrierung erzeugte mir jedoch (aufgrund des verwaschenen Spektrums) eine insgesamt noch ungenauere Wellenlängenkalibrierung. Deshalb lies ich es so gut sein.
Mars-calibration.jpg


Ebenso kommt es auch beim Uranusspektrum ab 850/900 nm zu ungenauen Wellenlängenangaben, so dass unter Umständen die letzte Delle durchaus zur Absorption bei 9990A gehören könnte.

Viele Grüße
Florian
 
Hallo miteinander,

nach einer neuen Wellenlängenkalibrierung passt das Marsspektrum jetzt besser:
Mars_c2.jpg


Capella+Mars.jpg


Viele Grüße
Florian
 
Zurück
Oben