Trong chương này luận văn trình bày cơ sở thực nghiệm nhiễu xạ qua cách tử của đèn hơi thuỷ ngân qua đó xây dựng cơ sở để lắp đặt máy quang phổ dùng hệ tán sắc là cách tử truyền qua. Lắp đặt các thiết bị quang học trong máy quang phổ và tính toán các đại lượng đặc trưng như độ rộng vạch phổ, năng suất phân giải, độ tán sắc góc và độ tán sắc dài của máy. Tính toán các chi tiết về kích thước của quang cụ, thiết kế hệ điều khiển sao cho các dụng cụ quang học phải đồng trục, có thể chuyển động tịnh tiến, quay quanh trục và thay đổi chiều cao tuỳ ý.
Trong chương cũng trình bày cách lắp đặt máy quang phổ dùng hệ tán sắc là cách tử phản xạ, nhằm làm giảm sự mất mát cường độ của chùm photon khi truyền qua hệ quang học và có thể chụp được phổ của các đối tượng xa hơn.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ 3.1. Kết quả chụp
3.1.1. Sử dụng máy quang phổ cách tử truyền qua
Vì ánh sáng ngôi sao rất yếu, nên khi qua hệ thấu kính và cách tử truyền qua làm bức xạ từ ngôi sao mất nhiều cường độ nên không đi tới được CCD. Máy quang phổ cách tử truyền qua tự tạo đã chụp được phổ mặt trăng.
Kết quả chụp phổ mặt trăng.
Hình a Hình b Hình 3.1. Mặt trăng chụp qua khe hẹp
3.1.2. Sử dụng máy quang phổ cách tử phản xạ
Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh máy quang phổ dùng hệ tán sắc là cách tử phản xạ thì vào mùa mưa nên ở TP. Hồ chí Minh mây mù dày, vì thế chúng tôi chưa dùng máy quang phổ cách tử phản xạ chụp các đối tượng như sao, thiên hà trong thời gian sau chúng tôi sẽ đưa máy vào chụp nhiều thiên thể hơn.
Hiện tại chỉ chụp được phổ của Mặt trăng.
3.2. Xử lý ảnh phổ
Thực hiện khử nhiễu ảnh phổ [5] mặt trăng đặt tên là *hoanchinh.fits và thực hiện các bước xử lý ảnh phổ.
3.2.1. Trích xuất dữ liệu trên phổ
Trích xuất phổ là trích lấy phổ trên quang phổ liên tục hay trên quang phổ vạch, về nguyên tắc là đại lượng đo bằng số đếm của photon từ ngôi sao trong phép quang trắc khẩu độ. Có các bước cơ bản sâu đây:
- Đầu tiên chúng ta cần thông báo cho phần mềm IRAF nơi cần xem phổ. Thay vì cài đặt toạ độ (x,y), chúng ta chỉ cần ghi cột nơi cần tìm phổ.
- Khi quang phổ không phân bố chính xác theo cột của CCD, chúng ta cần tìm dấu vết của chúng. Điều này thực hiện bằng cách làm khớp (fit) trọng tâm quang phổ trên toạ độ y với một hàm đa thức bậc cao.
- Một bước cơ bản, quang phổ cần phải được trích rút. Tương tự như quang trắc khẩu độ, chúng ta chọn khẩu độ và nền hai bên khẩu độ. Đối với mỗi điểm lấy mẫu bước sóng, số đếm photon trong khẩu độ được thêm vào và trừ đi cho nền. Kết quả là cho một bảng số đếm tương ứng với toạ độ y trên CCD.
Tôi đi theo đường dẫn bằng các lệnh bên dưới để vào gói xử lý phổ [13].
cl>noao cl> imred cl> specred
Tôi cài đặt các thông số của apall bằng cách chạy lệnh cl> epar apall
Bảng thông số hiện ra. PACKAGE = apextract TASK = apall
input = List of input images (output = ) List of output spectra (apertur= ) Apertures
(format = multispec) Extracted spectra format (referen= ) List of aperture reference images (profile= ) List of aperture profile images
(find = no) Find apertures? (recente= no) Recenter
Hình 3.2. Bảng lệnh epar apall (resize = no) Resize apertures?
(edit = yes) Edit apertures? (trace = yes) Trace apertures?
(fittrac= yes) Fit the traced points interactively? (extract= yes) Extract spectra?
(extras = yes) Extract sky, sigma, etc.? (review = yes) Review extractions? (line = INDEF) Dispersion line
(nsum = 10) Number of dispersion lines to sum or median Trong đó:
input Danh sách các hình ảnh đưa vào.
Output Danh sách phổ xuất ra. Nếu để trống thì apall sẽ tự động thêm vào đuôi .ms của mình trong hình ảnh input. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Apertur Khẩu độ.
Format Chỉ rõ hình ảnh đưa vào. Nếu chọn onedspec, nhiều phổ trích từ từng hình ảnh sẽ là nguồn dữ liệu riêng lẽ. Nếu chọn multispec, tất cả phổ sẽ là nguồn dữ liệu. Tôi ta chọn
Referent Danh sách các khẩu độ của hình ảnh tham khảo.
Profile Danh sách khẩu độ của từng hình ảnh.
Interac YES: Tắt chế độ tương tác với phổ. NO: Bật chế độ tương tác với phổ.
Find Tìm khẩu độ.
Resize Thay đổi kích thước khẩu độ.
Edit Thoát khỏi tương tác khẩu độ.
Trace Kẻ vạch theo khẩu độ.
Fittrac Làm khớp với các điểm vạch tương tác.
Extract Trích rút phổ.
Extras Trích phổ nền trời.
Review Đánh giá trích rút phổ.
Line Vạch phổ phân tán.
Nsum Số vạch phổ phân tán để lấy tổng hoặc trung bình. Chúng ta lưu lại bằng cách tổ hợp phím Ctrl + D.
Với các thông số thiết lập ta bắt đầu đi trích rút phổ, bằng cách gõ lệnh:
cl> apall filename
Bạn sẽ nhận được một đồ thị như Hình 3.3.
Đây là đồ thị của các giá trị điểm ảnh như một hàm số đếm theo trục y đó chính là quang phổ mặt trăng với các vạch phổ. Vạch phổ là nơi tập hợp tất cả ánh sáng, chúng ta phải điều chỉnh khẩu độ để thực hiện việc trích rút phổ. Đầu tiên chúng ta phóng to vạch phổ bằng phím
w và e. Ví dụ: Nếu tôi dùng phím wsau đó phím etại vị trí con trỏ trong Hình 3.3 và sau đó lập lại phím e với điểm ở trên bên phải của vạch, chúng tôi sẽ được Hình 3.4. Cách khác chúng ta dùng tổ hợp phím w + jkhi con chuột ở bên trái, w + kkhi con chuột ở bên phải của vạch phổ.
Hình 3.3. Hình ảnh vạch phổ của ngôi sao
Hình 3.4. Phóng to hình ảnh phổ
Sử dụng phím m để tìm khẩu độ phía dưới con trỏ. Vùng có gán chữ số 1 là nơi xác định khẩu độ tự động của IRAF. Điều chỉnh khẩu độ nhỏ hay lớn sử dụng khóa u và l.
Kế đến chúng ta cần xem xét phong nền. Nhấn phím b để cài đặt nó. Trong Hình 3.5 là sự làm khớp phong nền tự động của IRAF.
Hình 3.5. Làm khớp phong nền tự động của IRAF
Chúng ta có thể dùng các phím tắt để chọn nền tự động với vùng rộng hơn bằng lệnh w e e
và w a.
Chúng ta có thể sử dụng phím sđể thiết lập các khu vực mới phù hợp với phong nền. Bấm phím sở hai đầu của khu vực bạn muốn sử dụng, sau đó nhấn phím f để làm khớp và đường nét đứt sẽ di chuyển (Bạn có thể xóa các khu vực xác định trước đó với phím z). Bây giờ chúng ta có thể thấy rằng đường gạch gạch đại diện cho phong nền rất phù hợp. Một khi chúng ta đã hài lòng sự phù hợp với nền, gõ qđể quay trở lại chế độ chỉnh sửa khẩu độ.
Nếu quang phổ sao của bạn không phải là ngang hoặc nếu nó bị cong, IRAF cần phải xác định hình dạng của nó một cách chính xác để lấy phổ.
Gõ q trong chế độ điều chỉnh khẩu độ sẽ cho chúng tôi sự phù hợp với dấu vết phân bố. Các điểm dữ liệu (dấu cộng) đại diện cho phổ và đường đứt chỉ thị sự điều chỉnh. Tăng bậc của hàm phân bố, sử dụng lệnh :order bậc. Trong trường hợp này, chúng tôi sẽ sử dụng hàm bậc 4 và sau đó nhấn fđể thực hiện làm khớp và nó siết chặt như Hình 3.6. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.6. Làm khớp với phân bố phổ
Tất cả các khẩu độ chúng tôi đã xác định được lưu trữ trong một tập tin gọi là database
trong dữ liệu. Bằng cách này chúng ta có thể trở lại hình ảnh này sau đó và vẫn giữ lại các khẩu độ xác định trước đó.
Vậy chúng ta đã hoàn thành xong trích lấy khẩu độ. Nhấn “q” để thoát. Trả lời các câu hỏi để thoát.
1. Write apertures for moon150hoanchinh.fits to database? (Viết dữ liệu về khẩu độ của moon150hoanchinh.fits)
2. Extract aperture spectra for moon150hoanchinh.fits?
(Trích xuất khẩu độ cho moon150hoanchinh.fits)
3. Review extracted spectra from moon150hoanchinh.fits?
(Xem xét trích phổ từ moon150hoanchinh.fits)
4. Review extracted spectrum for aperture 1 from moon150hoanchinh.fits?
(Xem xét trích phổ cho khẩu độ 1 từ moon150hoanchinh.fits)
Ta nhấn yđể trả lời yes các câu hỏi này. Sau đó chúng tôi được một phổ của mặt trăng là moon150hoanchinh.ms.fits.
Như Hình 3.7 cho ta các vạch phổ phát xạ và hấp thụ của mặt trăng thu qua máy quang phổ cách tử truyền qua. Cũng có một vài đỉnh do tia vũ trụ gây ra mà chúng ta không loại bỏ được hết bằng lệnh cosmicrayslúc đầu.
Hình 3.7. Hình phổ của mặt trăng
3.2.2. Hiệu chỉnh bước sóng với nguồn tham khảo
Để xác định bước sóng, thông lượng hạt, cường độ và nhiều thông tin khác chúng tôi cần phải so sánh phổ chụp đối tượng với phổ hiệu chỉnh.
Nguồn hiệu chỉnh thường kết nối với máy quang phổ. Vì ở trường đại học sư phạm TP. Hồ Chí Minh không có nguồn phổ hiệu chỉnh gắn với máy quang phổ nên chúng tôi dùng nguồn đèn hơi thuỷ ngân chụp bằng máy ảnh thông thường sau đó đổi đuôi mở rộng đưa vào IRAF để làm phổ tham khảo.
Ảnh phổ của đèn hơi thuỷ ngân chụp tại phòng thí nghiệm vô tuyến điện tử của trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh qua cách tử truyền qua như Hình 3.8.
Hình 3.8. Phổ vạch của đèn hơi thuỷ ngân
Bây giờ chúng tôi cần phải trích xuất quang phổ của đèn hiệu chỉnh cho với khe hẹp như ban đầu. Nhưng lệnh apall đã cho chúng ta thông tin về khẩu độ và hàm làm khớp trong cơ sở dữ liệu. Vì thế chúng ta không cần tương tác với phổ của nguồn hiệu chỉnh nữa mà chỉ cần thông báo cho apallchúng ta sử dụng dữ liệu khẩu độ được tạo ra từ moon150hoanchinh.fits.
Vào gói apall để điều chỉnh thông số: cl> epar apall
Ta thay đổi các thông số như sau:
references moon150hoanchinh.fits (là hình phổ ta đã trích xuất khẩu độ).
interactive no lúc này ta không cần tương tác gì với nguồn hiệu chỉnh, vì tất cả những gì ta chỉnh sửa trích xuất đều nằm trong thư mục database – thư mực được tạo tự động bởi lệnh
apall).
edit no trace no fittrace no
background none (tham số này ở mục EXTRACTION PARAMETERS) Với hình ảnh phổ tham khảo từ nguồn đèn hơi thuỷ ngân.
cl> apall hg.fits (giả sử hình ảnh của ta là hg.fits)
Một dữ liệu về phổ của hgđã được tạo ra có tên hg.fitsvà lưu trong thư mục database. Lúc này không có đồ thị xuất hiện, nếu muốn xem đồ thị ta dùng lệnh:
> splot hg.ms.fits. Ta dùng lệnh identify. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.9. Identify hg.ms.fits
Để tùy chỉnh độ rõ của các đỉnh phổ trong hình ảnh vừa xuất hiện, ta có thể làm như sau: + nhấn “w”rồi “t”: để zoom phần phổ phía trên.
+ nhấn“w”rồi “b”: để zoom phần phổ phía dưới.
+ nhấn “w” rồi“j”: để zoom vùng từ vị trí của chuột sang phía bên phải. + nhấn “w” rồi “k”: để zoom vùng từ vị trí của chuột sang phía bên trái. Sau đó, để dán nhãn cho các đỉnh phổ trên, ta làm như sau:
Đặt vị trí con trỏ chuột lại những đỉnh phổ ta muốn và nhấn “m”, lệnh identify sẽ tính toán trọng tâm của đỉnh phổ và trên đầu đỉnh phổ đó sẽ xuất hiện một gạch thẳng đứng. Nếu chúng ta nhập vào một giá trị bước sóng tại đỉnh phổ, identify sẽ làm khớp bước sóng đó với đỉnh phổ xác định.
Ta nhập giá trị bước sóng của các đỉnh phổ đã biết rồi nhấn “enter”, số pixel càng nhiều thì bước sóng càng lớn. Ví dụ: 5782Ålà vạch vàng của đèn hơi thuỷ ngân.
Sau đó, ta gõ lệnh :labels both rồi “enter” thì tất cả các đỉnh phổ sẽ được dán nhãn như Hình 3.10. Nhãn là giá trị bước sóng của các đỉnh phổ.
Hình 3.10. Dán nhãn các đỉnh phổ
Bấm f, tiếp theo ta dùng lệnh :order như trên để làm khớp các vị trí được đánh dấu. Sau đó, nhấn “q” để thoát.
Sau khi chúng ta đã có phổ tham khảo với các vạch phổ được gán bước sóng là hg.ms.fits. Chúng ta sử dụng nó để hiệu chỉnh bước sóng trong phổ của đối tượng.
cl > epar refspectra
Điều chỉnh hai thông số ignorea = no, sort và group = no. Trong reference chúng ta đưa
hg.ms.fits vào.
Gán nguồn tham khảo vào đối tượng cần hiệu chỉnh bước sóng, ta dùng lệnh: cl>refspec moon150hoanchinh.ms.fits
Bước tiếp theo xác định bước sóng của các đỉnh phổ trong moon150hoanchinh.fits với nguồn tham khảo hg.ms.fits. Bằng lệnh:
cl > dispcor moon150hoanchinh.ms.fits phomoon150.fits
Nếu cần hiệu chỉnh một đối tượng khác ta thực hiện lệnh cl> apall doituong.fits, chúng ta thu được doituong.ms.fits rồi sau đó mới sử dụng lệnh cl> refspec doituong.ms.fits. Thực hiện bước tiếp cl> dispcor doituong.ms.fits phoduara.fits
Để xem phổ của đối tượng sau khi đã hiệu chỉnh bước sóng chúng tôi dùng lệnh:
cl >splot phomoon150.fits
Hình 3.11. Phổ của mặt trăng đã hiệu chỉnh
Qua Hình 3.11 tôi ghi nhận được ba vạch phát xạ của dãy Balmer là Hγ (λγ= 4496Å), Hβ (λβ = 4781Å) và Hα (λα = 6681Å) và vạch phát xạ của nguyên tố Neon (λNe = 7044Å). Tôi dùng phím k để làm khớp theo vạch phổ tìm được thông lượng và bề rộng của vạch phổ theo đơn vị của bước sóng. Thông lượng, bề rộng và FWHM của vạch Hαnhư Hình 3.12.
Hình 3.12.Làm khớp theo vạch phổ Hα.
Hình 3.13.Làm khớp theo vạch phổ Hβ. Thông lượng, bề rộng và FWHM của vạch Hδnhư Hình 3.14.
Hình 3.14.Làm khớp theo vạch phổ Hγ. Thông lượng, bề rộng và FWHM của vạch Neon như Hình 3.15.
Hình 3.15.Làm khớp theo vạch phổ Ne.
3.3. Kết luận chương 3
Trong chương này, đã tiến hành thí nghiệm chụp phổ của nguồn chuẩn đèn hơi thuỷ ngân thu được các vạch phát xạ của nguồn. Xác định các đỉnh năng lượng của phổ, chọn vùng làm việc với ba vạch tương ứng với các bước sóng 4358Å, 5461Å, 5782Å. Tiến hành chụp các đối tượng thiên văn và đã chụp được phổ mặt trăng qua máy quang phổ cách tử truyền qua. Thực hiện việc khử nhiễu cho ảnh phổ thu được gồm trừ phông nền, hiệu chỉnh độ nhạy của pixel và loại bỏ tia vũ trụ qua phần mềm IRAF. Qua các bước phân tích phổ và hiệu chỉnh với nguồn phổ chuẩn để xác định giá trị bước sóng tương ứng của đỉnh phổ. Qua đó thu được các vạch phổ hydro trong vùng ánh sáng nhìn thấy như Hα ; Hβ; Hγvà vạch neon. Tìm các đặc điểm của phổ vạch như bề rộng, thông lượng và FWHM.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Trong luận văn này chúng tôi đã nghiên cứu và lắp đặt hệ phổ kế dùng cách tử truyền qua và cách tử phản xạ, kết hợp với kính thiên văn Takahshi EM 200 và CCD ST7 để chụp phổ các đối tượng thiên văn trong vùng khả kiến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sử dụng phần mềm IRAF để khử nhiễu phổ và hiệu chỉnh phổ của đối tượng chụp.
Kết quả đạt được: Đã chế tạo máy quang phổ dùng hệ tán sắc là cách tử nhiễu xạ, với năng suất phân giải thấpR∈(64,122), độ tán sắc góc 277 (Å/độ), độ tán sắc dài 198,85 (Å/mm). Kết nối với kính thiên văn Takahashi và CCD để chụp phổ đối tượng thiên văn, hiện tại chỉ chụp được phổ của Mặt Trăng. Ánh sáng mất cường độ khi tương tác với môi trường vật chất và bị suy yếu khi qua hệ thấu kính hội tụ, cách tử nhiễu xạ làm cho ánh sáng ngôi sao với cường độ nhỏ khó có thể đến được CCD. Chúng tôi đã chế tạo máy quang phổ dùng cách tử phản xạ và thêm bộ phận gương phản xạ để hạn chế sự mất mát cường độ khi qua hệ quang học. Phổ của đối tượng thiên văn cần phải khử nhiễu do các nguyên nhân chuyển động nhiệt của các electron trong CCD, độ nhạy giữa các pixel không đồng đều và các tia vũ trụ. Chúng tôi dùng phần mềm IRAF khử nhiễu phổ đối tượng và sử dụng phổ của nguồn chuẩn đã biết các đỉnh năng lượng để hiệu chỉnh quang phổ qua đó thu được các vạch phổ phát xạ và vạch phổ hấp thụ của đối tượng chụp. Từ kết quả phân tích phổ qua phần mềm IRAF chúng tôi thu được các vạch hydro đặc trưng của dãy Balmer trong vùng ánh sáng nhìn thấy.
KIẾN NGHỊ
Để tính các đại lượng đặc trưng của máy quang phổ dùng cách tử phản xạ chúng tôi cần biết số vạch của cách tử phản xạ, nên cần trang bị cách tử phản xạ hoặc nguồn đơn sắc để từ đó