ASTROSPECTRUM 1.0
analizzatore di spettri stellari

INTRODUZIONE

AstroSpectrum nasce dalla voglia di avere un programma semplice da utilizzare che mi permetta di esaminare gli spettri stellari ripresi con lo Star Analyser 100. La risoluzione di questo strumento è piuttosto bassa e per questo motivo non mi sono posto come obiettivo una grande precisione nell'analisi delle righe spettrali con AstroSpectrum. D'altra parte durante la fase di test AstroSpectrum è stato collaudato anche con spettri ad alta risoluzione che mi sono stati forniti dall'astrofilo Fulvio Mete e si è comportato piuttosto bene.

Le cose che è possibile fare con AstroSpectrum:

  • Aprire un'immagine FITS ottenuta da una ripresa effettuata con lo Star Analyser 100 o con uno spettroscopio con risoluzione maggiore.
  • Selezionare lo spettro di interesse e ricarvarne il grafico.
  • Calibrare il grafico in modo che sia possibile identificarne le linee di assorbimento o di emissione.
  • Mostrare uno spettro sintetico generato a partire da un database delle linee di emissione/assorbimento di vari elementi chimici.
  • Salvare i grafici calibrati in un formato proprietario in modo da poterli riaprire in qualunque momento anche senza disporre più delle immagini FITS originali.
  • Mostrare sul grafico le principali linee di emissione/assorbimento degli elementi ricavate da un database.
  • Salvare il grafico come immagine bitmap.
UTILIZZO DI ASTROSPECTRUM

Per meglio comprendere l'utilizzo di AstroSpectrum ho realizzato questa guida passo-passo. Vedremo come ottenere un grafico da un'immagine FITS della stella Vega ripresa con lo Star Analyser 100. Il file in questione è disponibile per lo scaricamento al seguente link:

vega.zip
1.5 MByte

Il file è in formato ZIP e va espanso prima d'essere utilizzato.

Una volta avviato il programma è possibile aprire un'immagine FITS nella quale deve essere visibile sia la stella che ci interessa esaminare (l'immagine di ordine 0) che lo spettro più luminoso accanto ad essa (l'immagine di ordine +1). AstroSpectrum si aspetta che la stella si trovi sul lato sinistro dell'immagine, mentre lo spettro si trovi sulla destra della stella disposto in orizzontale. È possibile ricavare grafici anche da spettri che siano leggermente in diagonale, ma la loro risoluzione sarà tanto più bassa quanto più lo spettro è inclinato.

Per aprire l'immagine FITS scegliete dal menù File la voce Apri un'immagine FITS... (in alternativa potete usare la scorciatoia da tastiera CTRL-F) quindi selezionate l'immagine desiderata e confermatene l'apertura con un click sul pulsante Apri. Attendete che l'immagine sia stata caricata da AstroSpectrum quindi fate un click sull'immagine in corrispondenza dello spettro da esaminare. Apparirà ora una finestrella che consente di definire l'area di binning:

Con le frecce in alto e in basso ed i pulsanti + e - si può spostare e ridimensionare l'area di binning (che deve comprendere tutto lo spettro, ma non deve essere troppo larga). Quando l'area di binning è stata definita correttamente fate un click sul pulsante OK per passare alla prossima schermata.

Questa è la schermata dello spettro elaborato. In alto c'è una sottile striscia ricavata dall'immagine originale nella quale è visibile la stella ed il relativo spettro ottenuto con lo Star Analyser 100. Nella seconda casella è possibile vedere la stessa immagine alla quale è stato applicato un binning verticale sull'area di interesse. La terza casella contiene uno spettro sintetico generato a partire dai dati contenuti nel database delle linee di emissione dei vari elementi chimici. Il grafico che si vede nella omonima sezione della finestra è ricavato dai valori dopo il binning sull'immagine. In basso ci sono alcune caselle di informazione. Se è la prima volta che utilizziamo AstroSpectrum la prima voce a sinistra, che indica la dispersione dello spettro, mostrerà 0.000 Å/Pixel ed il grafico sarà completamente nero: questo perché lo spettro non è stato calibrato e quindi non è possibile per AstroSpectrum conoscere le lunghezze d'onda corrispondenti.

Prima di procedere alla calibrazione dello spettro possiamo modificare il Gain ed il Bias applicati allo spettro per renderlo meglio visibile. Nel menù Visualizzazione vi sono otto voci che consentono di regolare il Gain (che sposta la parte alta del grafico) ed il Bias (che sposta la parte bassa). La cosa a mio avviso più comoda è utilizzare le scorciatoie da tastiera per queste operazioni:

F1
Diminuisce di poco il Gain
F2
Aumenta di poco il Gain
F3
Diminuisce di poco il Bias
F4
Aumenta di poco il Bias
SHIFT-F1
Diminuisce di molto il Gain
SHIFT-F2
Aumenta di molto il Gain
SHIFT-F3
Diminuisce di molto il Bias
SHIFT-F4
Aumenta di molto il Bias

Usate questi comandi per ottenere un grafico in cui siano ben visibili le linee spettrali:

Ora dobbiamo calibrare il grafico in modo che sia poi possibile esaminarlo con profitto. Due sono i valori che dobbiamo ottenere: la dispersione (ossia la quantità di Ångström per pixel) e l'offset (il punto che sul grafico corrisponde ad una valore noto). Nell'esempio che segue utilizzeremo due punti di riferimento noti: il centro dell'immagine di ordine zero (la stella) e la linea H Beta (che è molto ben visibile sullo spettro della stella Vega). Se non è già visibile attivate la Finestra di Zoom dal menù Visualizzazione in modo che vi sia più facile puntare questi riferimenti.

Puntate sul grafico il centro della stella e fate un click con il tasto destro del mouse. Apparirà la finestra di dialogo del calcolo della disperione che vi chiederà se avete puntato il centro della stella: rispondete Si. Notate che rispondendo No alla domanda dovrete inserire il valore in Ångström di due linee anziché della stella e di una linea, questo per permettervi di calibrare anche spettri in cui la stella non sia visibile (come ad esempio gli spettri ad alta risoluzione).

Ora sarà necessario identificare una linea nota, dopo aver fatto un click sul pulsante OK fate un click in corrispondenza della linea nota che desiderate usare per la calibrazione (nel nostro esempio la linea H Beta).

A questo punto apparirà una tabella con la tavola periodica degli elementi:

Fate un click sul pulsante H, in alto a sinistra, corrispondente all'idrogeno, quindi selezionate la riga H Beta dall'elenco sulla destra. Vedrete apparire il corrispondente valore in Ångström della lunghezza d'onda. Se lo desiderate potete in alternativa digitare direttamente il valore nella casella Lunghezza d'onda in Ångström. Fate un click su OK ed il grafico verrà calibrato.

Una volta calibrato il grafico appare non più in grigio, ma in falsi colori corrispondenti ai colori dello spettro. Le zone nere a sinistra sono nel dominio dell'ultravioletto, mentre quelle a destra sono in quello dell'infrarosso.

Notate in basso a destra come il valore sia ora cambiato indicando la dispersione del grafico in Ångström per pixel. Ora che il grafico è calibrato è possibile spostare il cursore su di esso in qualunque punto per conoscere la lunghezza d'onda corrispondente oltre al valore misurato in ADU.

A questo punto possiamo decidere di salvare lo spettro calibrato scegliendo la voce Salva lo spettro con nome... dal menù File. In seguito sarà possibile aprire questi file scegliendo la voce Apri uno spettro... sempre dal menù File.

Il valore di calibrazione viene conservato da AstroSpectrum. Se genererete un nuovo grafico a partire da un'immagine FITS il valore di calibrazione attuale verrà applicato automaticamente. Il motivo è che se l'ottica e la camera di ripresa non cambiano e se lo Star Analyser 100 è sempre alla stessa distanza dal sensore e non viene ruotato, allora la risoluzione in Ångström per pixel rimarrà invariata e sarà necessario solo impostare l'offset (il centro della stella nell'immagine di ordine 0 o una riga nota). Questo fatto permette di calibrare il sistema su una stella di cui si conoscano le caratteristiche e quindi di usare la medesima calibrazione per studiare altre stelle.

Per modificare l'offset senza cambiare il valore di dispersione anziché fare un click su una linea nota (o sulla stella) con il tasto destro del mouse, fatelo con il tasto sinistro.

In più AstroSpectrum consente, attraverso una libreria delle calibrazioni, raggiungibile con la voce Libreria delle dispersioni... dal menú Analisi, di salvare e richiamare diverse calibrazioni ad esempio per i diversi telescopi che vorrete usare.

IDENTIFICAZIONE DELLE LINEE SPETTRALI

Una volta calibrato lo spettro è possibile, come detto in precedenza, conoscere la lunghezza d'onda approssimativa di una certa linea spettrale facendo scorrere il cursore sul grafico. In alternativa è possibile visualizzare le linee di un determinato elemento chimico sul grafico per verificarne la corrispondenza. Dal menù Analisi scegliete Aggiungi linee guida... per far apparire la tavola periodica degli elementi. Provate di nuovo a selezionare l'idrogeno quindi le linee H Alfa, H Beta, H Gamma e H Delta:

Confermate con un click sul tasto pulsante OK ed osservate come al grafico siano state aggiunte le linee che avete scelto e come queste corrispondano a quanto realmente osservato sulla stella Vega:

Si possono aggiungere tutte le linee che si desidera, anche in più passaggi (cambiando così l'elemento chimico). Per eliminare le linee e ripulire così il grafico scegliete la voce Cancella linee guida dal menù Analisi.

Un'altra cosa possibile è cambiare l'elemento chimico il cui spettro sintetico viene generato nell'omonima sezione. Dal menù Visualizzazione scegliete Spettro sintetico e quindi Precedente, Successivo oppure Tabella... per scegliere l'elemento da visualizzare.

DATI DELLE RIPRESE

AstroSpectrum prevede la possibilità di registrare alcune informazioni sulla ripresa dello spettro. Queste informazioni vengono salvate nello stesso file con i dati dello spettro e possono essere consultate o modificate in ogni momento con AstroSpectrum. Per far apparire la finestra con le informazioni scegliete la voce Informazioni sulla ripresa... dal menù Visualizzazione, oppure digitate CTRL-I o ancora fate un click con il pulsante sinistro del mouse sull'immagine della stella, in alto.

I campi Tempo Universale, Soggetto, Ottica di ripresa, Sensore di ripresa e Autore della ripresa vengono riempiti automaticamente con i dati del file FITS originario (se presenti nell'header dello stesso), mentre i campi Spettrografo e Commento sono sempre vuoti in un nuovo spettro. Potete modificare a piacimento questi dati scrivendo nei relativi campi. La data e l'orario della ripresa (in Tempo Universale) possono essere inseriti digitando direttamente nei rispettivi campi oppure aiutandosi con gli strumenti di inserimento (le freccette alla destra di ogni campo). Le modifiche vanno confermate con il pulsante OK, se viceversa si fa click sul pulsante Annulla (oppure si chiude la finestra) le modifiche non verranno registrate.

È possibile salvare gli spettri ottenuti con AstroSpectrum scegliendo la voce Salva lo spettro oppure Salva lo spettro con nome... dal menù File.

SALVARE L'IMMAGINE DEL GRAFICO

Una volta creato e calibrato un grafico è possibile salvarne l'immagine ad esempio per pubblicarla sul vostro sito internet. Per prima cosa è utile definire i limiti inferiore e superiore del grafico da pubblicare. Per farlo scegliete la voce Impostazioni... dal menù File e quindi inserite i valori di lunghezza d'onda che vi interessano espressi in Ångström. Per questa prova digitate 3500 come limite del lato UV (ultravioletto) e 8500 come limite del lato IR (infrarosso). Confermate i dati con OK. Questi valori vengono conservati da AstroSpectrum finché non verranno sostituiti da nuovi valori.

A questo punto potete generare il grafico scegliendo Salva l'immagine del grafico... dal menù File: apparirà un'anteprima del grafico così come sarà generato.

Se il grafico è di vostro gradimento fate un click sul pulsante Salva e salvate l'immagine bitmap. In alternativa potete chiudere la finestra senza salvare l'immagine.

DOWNLOAD

Potete scaricare gratuitamente la versione 1.0.0 di AstroSpectrum facendo un click sull'icona qui sotto.


astrospectrum100.zip

9.01 MByte

IMPORTANTE: Se avete già installato sul vostro computer una versione precedente dovrete disinstallarla prima di installare la nuova versione.