Spektrografy na Kanárských ostrovech

Ve spolupráci s kolegy z FMFI UK (Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislavě) byly 11.11.2016 instalovány dvě spektrální kamery s vysokým rozlišením na observatořích Teide a Roque de los Muchachos na Kanárských ostrovech. Instalace obou kamer byla provedena vedle již fungujících celooblohových kamer AMOS, které jsou na obou observatořích v provozu od března 2015. Vzhledem k vynikajícím podmínkám na obou observatořích jsou tyto celooblohové kamery v provozu prakticky každou noc.

Spektrograf instalovaný na observatoři Teide (ostrov Tenerife) byl pořízený díky spolupráci Hvězdárny Valašské Meziříčí a Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AVČR (obrázek dole vlevo), spektrograf instalovaný na observatoři Roque de los Muchachos (ostrov La Palma) pak byl pořízený astronomy z FMFI UK v Bratislavě (obrázek dole vpravo).

Spektrograf na observatoři Teide (Tenerife). Autor: AGO Modra	Spektrograf na observatoři Roque de los Muchachos (La Palma). Autor: AGO Modra

Systém, metodika

Koncepce systému vychází z umístění dvou spektrografů s vysokým rozlišením, jejichž zorná pole se částečně překrývají. Díky tomu je zajištěno, aby případná chybějící část širokého spektra meteoru ve vysokém rozlišení byla zachycena sesterskou kamerou na druhé observatoři. Atmosférické dráhy meteorů a dráhy meteoroidů před vstupem do atmosféry Země jsou zaznamenány díky celooblohovým kamerám AMOS. Oba spektrografy byly před instalací uvedeny do testovacího provozu (v období od září do října 2016), jeden na Hvězdárně Valašské Meziříčí a druhý na observatoři AGO Modra (Astronomické a geofyzikálne observatórium UK v Modre), obě spektroskopické sestavy jsou složeny z identickým komponentů.

Jako snímací prvek jsou použity monochromatické kamery PointGrey Grasshoper3 GS3-U3-32S4M-C s vysokou kvantovou účinností (QE= 76%, 525 nm) a vysokým dynamickým rozsahem (71,34 dB). Kamery využívají CMOS čipy Sony Pregius IMX252 o velikosti 1/1.8” s pixely 3,75×3,75 µm. Rozlišení instalovaného čipu je 2048×1536 pixelů, snímkovací frekvence je nastavena na 15 sn/s. Digitální signál z kamery je veden přímo přes rozhraní USB 3.0 do počítače bez nutnosti instalace převodníku signálu. Kvantové účinnosti nad 40% dosahují kamery PointGrey Grasshoper3 GS3-U3-32S4M-C v rozsahu vlnových délek mezi 400 a 750 nm, pro blízkou část IR spektra klesá kvantová účinnost na 10% pro vlnovou délku 900 nm, pro blízkou část UV spektra je kvantová účinnost 20% pro vlnovou délku 350 nm. Spektrografy jsou osazeny světelnými objektivy VS Technology (9 Mpx) se světelností f/1,4 a délkou ohniska objektivů 6 mm. Zorné pole spektrografu je při použití objektivu VS Technology (F=6 mm) 60×45°, vzhledem k rozlišení instalovaného čipu a velikosti zorného pole jsou použity holografické mřížky s hustotou 1000 vrypů na mm. Vzhledem ke konfiguraci systému budou zaznamenány spektra meteorů o zdánlivé jasnosti -1,5^m (a jasnější), limitní hvězdná velikost systému je +5,5^m a nejslabší zaznamenané meteory budou dosahovat zdánlivé jasnosti +3,0^m. Skutečné rozlišení zaznamenaného spektra meteoru (1. řádu spektra) dosahuje průměrně 0,48 nm/px.

Záznam a zpracování zaznamenaných meteorů (spekter) probíhá s využitím balíku programů UFO Tools. Pro samotný záznam meteorů je využíván program UFOCapture HD, pro astrometrii a fotometrii za účelem výpočtu dvojstaničních drah pak program UFOAnalyzer V2, samotný výpočet dvojstaničních drah je realizován programem UfoOrbit V2.

První výsledky

Již během testovacího provozu bylo zaznamenáno spektrografem umístěným na Hvězdárně Valašské Meziříčí spektrum jasného bolidu 20161002_013415. Průmět počátku atmosférické dráhy se nacházel na souřadnicích N50.162° E16.074° poblíž města Týniště nad Orlicí (CZ), výška meteoru v tomto okamžiku činila 110,1 km nad povrchem Země. Průmět konce atmosférické dráhy se nacházel na souřadnicích N50.050° E15.978° poblíž města Holice (CZ), výška meteoru v tomto okamžiku činila 80,2 km nad povrchem Země. Bolid dosáhl absolutní jasnosti -6,7^m, odhad vstupní hmotnosti částice je 19,4±3,9 g. 2D projekce dráhy meteoru v atmosféře je uvedena níže.

2D projekce atmosférické dráhy bolidu 20161002_013415 na povrch Země. Autor: Jakub Koukal	Projekce dráhy meteoroidu ve Sluneční soustavě, včetně započítání vlivu decelerace na geocentrickou rychlost vg. Autor: Jakub Koukal

Jednalo se o velmi rychlý meteor, geocentrická rychlost meteoroidu před vstupem do gravitačního pole Země byla 56,0±0,2 km/s (včetně vlivu decelerace), orbitální elementy dráhy meteoroidu byly následující: velká poloosa dráhy 22,69 AU, vzdálenost perihelia 0,945±0,0001 AU, excentricita dráhy 0,958±0,006, sklon dráhy 102,7±0,1°, argument šířky perihelia 207,6±0,1°, délka vzestupného uzlu 189,065°. Bolid patřil k meteorickému roji alfa Camelopardalid (#715 ACL) s pozorovaným radiantem RA = 81,7±0,1°, DEC = 68,1±0,1°. Projekce dráhy meteoroidu ve Sluneční soustavě je uvedena výše, včetně započítání vlivu decelerace na geocentrickou rychlost v_g.

V kalibrovaném souhrnném spektru bolidu byly identifikovány emisní čáry prvků v následujícím zastoupení – železo (FeI), hořčík (MgI a MgII), sodík (NaI), mangan (MnI), chrom (CrI), křemík (SiI a SiII) a také silné čáry vápníku (CaI a CaII). Poměr relativních intenzit multipletů OI-1/MgI-2 je 6,045, což je pro meteorické roje s vysokou geocentrickou rychlostí (např. Leonidy nebo Perseidy) běžné. Celkový poměr relativních intenzit MgI-2:NaI-1:FeI-15 je 0,209:0,410:0,381. Kalibrované souhrnné spektrum bolidu 20161002_013415 je uvedeno níže, stejně tak souhrnný snímek spektra bolidu ze spektrografu a také průběh vývoje spektra bolidu na jednotlivých zaznamenaných snímcích.

Souhrnný snímek spektra bolidu 20161002_013415. Autor: Hvězdárna Valašské Meziříčí	Kalibrované souhrnné spektrum bolidu 20161002_013415 v rozsahu vlnových délek 3500-9000 Å. Autor: Jakub Koukal

Průběh vývoje spektra bolidu 20161002_013415 v rozsahu vlnových délek 3500-9000 Å během letu tělesa atmosférou Země v závislosti na jeho výšce. Autor: Jakub Koukal

Již během prvního týdne provozu obou spektrografů na Kanárských ostrovech bylo spektrografem umístěným na observatoři Roque de los Muchachos zaznamenáno spektrum velmi jasného bolidu. Kromě intenzivního prvního řádu spektra lze v záznamu nalézt taktéž druhý a částečný třetí řád spektra s intenzivními emisními čarami MgI, MgII, CaII a FeI. Souhrnný snímek spektra bolidu 20161117_042009 je uveden níže.

Souhrnný snímek spektra bolidu 20161117_042009. Autor: AGO Modra

Poděkování

Projekt nákupu a provozu spetroskopických kamer s vysokým rozlišením je částečně dotován grantem APVV-0517-12 (FMFI UK) a také s podporou Programu regionální spolupráce č. R200401521 mezi AVČR a Hvězdárnou Valašské Meziříčí.